暗挖施工竖井井架提升系统设计安装施工工法研究
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摘要：暗挖施工时的施工竖井，如应用龙门吊传统提升设备施工，维修费用高，折旧成本大。而以槽钢等钢材进行整体拼装、以电动葫芦作为提升系统的井架，则克服了以上缺点。我公司在广州地铁五号线西场站建设中，南站厅施工竖井兼隧道风井便采用了整体拼装提升架，取得了良好的成效。
关键词：地铁；暗挖竖井；竖井井架；提升系统；效益
中图分类号：U455.8 文献标识码：A
一、施工特点
1、作业工序衔接紧密，工效高。
2、整体性好。
3、大部分焊接在地面进行，质量容易控制。
4、造价低，可靠性大，有再利用价值，节约成本。
二、适用范围
本工法除了适用于地铁施工中的竖井，而且还适用各类地下物资提升设备井架。
三、施工工艺
（一）工艺流程(右图)
（二）施工工法
1、整体设计
根据现场实际情况，及采用提升设备的种类、型号，设计井架。
1）立柱基础基础为长方体的混凝土墩，通常采用C25砼浇筑，并预埋连接钢板，钢板厚度、尺寸应根据具体情况而定，钢板上焊接地脚螺栓，钢板数量与立柱数量一致，一般除堆土场位置外，钢板可直接预埋在冠梁上，不另设混凝土墩。
2）提升设备（电动葫芦）根据施工要求和具体情况选择提升设备的数量、型号。这也直接决定着井架的设计能力。电动葫芦为带有运行小车的自动式钢丝绳电动葫芦。
3）提升架结构立柱通常采用两根槽钢对扣焊接而成，每隔几十厘米加一块连接钢板或连接钢筋。柱顶支撑和主梁采用适合的工字钢，柱间剪刀撑采用单根角钢。为增加主梁刚度，主梁与立柱间应设置工字钢或斜撑。下吊式轨道梁通过缀板与主梁焊接。提升井架范围内设防晒铁皮棚架。
2、受力验算
1）轨道梁验算首先，取其中一跨建立力学模型（如图1）。
根据结构力学分析，在等截面简支梁中点为最大扰度，最不利
荷载处即为扰度最大或剪力最大处。剪力最大处在支座处，综
合考虑电葫芦自重、主梁自重、起吊重物重量，确定集中荷载。根据公式=计算最大弯矩。及最不利受力点。由计算手册查得所用钢材的抗弯强度[σ]及其截面特征I 、W 。根据公式+≤[σ]验算其强度条件。由=得最大扰度，与刚度条件比较，如满足≤则满足刚度要求。
2）主梁验算根据所确定的主梁形式（一般为单车式或双车式，如图2为双车式主梁简图），确定其为静定结构还是超静定结构，将斜撑与柱子同横梁焊接作为支撑受力固定端，计算最不利荷载，电动葫芦运行作为集中荷载，简化力学模型。在计算中分割整体并以滑动铰支座代替截点，以弯矩图利用图乘法进行计算。
3）焊缝验算（如图3为一般形式）选择最不利，跨度大的横梁为分析对象，建立结构受力模型。根据上节模拟计算结果分析得最大支座反力，绘制出受力图。根据公式τ=F/S计算剪应力。由计算手册查得所用钢材的手工焊角焊缝抗剪强度，如τ＜则满足设计及规范强度要求。
4）稳定性分析综合考虑井架的最大风力承受面，选取最不利面（一般为挡雨板坡面），简化力学模型。风力弯距为：M=kblhw
K——安全系数
W——风荷载（按9级风考虑，W取0.7KN/m2）
L——井架屋面长度
h——井架高度
b——井架屋面高度
由所用钢材的惯性矩Ix、截面系数Wx、截面积A计算单个立柱的风力弯矩=，.所以柱角所受弯距.应力与材料的强度设计值[σ] 比较，得是否满足强度要求σ＜[σ].
5）地基承载力验算由工程《岩土勘察报告》得土层地基承载力特征值。查承载力系数表得。则基底面积为之后用实际面积a与其相比较,验算基础是否满足使用要求。(为基础上填土的平均重度,通常采用20)
6）结构加强措施在结构的薄弱环节通常要加强构造，这要根据具体案例而设计。在我公司西场站竖井井架安装中，在纵梁的支座处，即每个柱上端连接板与主梁连接板之间，加焊4个加强肋板。轨道梁与主梁焊接节点处设置两个U型螺栓卡，增加节点处的强度。具体见A大样图。每一立柱设置柱靴，柱靴由8块高15cm，厚2cm，短边5cm，长边10cm的梯形钢板组成，采用贴角焊接与立柱与基础钢板之间。具体见B大样图。
3、整体安装 （具体吊装施工流程图如右图）
基础混凝土达到强度后，复核各立柱预埋件的标高，安装井架立柱，选用20T的吊车，所吊装的单面井架结构自重小于20T，从吊装角度考虑，一个熟练的吊车司机吊装提升井架完全可以满足其稳定性的要求；提升架在安装前对其所使用的型钢、浇注的砼基础及其配筋等均经过计算选型，具体计算见后附附件，对焊接缝进行探测检查，特殊重点要逐个检查，发现不合格之处要进行修补和加强。架设立部位柱时将柱基座与柱基础上的预留钢板对正并用经纬仪观测立柱的垂直度，待垂直度满足要求后焊接，四面满焊，并焊接四虎牙。立柱分两次成排安装完毕，安装前在地面上将立柱与纵梁连接好，立柱间设置剪力撑，经检查焊接及连接符合要求后进行安装。横梁焊接在立柱顶端的预留钢板上。横梁安装完成后，开始架设走行梁，由于走行梁较长因此起吊时必须合理设置四个起吊点，保证走行梁起吊平稳。走行梁起吊到位，且位置及水平度等调整好后，由焊工在安全绳的保护下进行走行梁与横梁之间的连接，最后完全固定走行梁。盖棚骨架安装在横梁上，进行焊接和螺栓加固。在梁上覆盖绿色帆布。
四、机械设备
序号 名称 型号 数量
1 全站仪 SET—2000 2
2 水准仪 DNA—03 2
3 钢尺 30m 2
4 测微尺 1
5 吊车 20t 1
6 直流焊机 40 4
7 水平靠尺 2
五、劳动力组织
序号 工种 人数 工作范围
1 技术员 1 设计验算井架
2 测量员 3 校正放线
3 起吊工 2 起吊
4 焊工 4 焊接、拼装
5 安全员 2 现场安全戒备
六、质量控制
1、所用各种钢材的质量控制。
2、电动葫芦的质量控制，出厂合格证，试运行检测。
3、焊接的质量控制。
4、垂直度及测量的各种控制。
5、U型夹及各处螺栓的连接控制。
七、安全措施
1、安全帽、安全带的保护。
2、吊车作业时的现场指挥协调。
3、焊机作业时用电安全情况。
八、效益分析
本工法良好的解决了提升系统开支昂贵的问题，减少工程投资，提升速度快，解决了暗挖施工垂直运输的问题。并且井架为整体拼装，既在地面上将部分立柱与剪刀撑焊制连接好，再将其拼装，质量容易控制。
九、工程实例
我公司广州地铁五号线西场站建设中，施工竖井兼隧道风井既采用本工法制作井架。竖井净长14.6m宽8m，采用单排六根立柱，双电动提升设备，井架提升系统见附图。收效良好。