新型预制拱板拼运设备的研制与应用

徐文玮

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

在大型预制拱形结构中，为了方便制作和运输，一般采用三铰拱的结构形式[1-2]，整个拱形结构由1个拱顶节点和2个拱脚节点组成（图1）。

图1 预制三铰拱结构示意

在现场安装上述预制三铰拱结构时，先在现场地面将2个半拱通过拱顶节点组装成完整的拱结构，然后使用吊车将上述三铰拱结构放置在拱座上[3-5]（图2）。

图2 使用履带吊安装三铰拱结构

上述安装方式费时费力，不仅需要进行预制拱板的地面拼接，还需要进行翻身作业，最后通过吊车放入拱座上方。随着安装工作的进行，履带吊还需要经常移动站车位置，拼装场地也需经常变动，拼装精度难以保证，履带吊由于缺少调整三铰拱结构姿态的功能，在吊装过程中难以对三铰拱结构的姿态进行调整。对于一些场地狭窄的施工场地而言，无法提供足够的场地进行地面拼装成拱，上述安装方法的局限性愈发明显，设计新型的安装设备以实现三铰拱结构快速安装意义重大。

1 设备研发思路

预制三铰拱结构的现场安装分为拼装成拱阶段、水平运输阶段和落架阶段3部分作业。常规的履带吊安装方法在上述安装过程中均存在局限性。

预制三铰拱由2块预制拱板组成，在将2块预制拱板拼装成1个完整的三铰拱时，一般需要在现场搭设1个安装胎架。该胎架提供了安装的基准，保证2块预制拱板拼装后的成拱精度能够符合设计要求。

当预制拱板拼装成形后，需要进行场地内的水平运输工作，在运输过程中须保持预制三铰拱的拼装精度，即安装胎架上形成的拼装精度不能受到水平运输过程的影响。由于预制三铰拱此时仅有拱顶处的铰连接，同时预制拱结构厚度较小，不宜继续对预制三铰拱结构加装其他形式的固定装置，因此，使用原有的安装胎架保持拼装精度，做成移动式安装胎架较为合适。

在安装预制三铰拱的时候，由于预制三铰拱的姿态需要在空间内进行调整，要求安装胎架的驮运装置不仅具有水平运输功能，还应具备水平方向和高度方向的调整功能。液压模块车是一种模块化生产及组装的自行式平板拖车，其平板下部安装有12组液压缸，可以实现±350 mm范围内的竖直高度调节，并且利用液压缸单个调节可以调整平板的倾斜程度。每组液压缸底部连接2个可以在水平方向原地±180°旋转的轮胎，可以实现该模块车在平面内的姿态调整。

2 新型预制拱板拼运设备

根据综合考虑和研究，本文提供一种集拼装、运输和落架功能于一体的新型预制拱板拼运设备（图3）。

图3 新型预制拱板拼运设备

新型预制拱板拼运设备由液压模块车、安装胎架和微调装置组成。液压模块车位于最底部，左侧和右侧各放置1部，作为安装设备的行走装置。该设备是一种模块化生产及组装的自行式平板拖车，不仅具备平面位置调整，还可以进行高度方向的位置调整。利用这两个功能，可以实现整跨拱板粗定位。

安装胎架固定在主梁上方，以主梁作为安装基础面。主梁的两端分别固定在左右两侧的液压模块车上。安装胎架由桁架、侧向固定装置、径向定位装置和临时定位装置等部件组成，如图4、图5所示。

图4 安装胎架

图5 定位与微调装置

安装胎架承担预制三铰拱结构的荷载，左侧的临时定位装置用来对半拱进行临时定位。为防止预制三铰拱结构在运输中发生滑移，使用侧向固定装置进行临时固定。

径向支承装置焊接在支撑桁架上方，由4组径向定位装置、4组侧向定位装置组成。每个径向定位装置由千斤顶、导向套、滚轮支架、滚轮、滚轮轴线调整装置、滚轮刹车等部件组成，不仅能进行径向支承，还可进行高度方向的微调。每组侧向固定装置由2个单独的侧向定位装置组成，侧向定位主要通过调节螺杆来对预制构件侧面进行支撑，防止构件在运输过程中产生相对位移而发生侧向失稳的情况，还可对拱板的侧向位置进行微调。

3 新型预制拱板拼运设备的工作模式

新型预制拱板拼运设备有3种工作模式，分别是拼装模式、水平运输模式和落架模式（图6）。

图6 新型预制拱板拼运设备的工作模式

当预制拱板运输至工地后，先进行拼装成拱作业，此时预制拱板拼运设备位于拱座附近的拼装区，支撑桁架起拼装胎架作用，保证成拱精度。拼装时，先放出临时定位装置，然后以临时定位装置为定位基准，用吊车将预制拱板放在安装胎架左侧，接着用吊车将另外的预制拱板放置在安装胎架的右侧，当预制拱板的位置符合设计要求，则连接拱顶节点，并收回左侧的临时定位装置，此时预制拱板的拼装作业完成。

当拼装完成后，预制拱板拼运设备进入水平运输模式，此时预制拱板拼运设备将预制三铰拱临时固定后，从拼装区将预制三铰拱水平运输至待安装位置附近。

水平运输到位后，预制拱板拼运设备进入落架模式，通过液压模块车和微调装置对预制三铰拱的姿态进行调整，最后整个安装胎架整体下移，预制三铰拱便安装在拱座上方，实现落架作业。

4 新型预制拱板拼运设备应用

上海轨道交通15号线吴中路站的拱形顶板为叠合结构，拱形结构跨度的最大值为21 m，叠合结构的预制部分采用预制三铰拱结构，预制构件总质量为34 t。在现场安装预制三铰拱结构时，使用了本文提出的新型预制拱板拼运设备进行安装，安装完成的预制三铰拱如图7所示。

图7 安装完成的预制三铰拱

工地应用证明，使用新型预制拱板拼运设备安装大型预制三铰拱，不仅安全可靠，而且施工快速便捷，在10 d内完成了长90 m的预制部分安装，为大型拱结构安装提供了先进经验。

5 效益与应用前景

本文提出的预制拱板拼运设备适用于在工地现场安装跨度超过20 m的大型预制三铰拱结构，不仅能够进行预制拱板的拼装成拱和水平运输，还能在预制三铰拱结构安装时对结构的姿态进行平面方向和高度方向的姿态调整，是集多种功能于一体的大型施工设备。该拼运设备利用了现有的液压模块车技术，安全可靠，经济性好。在工作过程中拼装成拱精度高、速度快、运输平稳、落架高效，特别适合在场地狭小的施工现场进行大型预制三铰拱结构的安装工作，具有过程安全、品质保证、环境友好、经济性高的特点，并符合绿色建造的可持续发展理念，社会、环保和经济效益显著，在地面拱形结构和地下拱形车站施工中均适用，具有非常广阔的市场应用前景。

6 结语

本文通过分析大型预制三铰拱结构在现场安装中存在的问题，综合考虑了安装胎架和液压模块车的优点，研制了适合大型预制拱形结构安装的新型拼运设备。新型拼运设备由安装胎架、微调装置和液压模块车组成，安装胎架能够保持拼装成拱精度，液压模块车能够进行空间姿态的粗调，而微调装置能够进行空间姿态的微调，是集拼装、运输和姿态调整等多种功能于一体的大型施工设备，不仅安全可靠，同时施工快速便捷、效率高、经济性好，在地面拱形结构和地下拱形车站施工中均适用，应用前景好，为大型预制三铰拱的安装施工进行了有益的探索。