鋼管架電動卷楊機吊裝設備在頂管工程應用的探討
2014-04-29 00:00:00李立志
基層建設 2014年21期
廣東深圳""518000
摘要：本文結合工程實例，分析介紹了平湖新南污水處理廠配套截污干管工程鋼管架電動卷楊機吊裝設備整體吊裝施工方案;并依照施工工藝流程，對設備選擇、安裝技術、穩定性驗算及現場安全措施與管理等方面對鋼管架電動卷楊機吊裝安裝施工技術進行了詳細分析探討和總結。
關鍵詞：鋼管架吊裝;吊裝設備;安全穩定;應急處理
一、施工簡況
隨我國城市環保建設逐步進入規范化管理，截污減排工程中地下頂管施工愈來愈多，頂管施工的工作井是頂管設備安放的工作間，用于傳輸頂管設備吊裝和管道掘進過程中所有材料都是利用垂直起吊完成的。
頂管工作井運載起吊設置通常為：（一）采用移動式吊車作業。（二）采用固定式鋼管架電動卷楊機。（三）采用門式架電動葫蘆起重機。從施工經濟成本分析，施工單位通常采用固定式鋼管架電動鄭楊機和門式電動葫蘆起重機兩種方法，確定使用起吊方法的重要因素是施工現場作業條件。
本施工方案主要對鋼管架電動卷楊機應用于頂管工程中的安全穩定性進行驗算，確保吊裝過程中的使用安全和可靠性，報請監理、業主單位及安檢單位確認和備案。
二、頂管施工起吊設備選擇
2—1、頂管施工中確定起吊設備，應根據施工現場作業條件和作業環境，起吊頂管的重量及起吊設備重量，頂管工作進井結構條件等綜合因素，進行分析確定采用技術可行、安全可靠的起重設備。
2—2、選擇采用鋼管架電動卷楊機吊裝設備，是在頂管工作井周圍無開闊條件、場地狹窄，起重物承載≤50KN，起吊物體作業旋轉半徑≤4.0m，起吊物體最大起重角度≤70°以內，幾項綜合技術參數條件下，才能能選擇用鋼管架電動卷楊機進行吊裝作業。
2—3、根據目前頂管施工中最大起重物體是鋼筋混凝土管和玻璃鋼夾砂管兩種頂管規格，按施工管徑統計重量如下（表2-3-1頂管施工管材重量統計表）：
頂管施工管材型號、重量統計表（表2-3-1）
序號
管材型號
重量（kg/m）
管長（m）
單根管重量（T）
1
鋼筋砼Ⅲ級（DN1000）
678（δ=100）
2.5
1.70
2
鋼筋砼Ⅲ級（DN1200）
977（δ=120）
2.5
2.44
3
鋼筋砼Ⅲ級（DN1500）
1526（δ=150）
2.5
3.82
4
鋼筋砼Ⅲ級（DN1600）
1736（δ=160）
2.5
4.34
5
鋼筋砼Ⅲ級（DN1650）
1850（δ=165）
2.5
4.36
2—4、根據設計施工圖中要求的各類型號頂管經過計算統計，采用50KN鋼管架電動卷楊機起吊鋼筋混凝土Ⅲ級最大直徑為DN1650，玻璃鋼夾砂管直徑為DN2000。吊裝應控制在85°起重角度之內，接近垂直起吊，在特殊作業環境條件下采用鋼管架電動卷楊機可以滿足起吊重量要求。
三、采用鋼管架吊裝穩定性計算
3—1、鋼管架材料技術參數：
1、鋼管直徑：φ63.5mm
2、鋼管材料：無縫鋼管
3、鋼管壁厚：8mm
4、鋼管架單根長度：4000mm
5、鋼管架連接銷：φ30mm（材料為30#鋼）
6、起重滑輪：50KN（型號：HQLZKI-5）
7、鋼絲繩直徑（按規范GB/T8918-1996）選用φ18mm（最小破斷拉力為156KN）。
8、電動卷楊機（功率15KW）起重力50KN：φ100電磁制動器。
3—2、鋼管架穩定性驗算：
1、垂直起吊時鋼管受力計算（起重力為50KN用下式：鋼支架設置為4根，撐角距離為4.0m，見計算示意圖3-3-1：
（1）當起吊垂直度為90°時，鋼管受力為：
（2）當起重物與起吊水平距離為2.0m時：
（3）當起重物與起吊水平距離為4.0m時：
（4）鋼管受力計算：當起重物重量為5.0T，拖重距離為4.0m時，鋼管承受重力荷載為：Q=4×41.83KN=167.3KN，單管受壓強度為：
（安全）
（5）垂直起吊最大荷載時鋼管穩定驗算：
其中：
3—3、鋼管架在起吊重量為最大荷載時的剛度驗算，用下式計算
廣東深圳""518000
摘要：本文結合工程實例，分析介紹了平湖新南污水處理廠配套截污干管工程鋼管架電動卷楊機吊裝設備整體吊裝施工方案;并依照施工工藝流程，對設備選擇、安裝技術、穩定性驗算及現場安全措施與管理等方面對鋼管架電動卷楊機吊裝安裝施工技術進行了詳細分析探討和總結。
關鍵詞：鋼管架吊裝;吊裝設備;安全穩定;應急處理
一、施工簡況
隨我國城市環保建設逐步進入規范化管理，截污減排工程中地下頂管施工愈來愈多，頂管施工的工作井是頂管設備安放的工作間，用于傳輸頂管設備吊裝和管道掘進過程中所有材料都是利用垂直起吊完成的。
頂管工作井運載起吊設置通常為：（一）采用移動式吊車作業。（二）采用固定式鋼管架電動卷楊機。（三）采用門式架電動葫蘆起重機。從施工經濟成本分析，施工單位通常采用固定式鋼管架電動鄭楊機和門式電動葫蘆起重機兩種方法，確定使用起吊方法的重要因素是施工現場作業條件。
本施工方案主要對鋼管架電動卷楊機應用于頂管工程中的安全穩定性進行驗算，確保吊裝過程中的使用安全和可靠性，報請監理、業主單位及安檢單位確認和備案。
二、頂管施工起吊設備選擇
2—1、頂管施工中確定起吊設備，應根據施工現場作業條件和作業環境，起吊頂管的重量及起吊設備重量，頂管工作進井結構條件等綜合因素，進行分析確定采用技術可行、安全可靠的起重設備。
2—2、選擇采用鋼管架電動卷楊機吊裝設備，是在頂管工作井周圍無開闊條件、場地狹窄，起重物承載≤50KN，起吊物體作業旋轉半徑≤4.0m，起吊物體最大起重角度≤70°以內，幾項綜合技術參數條件下，才能能選擇用鋼管架電動卷楊機進行吊裝作業。
2—3、根據目前頂管施工中最大起重物體是鋼筋混凝土管和玻璃鋼夾砂管兩種頂管規格，按施工管徑統計重量如下（表2-3-1頂管施工管材重量統計表）：
頂管施工管材型號、重量統計表（表2-3-1）
序號
管材型號
重量（kg/m）
管長（m）
單根管重量（T）
1
鋼筋砼Ⅲ級（DN1000）
678（δ=100）
2.5
1.70
2
鋼筋砼Ⅲ級（DN1200）
977（δ=120）
2.5
2.44
3
鋼筋砼Ⅲ級（DN1500）
1526（δ=150）
2.5
3.82
4
鋼筋砼Ⅲ級（DN1600）
1736（δ=160）
2.5
4.34
5
鋼筋砼Ⅲ級（DN1650）
1850（δ=165）
2.5
4.36
2—4、根據設計施工圖中要求的各類型號頂管經過計算統計，采用50KN鋼管架電動卷楊機起吊鋼筋混凝土Ⅲ級最大直徑為DN1650，玻璃鋼夾砂管直徑為DN2000。吊裝應控制在85°起重角度之內，接近垂直起吊，在特殊作業環境條件下采用鋼管架電動卷楊機可以滿足起吊重量要求。
三、采用鋼管架吊裝穩定性計算
3—1、鋼管架材料技術參數：
1、鋼管直徑：φ63.5mm
2、鋼管材料：無縫鋼管
3、鋼管壁厚：8mm
4、鋼管架單根長度：4000mm
5、鋼管架連接銷：φ30mm（材料為30#鋼）
6、起重滑輪：50KN（型號：HQLZKI-5）
7、鋼絲繩直徑（按規范GB/T8918-1996）選用φ18mm（最小破斷拉力為156KN）。
8、電動卷楊機（功率15KW）起重力50KN：φ100電磁制動器。
3—2、鋼管架穩定性驗算：
1、垂直起吊時鋼管受力計算（起重力為50KN用下式：鋼支架設置為4根，撐角距離為4.0m，見計算示意圖3-3-1：
（1）當起吊垂直度為90°時，鋼管受力為：
3-4、固定軸銷強度驗算：軸材料選用30#鋼，軸徑為φ30mm，用下式驗算：
驗算結果滿足強度要求。
3—5、根據上述經驗結果表明，在工作固定條件下采用φ63.5mm無縫鋼管制作成起吊架可以滿足頂管吊裝和其它小于5噸荷載的重物。
四、鋼管架結構圖下施工現場安裝
4—1、鋼管起重吊裝架結構安裝示意圖（圖4-4-1）
4-2：鋼管架作為起吊支撐架結構在建筑工程裝卸與搬動等方面應用廣泛，鋼管架吊裝和提升物體應用場合多屬于機械起重條件受到局限時，在頂管施工現場，通常管道鋪設時沿河道，穿越道路和稠密建筑群，施工現場非常復雜。采用鋼管架作為頂管施工的吊裝設備是適宜的方法，在深圳區域頂管施工中約占70%的使用率。
4-3：鋼管架起吊結構采取定距平面支撐穩定方式，均采用鋼結構材料進行制作，四管主撐架采取固定式，對結構鋼材和起吊物體的重量必須經過設計驗算進行確定。受力部位要經過驗算抗剪強度后，確定材料使用規格和材質，連接件要采取敢接固定，保證強度。
4-4：鋼管架起吊設備在現場安裝程序為：對頂管工作井周邊進行清理和平整——安放托架基礎梁——進行縱向焊接固定形成共用基座——管架裝配安裝——起吊托盤穿墻固定——電動卷揚機定位安裝——穿插和鎖定起吊鋼絲繩——空載試車——檢查各部件結構連接和運行情況——實體試吊——確認無工作隱患后進行正常作業。
五、鋼管架吊裝施工安全管理和應急處理措施
5-1：鋼管架吊裝設備均為施工單位自行設計制作，只限用頂管施工中起吊相關材料范圍。為保證鋼管架在使用中的安全操作人員必須經過相關培訓，持有起吊作業資格證方可進行現場作業。
5-2：鋼管架吊裝設備的設計和制作工程技術人員在現場要進行安全使用技術交底，并進行規范操作示范。
5-3：鋼管架在現場裝配完成后，要經現場監理工程師、業主單位和相關安全檢查部門在現場進行吊裝試驗，經過驗證和確認同意后方可使用。
5-4：鋼管架在進行頂管材料吊裝時易發生下列安全問題：
（1）吊載物體超過設計起重值時，引起鋼管架變形，致使結構失穩。
（2）吊載物體時超過安全起重角，發生鋼管架彎傾變形產生局部結構破壞。
（3）起吊鋼絲繩滑槽、脫鉤引以安全事故。
（4）電動卷揚機制動失效，引起物體自由下落。
（5）電器和控制系統發生故障。
（6）違章操作而引發的人為事故。
5-5：鋼管架吊裝作業安全操作控制要點：
（1）起吊材料重量必須小于規定的起重標準量，控制其重量≤4.8t。
（2）起吊鋼絲繩垂直中心與起吊物的水平距≤2.0m，不允許將繩鉤拖拉超過2.0m以上距離安放物體。
（3）吊裝時必須設置專職電動卷揚機操作和掛鉤專職人員，卷揚機操作人員必須聽從掛鉤人的指揮。
（4）進行吊裝下井時，工作井內在吊裝區域內不得站人，應撤離到吊運的安全地段。
（5）吊裝物體前按例進行檢查鋼絲繩有無損傷，連接部有無松動，索扣和吊鉤是否閉合緊固，確認無誤后，方可進行吊裝作業。
（6）吊裝人員必須戴安全帽和安全帶，保證井口作業時吊裝安全。
（7）吊裝作業班次進行交接時，必須通報機械設備工作情況，發現問題，立即處理，對起吊機械零部件出現缺陷時要及時更換，并做好每班次作業書面交接記錄。
（8）強降雨、雷雨和臺風季節，嚴禁進行吊裝作業，小雨作業時，作業平臺必須設置防滑設施，保證施工安全。
（9）臺風預警時，要及時停止作業，并將起吊鉤進行相對固定，撐桿架進行加固，待臺風停止后進行拆除。
5-6：鋼管架吊裝施工應急處理措施：
堅持預防為主，安全第一的施工原則，當鋼管架在實際使用中出現安全問題的要采取應急處理措施，按照頂管施工組織設計中應急預案進行處置。
根據鋼管架吊裝易發生的一些問題，要注意觀察實施定時定點的檢查機械零部件工作狀況，施工現場必須配置常用易損件更換的備用材料，及時修理和更換，保證安全施工。
鋼管架吊裝施工中應急措施為：
（1）卷揚機系統出現的機械故障為電磁制車失靈，造成吊裝物快速下落，應及時采取關閉電流，用鐵棒插入電磁鐵閉合框架內，人為控制電磁鐵制動，讓物件緩慢落地后，及時調整閉合間隙。
（2）因吊架物件使用角度不當，發生鋼絲繩脫槽時，應及時停機，將起吊物體下落到地面后及時恢復鋼絲繩落槽，并焊接脫槽部位的保險裝置。
（3）起吊物體發生吊繩旋轉時，應及時停吊，在被吊物體上設置浪風繩，控制物體在吊裝時發生旋轉造成鋼絲繩損傷引以事故。
（4）吊裝物件時發生突然停電時，應將物體慢慢下落到地面，待機械恢復通電后，再進行吊裝作業，不允許在停電時吊裝物滯留空中。
（5）吊裝超載物件時發生鋼管架變形時，應停止作業，采取應急吊裝設備重新起吊，不宜采用強行吊裝，冒險作業，造成難以預料的后果。
（6）起吊滑輪組不旋轉時，要停止強制作業，應將起吊物件緩緩落地后，及時更換和修理滑輪，要保證在起吊過程中滑輪處于平穩轉動狀態。
（7）起吊鋼絲繩出現毛刺和局部斷頭時，要立即停止吊裝作業，更新更換鋼絲繩，對接鋼絲繩不宜在本工程中采用。
（8）起吊架上的鋼管撐架連接銷發生松動后，應停止吊裝作業，立即將軸銷復位，并進行定位后，方可進行正常作業。
作者簡介：
李立志（1978年-），男，漢族，湖南省邵東縣，大專學歷，研究方向：市政或公路專業。
3-4、固定軸銷強度驗算：軸材料選用30#鋼，軸徑為φ30mm，用下式驗算：
驗算結果滿足強度要求。
3—5、根據上述經驗結果表明，在工作固定條件下采用φ63.5mm無縫鋼管制作成起吊架可以滿足頂管吊裝和其它小于5噸荷載的重物。
四、鋼管架結構圖下施工現場安裝
4—1、鋼管起重吊裝架結構安裝示意圖（圖4-4-1）
4-2：鋼管架作為起吊支撐架結構在建筑工程裝卸與搬動等方面應用廣泛，鋼管架吊裝和提升物體應用場合多屬于機械起重條件受到局限時，在頂管施工現場，通常管道鋪設時沿河道，穿越道路和稠密建筑群，施工現場非常復雜。采用鋼管架作為頂管施工的吊裝設備是適宜的方法，在深圳區域頂管施工中約占70%的使用率。
4-3：鋼管架起吊結構采取定距平面支撐穩定方式，均采用鋼結構材料進行制作，四管主撐架采取固定式，對結構鋼材和起吊物體的重量必須經過設計驗算進行確定。受力部位要經過驗算抗剪強度后，確定材料使用規格和材質，連接件要采取敢接固定，保證強度。
4-4：鋼管架起吊設備在現場安裝程序為：對頂管工作井周邊進行清理和平整——安放托架基礎梁——進行縱向焊接固定形成共用基座——管架裝配安裝——起吊托盤穿墻固定——電動卷揚機定位安裝——穿插和鎖定起吊鋼絲繩——空載試車——檢查各部件結構連接和運行情況——實體試吊——確認無工作隱患后進行正常作業。
五、鋼管架吊裝施工安全管理和應急處理措施
5-1：鋼管架吊裝設備均為施工單位自行設計制作，只限用頂管施工中起吊相關材料范圍。為保證鋼管架在使用中的安全操作人員必須經過相關培訓，持有起吊作業資格證方可進行現場作業。
5-2：鋼管架吊裝設備的設計和制作工程技術人員在現場要進行安全使用技術交底，并進行規范操作示范。
5-3：鋼管架在現場裝配完成后，要經現場監理工程師、業主單位和相關安全檢查部門在現場進行吊裝試驗，經過驗證和確認同意后方可使用。
5-4：鋼管架在進行頂管材料吊裝時易發生下列安全問題：
（1）吊載物體超過設計起重值時，引起鋼管架變形，致使結構失穩。
（2）吊載物體時超過安全起重角，發生鋼管架彎傾變形產生局部結構破壞。
（3）起吊鋼絲繩滑槽、脫鉤引以安全事故。
（4）電動卷揚機制動失效，引起物體自由下落。
（5）電器和控制系統發生故障。
（6）違章操作而引發的人為事故。
5-5：鋼管架吊裝作業安全操作控制要點：
（1）起吊材料重量必須小于規定的起重標準量，控制其重量≤4.8t。
（2）起吊鋼絲繩垂直中心與起吊物的水平距≤2.0m，不允許將繩鉤拖拉超過2.0m以上距離安放物體。
（3）吊裝時必須設置專職電動卷揚機操作和掛鉤專職人員，卷揚機操作人員必須聽從掛鉤人的指揮。
（4）進行吊裝下井時，工作井內在吊裝區域內不得站人，應撤離到吊運的安全地段。
（5）吊裝物體前按例進行檢查鋼絲繩有無損傷，連接部有無松動，索扣和吊鉤是否閉合緊固，確認無誤后，方可進行吊裝作業。
（6）吊裝人員必須戴安全帽和安全帶，保證井口作業時吊裝安全。
（7）吊裝作業班次進行交接時，必須通報機械設備工作情況，發現問題，立即處理，對起吊機械零部件出現缺陷時要及時更換，并做好每班次作業書面交接記錄。
（8）強降雨、雷雨和臺風季節，嚴禁進行吊裝作業，小雨作業時，作業平臺必須設置防滑設施，保證施工安全。
（9）臺風預警時，要及時停止作業，并將起吊鉤進行相對固定，撐桿架進行加固，待臺風停止后進行拆除。
5-6：鋼管架吊裝施工應急處理措施：
堅持預防為主，安全第一的施工原則，當鋼管架在實際使用中出現安全問題的要采取應急處理措施，按照頂管施工組織設計中應急預案進行處置。
根據鋼管架吊裝易發生的一些問題，要注意觀察實施定時定點的檢查機械零部件工作狀況，施工現場必須配置常用易損件更換的備用材料，及時修理和更換，保證安全施工。
鋼管架吊裝施工中應急措施為：
（1）卷揚機系統出現的機械故障為電磁制車失靈，造成吊裝物快速下落，應及時采取關閉電流，用鐵棒插入電磁鐵閉合框架內，人為控制電磁鐵制動，讓物件緩慢落地后，及時調整閉合間隙。
（2）因吊架物件使用角度不當，發生鋼絲繩脫槽時，應及時停機，將起吊物體下落到地面后及時恢復鋼絲繩落槽，并焊接脫槽部位的保險裝置。
（3）起吊物體發生吊繩旋轉時，應及時停吊，在被吊物體上設置浪風繩，控制物體在吊裝時發生旋轉造成鋼絲繩損傷引以事故。
（4）吊裝物件時發生突然停電時，應將物體慢慢下落到地面，待機械恢復通電后，再進行吊裝作業，不允許在停電時吊裝物滯留空中。
（5）吊裝超載物件時發生鋼管架變形時，應停止作業，采取應急吊裝設備重新起吊，不宜采用強行吊裝，冒險作業，造成難以預料的后果。
（6）起吊滑輪組不旋轉時，要停止強制作業，應將起吊物件緩緩落地后，及時更換和修理滑輪，要保證在起吊過程中滑輪處于平穩轉動狀態。
（7）起吊鋼絲繩出現毛刺和局部斷頭時，要立即停止吊裝作業，更新更換鋼絲繩，對接鋼絲繩不宜在本工程中采用。
（8）起吊架上的鋼管撐架連接銷發生松動后，應停止吊裝作業，立即將軸銷復位，并進行定位后，方可進行正常作業。
作者簡介：
李立志（1978年-），男，漢族，湖南省邵東縣，大專學歷，研究方向：市政或公路專業。
（2）當起重物與起吊水平距離為2.0m時：
（3）當起重物與起吊水平距離為4.0m時：
（4）鋼管受力計算：當起重物重量為5.0T，拖重距離為4.0m時，鋼管承受重力荷載為：Q=4×41.83KN=167.3KN，單管受壓強度為：
（5）垂直起吊最大荷載時鋼管穩定驗算：
其中：
3—3、鋼管架在起吊重量為最大荷載時的剛度驗算，用下式計算
