1、第 58 卷 第 9 期2022 年 9 月 GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.58，No.9Sep.，2022DOI：10.19645/j.issn 2095-0144.2022.09.012收稿日期：2022-07-10作者简介：吴 伟 红（1989-），女，广 东 梅 州 人，工 程 师，学 士，主 要 从 事 水 利 机 电 技 术 施 工 管 理 及 研 究，E-mail:。浅谈圆形深基坑钢模板吊装系统的选型及应用吴伟红1，欧泽锋2（1.广东粤海珠三角供水有限公司,广东 广州 51000
2、0；2.广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510000）摘 要：通 过 论 述 和 分 析 珠 江 三 角 洲 水 资 源 配 置 工 程 中 圆 形 深 基 坑 钢 模 板 吊 装 系 统 的 选 型 及 应 用,主 要 阐 明 了 所 选 吊 装系 统 的 优 点。采 用 吊 装 系 统 替 代 视 野 受 限 的 人 工 操 作 汽 车 吊 和 履 带 吊,改 用 结 构 相 对 简 单 方 便 的 卷 扬 机 来 吊 装 钢 模板,保 持 钢 模 板 在 安 装 及 拆 除 时 在 同 一 个 工 作 面 上，不 用 二 次 吊 出 圆 形 深 基 坑,大 大 减 少
3、了 钢 模 板 的 安 拆 时 间。不 仅具 有 时 间 短、智 慧 化 程 度 高、效 率 高 等 优 点，而 且 也 减 少 了 重 大 吊 装 施 工 带 来 的 安 全 风 险。在 使 用 悬 挂 装 置 前，根 据实 际 情 况，需 要 进 行 制 动 力 荷 载 验 算、总 牵 引 力 验 算、倾 覆 验 算、滑 轮 选 型 和 钢 丝 绳 选 型 等 基 础 工 作，使 其 各 项 指 标 达到安全稳定可靠为宜。关键词：圆形深基坑；钢模板；卷扬机；定/动滑轮；吊装系统中图分类号：TU 755.2 文献标志码：A 文章编号：2095-0144（2022）09-0051-041 前言
4、珠 江 三 角 洲 水 资 源 配 置 工 程 主 要 由 输 水 干 线、深 圳 分 干 线、东 莞 分 干 线 和 南 沙 支 线 组 成，西 起 顺德 鲤 鱼 洲 取 水 口，东 至 南 沙 高 新 沙 水 库、东 莞 罗 田水 库、松 木 山 水 库 及 深 圳 公 明 水 库，输 水 线 路 长 度113.20 km。珠 三 角 工 程 传 承“生 命 水、政 治 水、经 济 水”的理 念，秉 持“把 方 便 留 给 他 人、把 资 源 留 给 后 代、把困 难 留 给 自 己”的 精 神，在 平 均 纵 深 40 60 m 处 通过 盾 构 方 式 建 造 输 水 管 道。工 作
5、井 围 护 结 构 由1.20 m 厚 C 30 混 凝 土 地 下 连 续 墙 和 1.20 m 厚 C 30 钢筋 混 凝 土 内 衬 组 成，地 下 连 续 墙 共 计 24 幅 成 环，其中 序 槽 12 幅（长 度 6.74 m），序 槽 12 幅（长 度2.66 m），幅 间 接 头 采 用 套 铣 工 艺，深 度 为 工 作 井 底板 以 下 4.00 m。为 保 证 工 作 井 开 挖 安 全，内 衬 采 用顺挖逆作法施工，单次开挖深度为 4.50 m。工 作 井 采 用 逆 作 法 施 工 工 艺 来 修 建 圆 形 大 直径 深 基 坑，基 坑 内 径 35.90 m，井
6、深 67.25 m，在 基 坑地 下 连 续 墙 浇 筑 混 凝 土 内 衬 墙 时，采 用 大 型 钢 模 板施 工 措 施。同 时，采 用 新 型 钢 模 板 吊 装 系 统 能 够 更好 地 保 证 施 工 质 量 及 加 快 施 工 进 度，优 化 了 悬 挂 装置，节 省 了 井 内、外 多 次 重 复 吊 装 工 序 的 时 间，而 且进 一 步 缩 减 了 模 板 安 装 的 时 间，推 进 各 工 序 之 间 能够有效衔接，大大提高了施工效率。2 施工工艺组成2.1 圆形深基坑滑模的组成圆 形 深 基 坑 滑 模 由 钢 模 板、模 架 和 悬 挂 装 置 三大 部 分 组 成
7、。其 中 钢 模 板 由 标 准 块 12 件、带 浇 筑 口标 准 块 12 件、左 右 斜 口 临 接 块 各 4 件 和 楔 形 块 4 件组 成；模 架 由 16A 型 槽 钢（腰 厚 6.50 mm）和 H 型 钢组 成 钢 模 板 背 部 支 撑 体 系；悬 挂 装 置 由 8 节 钢 支 架焊 接 的 环 形 大 支 架、8 台 卷 扬 机（机 座、电 动 机、卷 筒、三级 减 速 箱、钢 丝 绳、滑 轮 等）和 8 根 扁 担 梁 组 成（图 1）。悬 吊 系 统 由 1 台 卷 扬 机 采 用 工 字 钢 整 体 焊 接 在1 个 钢 支 架 上，卷 扬 机 通 过 钢 丝
8、绳 和 扁 担 梁 连 接。其 中,扁 担 梁 由 1 根 钢 横 梁 构 成，在 钢 横 梁 上 焊 接 1个 定 滑 轮，在 钢 横 梁 下 方 两 侧 用 钢 丝 绳 连 接 2 个 吊钩，分 两 个 吊 点 将 单 块 模 板 平 衡 吊 装，达 到 起 升 模板的目的。2.2 悬挂装置对比分析国 内 大 部 分 工 程 基 本 上 采 用 汽 车 吊 或 者 履 带吊 进 行 安 装 和 拆 除 基 坑 内 衬 墙 钢 模 板，需 清 空 基 坑周 边 场 地 用 于 放 置 钢 模 板。随 着 工 作 井 深 度 的 增加，安 装 和 拆 除 模 板 的 时 间 也 随 之 增 长
9、，效 率 也 相 51应 降 低。另 外，随 着 工 作 井 深 度 的 增 加，导 致 吊 车司 机 操 作 视 野 严 重 受 限，安 装 和 拆 除 模 板 过 程 将 存在重大安全隐患 1。卷 扬 机 设 备 一 般 在 水 利 系 统 闸 门 中 运 用 广 泛，但 在 圆 形 深 基 坑 作 业 过 程 中 运 用 相 对 较 少。本 次施 工 工 艺 与 传 统 施 工 方 法 有 所 区 别，吊 装 装 置 采 用在 工 作 井 混 凝 土 梁 上 设 置 环 形 钢 支 架 和 卷 扬 机 的方 式，在 环 形 梁 座 的 顶 部 平 面 上 平 均 分 布 8 台 卷 扬机
10、。吊 装 系 统 可 实 现 无 需 拆 卸 即 可 进 行 下 一 层 土方 的 施 工 开 挖，减 少 了 施 工 工 序 衔 接 的 时 间。同 时节 省 了 施 工 场 地，有 利 于 增 加 带 模 养 护 的 时 间，对内衬混凝土的养护和温控起到了更好的保障作用。2.3 智慧化模板操控及安全保障施 工 采 用 的 悬 挂 装 置 设 有 智 慧 化 操 控 系 统，8台 卷 扬 机 分 别 设 置 了 各 自 的 数 字 拉 力 计，并 分 别 有点 动 和 联 动 控 制 模 式。正 常 的 模 式 都 以 联 动 控 制为 主，当 出 现 某 一 台 设 备 受 力 不 一 致
11、 或 提 升 高 度 有偏 差 时，拉 力 计 将 显 示 报 警 信 息，第 一 时 间 启 动 保护 措 施，所 有 设 备 将 停 止 运 行，等 待 解 除 联 动 控 制模 式，通 过 点 动 控 制 模 式 调 节 达 到 一 致 的 高 度 后，再 进 行 姿 态 微 调。当 姿 态 恢 复 到 正 常 情 况 下 时，便可 以 采 用 联 动 形 式 整 体 升 降。不 但 缩 短 了 整 个 过 程的 持 续 时 间，而 且 提 高 了 模 板 装 置 体 系 的 安 全 运 行。3 推荐使用的优点通 过 对 比 卷 扬 机 与 汽 车 吊 或 履 带 吊 两 种 悬 挂装
12、置 形 式 的 优 缺 点（表 1）可 知，采 用 卷 扬 机 作 为 滑模 的 起 升 机 械，不 仅 具 有 耗 费 时 间 短、智 慧 化 程 度高 和 工 作 效 率 高 等 优 点，而 且 也 减 少 了 重 大 吊 装 施工 带 来 的 安 全 风 险。当 然，在 使 用 该 悬 挂 装 置 前，需 要 根 据 实 际 情 况，进 行 制 动 力 荷 载 验 算、总 牵 引力 验 算、倾 覆 验 算、滑 轮 选 型 和 钢 丝 绳 选 型 等 基 础工作，使其各项指标达到安全稳定可靠为宜 2。4 设备参数验算及选型4.1 新型钢模板吊装系统应用应 用 实 例 为 珠 江 三 角 洲
13、 水 资 源 配 置 工 程 中 某基 坑 钢 模 板 施 工，基 坑 工 程 采 用 新 型 钢 模 板 吊 装 系统（图 2）。钢 模 板 直 径 为 31.125 m，高 度 为 5.228 m，总 质 量 为 120 t，吊 点 沿 钢 模 板 圆 周 平 均 设 置，有 64个（图 3）。图 1 悬挂装置示意图表 1 两种悬挂装置的对比装置形式卷扬机吊汽车吊或履带吊投入人工/人615工作效率最快安装仅需8.0 h/层安装需要36.0 h/层可控范围自动控制、同步调整人工操作、视野受限场地要求空间小空间大图 2 钢模板施工现场（a）基坑顺挖逆作法施工（b）新型钢模板吊装系统2022 年
14、 第 9 期 甘肃水利水电技术 第 58 卷 52模 板 设 计 过 程 中 考 虑 了 两 种 荷 载，一 是 用 于 侧面 模 板 强 度 计 算 时 取 值 54.22 kN/m2，二 是 用 于 模 板刚 度 计 算 时 取 值 45.54 kN/m2。混 凝 土 最 大 浇 筑 高度 为 4.50 m，侧 压 力 值 57.69 kN/m2。取 整 个 模 板 的1/4 用 于 模 型 计 算，最 大 应 力 为 72.19 MPa，最 大 位 移变形 为 8.16 mm。预 埋 件 为 普 通 Q 235 B 圆 钢，埋 件 最 小 有 效 截 面积 为 314.00 mm2。根
15、据 受 力 情 况 分 析，经 计 算，轴心 受 拉 应 力 强 度 为 47.30 MPa，设 计 要 求 轴 心 受 拉应 力 强 度 应 小 于 170.00 MPa，计 算 结 果 满 足 设 计要 求。4.2 悬挂设备参数验算悬 挂 设 备 的 选 择 与 钢 模 板 尺 寸 及 结 构 有 关，直接 关 系 到 吊 装 时 的 安 全 及 稳 定，所 以 进 行 设 备 各 项参数的验算非常重要 3。（1）刹车制动力荷载验算刹车制动力标准值按照式（1）计算：W=（v a/g）+1 Q=K d Q（1）式中：W 刹车时产生的荷载标准值（N）；v a 刹车时制动减速度（m/s2）；g
16、重力加速度（m/s2）；Q 料罐总重（N）；K d 动荷载系数。制 动 减 速 度 v a 值 与 安 全 卡 的 制 动 灵 敏 度 有 关，其 数 值 应 根 据 不 同 的 传 力 零 件 和 支 承 结 构 对 象 按经 验 确 定。为 简 化 计 算，因 刹 车 制 动 而 对 滑 模 操 作平台产生的附加荷载，K d 值可取 1.12.0。经计算，刹车制动力荷载 W=2 400 kN。（2）总牵引力验算模板牵引力 R 按照式（2）计算：R=F A+G sin+f 1（Gcos-P e）+f 2 G cos K（2）式中：F 模板与混凝土的粘结力（kN/m2）；A 模板与混凝土的接触
17、面积（m2）；G 模板系统自重（kN）；模板的倾角（）；f 1 模板与混凝土间的摩擦系数；P e 混凝土的上托力（kN）；f 2 滚轮或滑块与轨道间的摩擦系数；K 牵引力安全系数，可取 1.50 2.00。在 施 工 过 程 中，钢 模 板 按 照“开 挖 放 置 浇 筑 再 次 开 挖 起 模 下 降”的 施 工 工 序，故 取 G=1 200.00 kN、f 1=0.20、f 2=1.06 及 K=2.00 进行验算。经计算，总牵引力 R=3 024 kN，满足设计要求。（3）倾覆验算整 个 环 形 梁 共 有 16 支 外 伸 梁，共 同 承 载 120.0 t，平 均 每 处 外 伸
18、梁 受 力 7.5 t。外 伸 梁 的 大 部 分 位 于 压项 梁 上，小 部 分 伸 出 悬 在 井 口 处，钢 丝 绳 安 装 在 悬出 部 分 的 滑 轮 上。利 用 压 项 梁 的 边 形 成 一 个 支 点，钢 丝 绳 受 到 下 方 重 物 的 牵 引，使 梁 有 顺 时 针 转 动 的趋 势，因 此 在 梁 的 左 侧 要 有 足 够 大 的 拉 力（允 许 拉力 F），以 保 证 环 形 梁 的 整 体 稳 定。考 虑 到 现 场 施 工条件，设计要求安全系数 应 不小于 5.0。将 整 个 吊 装 系 统 可 以 简 化 为 一 个 杠 杆 模 型，根据平衡原理，满足以下力
19、矩守恒：F L 1=G L 2（3）根 据 设 计 图 纸，相 关 参 数 取 值 为：L 1=2 200 mm、L 2=800 mm、G=7.5 t，求得 F=27 273.7 N。梁左端 用4 支 24#钢筋固定，许用应力 取值为 80.0 MPa。经 计 算，允 许 拉 力 F=144 640.0 N，安 全 系 数 为 5.3。安全系数大于 5.0，满足设计抗倾覆要求。4.3 悬挂设备选型（1）滑轮选型滑 轮 优 先 选 用 球 墨 铸 铁 双 槽 滑 轮，尺 寸 应 满 足钢 丝 绳 直 径 大 小 的 要 求。卷 扬 机 数 量 为 8 台，施 工过 程 中 采 用 双 吊 线 起
20、 吊（动 滑 轮 组），安 全 系 数 取 值6.5。经 计 算，卷 扬 机 拉 力 为 15.31 t，故 应 选 用 不 小于 16.00 t 的 卷 扬 机。由 于 施 工 采 用 双 滑 轮 组，其 中一 组 作 为 保 险 联 动 使 用，故 8 台 卷 扬 机 应 该 选 用5 2285 22831 125 31 125图 3 钢模板尺寸示意图/mm第 9 期 吴伟红，等：浅谈圆形深基坑钢模板吊装系统的选型及应用 第 58 卷 53HQG（L）2-16 以上型号为宜。（2）钢丝绳选型现 场 施 工 主 要 参 数 为：钢 模 板 总 重 量 120 t、刹车 荷 载 2 400 k
21、N。为 了 施 工 安 全，在 钢 丝 绳 选 型 过程 中，取 最 大 值 2 400 kN 进 行 计 算。沿 钢 模 板 设 置了 64 个 吊 点，当 钢 丝 绳 的 公 称 直 径 选 用 20 mm 时，计算得出每个吊点受力为 31.65 MPa。公 称 抗 拉 强 度 是 试 样 拉 断 前 承 受 的 最 大 标 称拉 应 力，由 均 匀 塑 性 变 形 向 局 部 集 中 塑 性 变 形 过 渡的 临 界 值，也 是 在 静 拉 伸 条 件 下 的 最 大 承 载 能 力。当 钢 丝 绳 的 直 径 选 用 20 mm 时，公 称 抗 拉 强 度 要 求小 于 1 870 M
22、Pa 才 算 合 格。计 算 结 果 满 足 设 计 要求，故施工过程中钢丝绳选用 6X 36WS-20 型为宜。5 结论（1）吊 装 系 统 采 用 卷 扬 机 来 吊 装 钢 模 板,保 持 钢模 板 在 安 装 及 拆 除 时 在 同 一 个 工 作 面 上，无 需 二 次吊 出 圆 形 深 基 坑，大 大 减 少 了 钢 模 板 的 安 拆 时 间。不 仅 具 有 耗 费 时 间 短、智 慧 化 程 度 高、工 作 效 率 高等 优 点，而 且 也 减 少 了 重 大 吊 装 施 工 带 来 的 安 全 风 险。（2）吊 装 系 统 体 积 小、重 量 轻、结 构 紧 凑、起 重力 大
23、、实 用 性 强，可 以 增 加 带 模 养 护 的 时 间，无 需 拆卸 即 可 进 行 下 一 层 土 方 开 挖，对 后 续 基 坑 滑 模 施 工提供了技术支持。（3）在 使 用 悬 挂 装 置 前，需 要 进 行 制 动 力 荷 载验 算、总 牵 引 力 验 算、倾 覆 验 算 以 及 滑 轮 选 型 和 钢丝 绳 选 型 等 基 础 工 作，使 其 各 项 指 标 满 足 安 全 稳 定可靠的要求。参考 文献：1 戴 穗 锋.预 制 箱 梁 钢 内 模 板 吊 装 辅 助 装 置 的 研 制 与 应用 J.建筑施工，2021，43（1）:98-99.2 朱 威.超 深 基 坑 圆
24、形 结 构 钢 模 板 施 工 技 术 J.中 国 水 能 及电气化，2022，18（4）:20-23.3 董 富 强,梁 复,李 莉,等.筒 仓 库 顶 钢 结 构 滑 模 整 体 提 升 施工技术J.工程建设与设计，2007，55（10）:74-77.由 表 5 可 以 看 出，景 区 大 多 数 危 岩 的 危 险 性 等 级为 级 或 级，仅 q 1 和 q2 危 岩 的 危 险 性 等 级 为 级。4 结论依 托 现 场 调 查 结 果，结 合 无 人 机 航 空 摄 影 和 结构 面 信 息 自 动 化 处 理 等 技 术，实 现 了 对 同 关 口 景 区岩 体 结 构 面 产
25、状 和 危 岩 区 特 征 的 快 速 获 取，克 服 了传 统 野 外 调 查 工 作 耗 时 长、视 角 受 限 等 缺 点，为 复杂 地 质 条 件 下 崩 塌 地 质 灾 害 的 识 别 和 预 测 提 供 了技术和方法，可以得到以下主要结论。（1）景 区 存 在 10 处 危 岩 体，划 分 为 大 型 危 岩 体（1 000 m3）和 小 型 危 岩 体（1 000 m3）二 种 类 型。基 于 研 究 区 的 三 维 模 型，结 合 现 场 调 查 结 果，研 究 区内 共 识 别 解 译 出 4 处 大 型 危 岩 体 和 6 处 小 型 危 岩 体。（2）危 岩 体 大 部
26、分 处 于 基 本 稳 定 状 态，b2 和 b 4危 岩 体 稳 定 性 较 差，在 地 震 或 降 雨 工 况 下 均 处 于 不稳 定 状 态；q 1、q 2 和 b 1 发 生 崩 塌 后 会 威 胁 景 区 运 营安全，其余危岩体对景区威胁较小。（3）基 于 无 人 机 遥 感 技 术 和 建 模 技 术，通 过 构建 数 字 高 程 模 型、坡 体 模 型、危 岩 体 模 型 并 结 合 坡表 特 性 等 基 础 数 据，由 Unity 3 D 生 成 落 石 失 稳 后 的三 维 运 动 轨 迹、轨 迹 断 面 图 及 速 度 图 等。由 图 分 析可 知，研 究 区 内 落 石
27、 的 运 动 方 式 主 要 以 弹 跳 及 滚 动为主，落石最大运动距离为 160.5 m。（4）结 合 危 岩 稳 定 性 与 运 动 距 离 对 各 危 岩 体 进行 危 险 性 评 价，其 中 q1 和 q 2 为 级，危 险 性 最 大；q3、q 4、b2 和 b 4 处 于 级，危 险 性 较 小；q 5、q 6、b 1 和b3 处于 级，危险性最小。参考文献：1 吕 庆，孙 红 月，翟 三 扣，等.边 坡 滚 石 运 动 的 计 算 模 型 J.自然灾害学报，2003，12(2)：79-84.2 吕 庆，周 春 锋，于 洋，等.滚 石 坡 面 碰 撞 破 裂 效 应 的 试 验
28、研究 J.岩 石 力 学 与 工 程 学 报，2017，36(增 刊 1)：3359-3366.3 姬 中 民，唐 一 举，伍 法 权，等.落 石 形 状 和 尺 寸 对 恢 复 系 数影 响 的 室 内 试 验 研 究 J.岩 土 力 学，2021，42(3)：665-672.4 王 豪，黄 健，黄 祥，等.一 种 利 用 Unity 3D 模 拟 崩 塌 三 维 运动 全 过 程 的 方 法 J/OL.武 汉 大 学 学 报(信 息 科 学 版)，（2021-09-15）2022-07-10.https:/tail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=WHCH 202 10914004&uniplatform=NZK PT 5 陈 洪 凯，唐 红 梅，王 蓉.三 峡 库 区 危 岩 稳 定 性 计 算 方 法 及应用J.岩石力学与工程学报，2004，23(4)：614-619.（上接第 50 页）2022 年 第 9 期 甘肃水利水电技术 第 58 卷 54
