矩形顶管一体滑轮式脚手架稳定性计算研究

矩形顶管一体滑轮式脚手架稳定性计算研究

吴亚东

上海市合流工程监理有限公司，上海， 200232

摘要：以淞沪路~三门路下立交矩形顶管工程为例，通过有限元软件Midas-NX对该工程一体滑轮式脚手架稳定性进行验算，并对其荷载和稳定性进行计算，计算结果显示该工程设计的脚手架满足稳定性及安全性要求，为以后类似矩形顶管隧道工程使用一体滑轮式脚手架的设计和计算提供可靠的借鉴依据。

关键词：矩形顶管；一体滑轮式脚手架；稳定性计算

0、引言

脚手架是工程施工中临时搭建的工作平台，具有广泛用途，是各类工程建设中不可或缺的临时性辅助设施。脚手架的构造由传统的桥式、立柱式及门式发展进化为相对来说更先进、方便、安全的挂式、悬吊式、爬式、挑式及一体滑轮式等多种形式。脚手架的设计和施工不仅要求考虑到其稳定性和安全性，还要考虑到其材质要质量轻、刚性好等降低施工成本，以及拆装迅速提高便捷性和施工效率，甚至还要考虑到现场文明施工，便于施工管理。

以淞沪路~三门路下立交矩形顶管工程为例，我们对工程采用的一体滑轮式脚手架进行了严格科学的计算，以及在施工过程的安全、质量全过程监控，实现了一体滑轮式脚手架设计的目的，满足了施工的要求。

1、项目概况

淞沪路~三门路下立交矩形顶管工程位于上海市杨浦区闸殷路和淞沪路交叉口，南起政学路北至闸殷民府，为“Y”型双层结构。下匝道穿越三门路段采用一台超大断面矩形顶管机施工。本工程包含二条下立交隧道，其中下立交通道东、西通道东、西线长度均约163m，采用矩形顶管工法施工。工程平面图见图1。

图1淞沪路~三门路矩形顶管工程平面图

隧道内布置一体式滑轮脚手架，如图2，用于管节清理、注浆、防水堵漏隧道内焊接施工等临时辅助。

图2一体式滑轮脚手架

1.1、地基

脚手架地基础部位是管节混凝土面，脚手架搭设时立杆垫脚部位直接放在地面，以保证承载能力能够满足脚手架的搭设要求。

1.2、扣件

加固件与门架连接采用扣件时应符合以下规定：

（1）扣件规格大小与所连钢管外径尺寸应相匹配；

（2）扣件螺栓拧紧扭力矩不得小于40N·m，宜为50～60N·m；

（3）每个杆件伸出扣件盖板边长度不得小于100mm。

1.3、安全防护

（1）人工人员在作业平台工作时，必须佩带安全带。

（2）人员于脚手架上操作时，需锁紧滑轮，不得移动脚手架。

（3）根据实际净空设置护栏。

（4）每次使用单边操作面允许人员2~3人。

（5）电机车、平板车经过时人员需暂停使用。

2、一体式脚手架搭设施工安全要点

2.1、脚手架搭设的基本要求

（1）搭设的脚手架宽度(或面积)应适当、步高离墙距，能满足工人操作、堆置材料和运输的要求。

（2）脚手架的结构应具有足够的稳定性和承载力，保证施工期间在可能的使用荷载(规定限值)的作用下不发生变形、倾斜和摇晃。

（3）脚手架的使用应保证其具有较大的安全储备，严格控制其使用荷载。

（4）在满足竖向荷载的同时，必须设置必要的剪刀撑。

2.2、脚手架搭设要点

（1）脚手架的地基应严格按规定要求处理，确保脚手架的稳定性。

（2）严格按照设计及规定的构造尺寸搭设，注意杆件搭设顺序，控制立杆的垂直度和水横杆的平偏差，并使节点连接符合要求。

（3）搭设过程中应及时设置剪刀撑和斜撑，避免在搭设过程中脚手架发生偏斜和倾倒，确保安全。

（4）不能使用变形的杆件和不合格扣件(如有裂纹、尺寸不符等)。

（5）未搭设完成的脚手架，要确保脚手架的稳定，避免发生意外。

（6）在脚手架搭设过程中要加强检查，及时发现问题并解决。

（7）脚手架搭设完毕后应进行验收检查，验收合格后方能使用。

2.3、扣件的安装要点

（1）连接大横杆的对扣件的开口应朝架子内侧，螺栓向上，避免开口朝上，以防雨水进入。

（2）螺栓应将根部放正并保持适当的拧紧程度，可以保证脚手架的承载力、稳定性和安全性。但螺栓也不宜拧得过紧，会造成扣件和螺栓断裂，所以螺栓必须保持适度的松紧，要求扭力矩控制在39～49N·m(4～5kg·m为宜)，最大不得超过59N·m(6kg·m)。所用板手以棘轮扳为宜，这种扳手可以连续拧紧拧转，可以控制拧紧程度和提高效率。

2.4、拆除钢管脚手架要点

（1）划出工作区标志，禁止行人进入。

（2）严格按要求遵守脚手架的拆除顺序，自上而下，后搭设先拆，先搭设后拆，一般是先拆栏杆、脚手板、剪刀撑，最后拆横杆、立杆等。

（3）脚手架拆除工作应由专人统一指挥，上下协调一致，当解开与他人有关的结扣时，应先告知对方，以防其发生坠落。

2.5、脚手架安全使用要点

（1）不利用脚手架吊运重物。

（2）作业时必须按照规定佩戴安全帽及保险带。

（3）不准作业人员从走道以外的位置攀登架子上下。

（4）不得在架子上推车跑动。

（5）不得在脚手架上拉结吊装用的缆绳。

（6）不得随意拆除脚手架的部件和联系杆。

（7）不得在脚手架底部和附近进行影响地基稳定的施工作业。

（8）吊装作业时，不得碰撞和扯动脚手架。

（9）脚手架使用过程中应加强检查，若出现立杆悬空、联接松动、脚手架歪斜、杆件变形等问题，应暂停使用脚手架并立即进行纠正与加固待解决以后方可继续使用。

3、一体式脚手架搭稳定性验算

淞沪路~三门路下立交顶管工程井下桁架其尺寸见图3，单拼构件如图4所示。工作时左、右悬及顶部容许最大荷载均按2450kN(质量250kg)计算。

图3一体式脚手架尺寸

图4单拼构件

构件材料信息如下：

Material(主管)：50*3.0mm

Staytube(撑管）：撑管）：20*2.0mm

Braces(斜管)：20*2.0mm

Material(材质)：6082-T6

则构件截面属性见图5：其中(a)为主管截面属性，(b)为撑管和斜截面属性。

(a)主管截面属性(b)撑管和斜截面属性

图5构件截面属性

取材料弹模E=70GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=2700kg/m³。基座底部约束见图6。建立计算模型见图7，计算结果见图8~12。

图6基座约束

图7模型荷载、约束

图8轴力图

图9Y向剪力图

图10Z向剪力图

图11Y向弯矩图

图12Z向弯矩图

6082-t6材料力学性能如下：

抗拉强度σ_b(MPa)≥310

条件屈服强度σ_0.2(MPa)≥260

由图7~11计算结果可知，构最大轴力N_max=22636.6kN位于立柱斜管处，此的截面积A=0.000113097m²，则材料：

σ_max=N_max/A=200MPa

σ_max＜抗拉强度σ_b=310MPa

σ_max＜条件屈服强度σ_0.2=260MPa

故桁架结构满足强度要求，安全。

4、结论

以淞沪路~三门路下立交矩形顶管工程一体滑轮式脚手架为例，通过有限元软件Midas-NX进行了脚手架的稳定性计算，计算结果显示该工程的脚手架的稳定性满足施工要求，可以确保工程安全施工，为以后类似工程提供借鉴参考。

参考文献：

[1]汪捍东.钢管脚手架在桥梁施工中的应用[J].公路交通技术,2002(03):70-73.

[2]杜荣军.建筑施工脚手架实用手册[M].中国建筑工业出版社,1994.

[3]杜荣军.脚手架结构的稳定承载能力[J].施工技术,2001(04):3-7.

[4]余宗明.高型脚手架及模板支撑架的结构设计[J].施工技术,2005,34(003):46-48.