一种狭窄井道内风管整体提升工装及施工方法与流程

本发明涉及机电安装施工，具体涉及一种狭窄井道内风管整体提升工装及施工方法。

背景技术：

1、在高层建筑机电安装施工中，风管竖井的空间通常比较狭窄，而安装过程涉及建筑与机电两个专业的交叉作业。所以传统的施工逻辑存在固有的工序矛盾。机电专业为了保证风管安装质量，要求管井柱和楼层圈梁形成后，墙体砖体采取后砌的方式，以便于工人能从侧面全方位伸入紧固风管法兰螺栓；同时支吊架大部分需搁置在圈梁上，小部分支吊架需待墙体砌筑后再进行局部补充。然而，这种施工模式会导致土建模板长时间无法拆除，严重影响土建的施工进度，因此该方案建筑专业通常不认可。

2、反之，若遵循建筑专业的常规流程，即先将所有墙体、圈梁和柱体全部施工完成，虽然满足了土建工期需求，却给机电安装带来了致命难题：机电专业的风管螺栓紧固又成为问题。由于井道侧壁已被砖墙封闭，工人无法触及法兰螺栓，导致螺栓无法拧紧，严重影响了风管系统的严密性和施工质量。

3、此外，在实际工程中，部分管井最下方风管不落地（即离地面2米左右直接由垂直转换成水平接入机房），或者楼层高度不一，现有的通用吊装方法无法解决在完全封闭的狭窄井道内进行风管续接和高空螺栓紧固的难题。因此，现有技术中缺乏一种能有效协调土建与机电工序，并在全封闭狭窄井道内实现风管高效、高质安装的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种解决现有管井施工中，针对四面圈梁、三面砌筑封闭墙体且一面留置敞口的狭窄空间，传统吊装设备难以进入、风管分段吊装安全风险高、以及无法精准感知底部承托力而导致虚托的技术问题的狭窄井道内风管整体提升工装及施工方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种狭窄井道内风管整体提升工装，其特征在于，包括风管系统、顶部吊装机构、临时支撑机构、承载机构和吊装夹持机构；

4、所述风管系统采用多个风管段，每个所述风管段的两端均设有法兰，相邻两个风管段端部的法兰通过螺栓紧固连接，形成竖向连续的所述风管系统；

5、所述顶部吊装机构，设在所述风管系统的上方并连接起重设备，所述顶部吊装机构包括主吊组件和辅吊组件；

6、所述主吊组件包括至少一根吊装铁杆和主吊钩，所述吊装铁杆对穿于所述风管系统中位于顶层的风管段；

7、所述辅吊组件包括连接于起重设备的口字形框架、一对对称竖向设于口字形框架上的吊装钢索和勾挂于所述顶层风管段端部法兰的多个吊装铁钩；所述吊装钢索沿高度方向间隔开设有多个孔眼；所述吊装钢索用于向下传递辅吊作用力，所述吊装铁钩通过钢丝绳汇聚连接于所述吊装钢索上与顶层风管段对应高度的孔眼中，用于分担吊装荷载；

8、所述主吊钩连接起重设备，并通过吊绳分别连接所述吊装铁杆和所述口字形框架，以形成主吊受力路径，承担主要起吊荷载；

9、所述承载机构，连接于所述吊装钢索并位于所述风管系统的底部，用于承托所述风管系统中最底层风管段的底部；

10、所述吊装夹持机构，用于夹持相邻两个所述风管段对接处的法兰，并通过钢丝绳连接于所述吊装钢索上将拉力传递至被夹持的法兰，与顶部吊装机构共同为风管系统提供竖向吊持力，防止吊装过程中法兰变形；

11、所述临时支撑机构，用于在风管系统临停时支撑于管井延伸的建筑楼板或管井的圈梁上；

12、其中，所述风管系统在提升工况下，通过所述顶部吊装机构和所述吊装夹持机构提供竖向吊持力，同时通过所述承载机构承托最底层风管段底部，三者共同承受风管系统自重；在风管系统临停工况下，通过顶部吊装机构和吊装夹持机构保持竖向吊持力，同时通过临时支撑机构承托风管段端部的法兰，所述顶部吊装机构、吊装夹持机构和临时支撑机构三者共同受力，此时承载机构处于随动或非承托状态。

13、优选地，所述口字形框架包括两根平行间隔布置的扁担和两根连接于两根扁担之间的平衡梁围合构成；

14、一对所述吊装钢索分别竖向对称固定设于所述两根扁担的下方，并分别位于所述风管系统的对应两侧，构成对风管系统辅吊受力的竖向传输通道。

15、优选地，所述吊装夹持机构包括夹持板和夹持钢丝绳；

16、所述夹持板采用长条形板状结构，所述夹持板的长度与所述法兰的单边长相匹配，所述夹持板的端部设有鸭嘴夹式夹口，所述夹口用于夹持相邻两个风管段对接处的法兰的端部边缘；所述夹持板的中段为实体板面且开设有多个连接孔位；在安装状态下，夹持板的中段贴合法兰外侧板面，通过穿设于所述连接孔位与法兰螺栓孔中的紧固件将所述夹持板与法兰固定连接为一体，使夹持板与法兰共同受力；

17、所述夹持钢丝绳的一端连接于所述夹持板上，另一端汇聚连接至所述吊装钢索的相应高度的孔眼中。

18、优选地，所述承载机构包括外框、托架、球轴杆和压力检测模块；

19、所述外框采用型钢焊接而成的刚性矩形框架，具有相对布置的长边和短边；

20、所述外框的内部安装有球轴杆，所述球轴杆的轴心线与外框的竖直轴心线重合；

21、所述外框内以球轴杆的轴心线呈对称式分布安装有四个压力检测模块，所述托架设于外框内部且与球轴杆及压力检测模块的上端面螺栓连接，所述托架的边缘与外框内壁之间留有间隙；

22、所述外框的长边的轴线上设有承载固定件，所述承载固定件通过插销固定连接所述吊装钢索上对应高度的孔眼。

23、优选地，所述承载机构还包括缓冲模块，所述缓冲模块采用两组分别设置在所述外框的短边的轴线上，包括活动件、滑辊、弹簧和支撑杆；

24、所述活动件的前端安装有滑辊，所述活动件的后端通过弹簧连接于外框的外侧壁，所述活动件的两侧通过支撑杆与外框转动连接，以构成弹性伸缩自适应支撑结构，使滑辊紧贴管井内壁。

25、优选地，所述临时支撑机构在所述风管系统上间隔设置，每间隔至少两个风管段设置一个临时支撑机构，且所述临时支撑机构成对设置，用于承托所述风管段端部两侧的法兰；

26、所述临时支撑机构包括固定杆、活动杆、第一轴杆和第一电机；

27、所述固定杆的内部转动连接有第一轴杆，且第一轴杆的中部设有两段螺旋方向相反的螺纹结构；

28、所述固定杆的一端安装有第一电机，且第一电机与第一轴杆传动连接；

29、所述活动杆靠近固定杆的一侧呈对称式分布安装有两个第一活动连杆，且两个第一活动连杆的末端均贯穿固定杆的侧边，并与第一轴杆螺纹传动连接；

30、所述固定杆和活动杆用于横跨并架设在管井两侧延伸的建筑楼板或圈梁上，通过第一电机驱动活动杆横向伸缩，使所述活动杆移动至风管段端部的法兰下方，承托并分散吊装荷载，防止风管系统临时停靠时掉落。

31、优选地，所述临时支撑机构包括用于固定卡紧管井墙壁的固定卡紧机构；

32、所述固定卡紧机构包括设置在所述固定杆一侧和另一侧的双卡组件和单卡组件；

33、所述双卡组件包括固定卡板、第一滑槽、第一活动卡板和第一弹簧；所述固定卡板设于第一滑槽的开口端外侧，用于紧贴并钩挂管井后墙面的外侧壁；第一活动卡板滑动连接于第一轴杆上并贯穿第一滑槽，用于紧贴管井后墙面的内侧壁；第一弹簧设于第一活动卡板与第一滑槽内壁之间，以推动第一活动卡板抵紧后墙面；

34、所述单卡组件包括第二滑槽、第二活动卡板和第二弹簧；第二活动卡板滑动连接于第一轴杆上并贯穿第二滑槽，用于紧贴管井前墙面的外壁一侧；第二弹簧设于第二活动卡板与第二滑槽内壁之间，以推动第二活动卡板抵紧前墙面的外侧壁；

35、在使用时，推动第一活动卡板和第二活动卡板压缩对应的第一弹簧和第二弹簧，将固定杆贴紧管井墙壁后，两个弹簧回弹推动对应的卡板配合固定卡板夹紧管井的两侧墙壁，从而将临时支撑机构锚固于建筑结构上。

36、优选地，所述临时支撑机构包括设于活动杆上的顶升机构；

37、所述顶升机构包括第二轴杆、第二电机、第二活动连杆和支撑板；

38、所述第二轴杆转动连接于活动杆的内部，且第二轴杆的中部设有两段螺旋方向相反的螺纹结构；

39、所述第二电机安装于活动杆的一端，且第二电机与第二轴杆传动连接；

40、所述支撑板设于所述活动杆的顶部，且支撑板的底部呈对称式分布安装有两个第二活动连杆，两个所述第二活动连杆的底部均贯穿活动杆的顶部并与第二轴杆螺纹传动连接；

41、通过第二电机驱动第二轴杆转动，带动支撑板垂直升降，以顶紧承托其上部风管段端部的法兰，消除临时支撑机构与风管系统之间的装配间隙。

42、本发明还提供了一种狭窄井道内风管整体提升工装的施工方法，通过以下步骤最终形成四面设有圈梁、三面砌筑封闭墙体且一面留置敞口的管井结构，并完成风管系统拼装，风管系统拼装中采用吊托的受力模式，其中吊为顶部吊装机构和吊装夹持机构，一托根据提升吊装或临时停靠的工况在承载机构与临时支撑机构之间切换，且临时支撑机构通过人工搬入管井并卡紧管井墙壁，步骤包括如下：

43、步骤s0、管井砌筑与操作孔预留步骤：

44、施工时在管井四周圈梁，并在管井的三个侧面砌筑墙体；在砌筑最底层的三面墙体时，在每一面墙体上分别预留出至少两个砖位的缺口，该缺口贯通墙体厚度，形成供操作人员伸入管井内部的操作孔，供操作人员后续伸入管井内部进行法兰螺栓紧固作业；

45、在管井两侧墙体对应圈梁的位置，同步预留至少两个临时支撑架设的缺口，用于临时支撑机构的架设；

46、步骤s1、吊装专用段安装与双吊点构建：

47、定义首节风管段为吊装专用段，从管井的敞口侧，推入吊装专用段，且在吊装专用段的中部预设至少两根对穿孔位；

48、两根所述对穿孔位用于设置吊装铁杆，所述吊装铁杆两端伸出吊装专用段的管壁外，并通过双螺栓紧固于管壁；所述主吊钩通过索具与吊装铁杆连接，形成主吊受力路径，承担主要起吊荷载；

49、将顶部吊装机构的口字形框架整体吊装至吊装专用段上方，使两根平行间隔布置的扁担分别位于风管系统对称的两侧；

50、将一对吊装钢索的上端分别竖向固定连接于两根扁担的下方，使两根吊装钢索沿风管系统的两侧对称布置，构成辅吊受力的竖向传输通道；

51、将多个吊装铁钩勾挂于吊装专用段顶部法兰的两侧边缘，并通过钢丝绳汇聚连接于位于同侧设置的吊装钢索对应高度的孔眼中，所述吊装铁钩使辅吊荷载通过吊装钢索传递至顶部法兰；

52、同时，将起重设备的主吊钩与顶部吊装机构建立主吊连接：

53、由此，顶部吊装机构通过主吊钩和吊装铁杆形成主吊路径，通过扁担、吊装钢索和吊装铁钩形成辅吊路径，共同吊持吊装专用段，构成双侧对称的双吊点共同吊装体系；

54、步骤s2、首次提升与承载：

55、在吊运初期采用“一吊一托”的受力模式：以顶部吊装机构作为唯一吊持构件，以承载机构作为承托构件；

56、所述承载机构通过承载固定件和插销预先锁紧连接于吊装钢索上对应高度的孔眼中，随吊装钢索同步升降；

57、启动起重设备使顶部吊装机构受力，将风管系统的吊装专用段吊离管井底部；

58、在吊运过程中，所述承载机构随吊装钢索上升至吊装专用段底部，启动承载机构使其抵靠风管系统并微调预紧；通过设于承载机构上的压力检测模块实时检测承载机构自身承受的载荷，当该载荷达到预设承载阈值时，判定承载机构已处于可承载状态并真实承托吊装专用段，停止调节，形成顶部吊装机构与承载机构共同受力吊运吊装专用段的初始承托体系；

59、步骤s3、临停卸载与底部空间释放

60、将风管系统吊离管井底部并悬停，保持顶部吊装机构吊持受力；

61、先将承载机构从吊装钢索上卸下，即拔出插销，解除承载固定件与吊装钢索孔眼的连接，将承载机构降至管井底部或从管井敞口侧移出，腾出底部空间，为下一节正式风管段的推入与对接做准备；

62、步骤s4、正式风管拼接与两吊体系建立:

63、将第一节待吊装的正式风管段从敞口侧推入管井底部，使其顶部法兰与吊装专用段的底部法兰对正；

64、在法兰螺栓紧固前，先行通过夹持板进行预夹持：

65、将夹持板头端鸭嘴夹口夹持吊装专用段底部法兰与第一节正式风管顶部法兰对接处的端部边缘，形成防坠与对位约束，防止对接过程中风管段滑脱或偏位；

66、操作人员经由最底层三面墙体上的操作孔伸入管井内部，将法兰连接螺栓依次穿过上层法兰、夹持板中段连接孔位及下层法兰的同轴螺栓孔，在锁紧上下法兰的同时，将夹持板与对接法兰固连为一体；由此，夹持板不仅通过鸭嘴夹口咬合对接的法兰边缘，还通过法兰连接螺栓与上下法兰形成同轴串联锁紧；

67、再通过夹持钢丝绳连接至吊装钢索上对应高度的孔眼中，使吊装夹持机构由对接阶段的辅助防坠构件，转变为与顶部吊装机构共同受力的吊持构件；

68、风管系统的起吊荷载由主吊钩经吊装铁杆承担主吊力，由吊装钢索、吊装铁钩及吊装夹持机构共同分担辅吊力，顶部吊装机构与吊装夹持机构共同构成“两吊”受力体系；

69、s5、复位提升与两吊一托体系形成

70、再次进入吊运状态，采用“两吊一托”的受力模式：以顶部吊装机构和吊装夹持机构作为两吊，以承载机构作为一托；

71、将承载机构通过承载固定件和插销重新锁紧连接于吊装钢索上对应高度的孔眼中，随吊装钢索上升并抵靠当前最下方风管段的底部；

72、通过压力检测模块实时检测承载机构自身承受的载荷，当达到预设承载阈值时，判定承载机构重新处于可承载状态并可靠承托风管系统，撤去临时支撑机构承托力，通过插销扣在吊装钢索上锁死吊绳，形成稳定的“两吊一托”提升体系；

73、步骤s6、吊运与持续监测步骤：

74、保持两吊一托的吊运状态，将风管系统整体吊运至管井内下一拼接高度；在吊运过程中，压力检测模块持续监测承载机构的载荷数据，确认承载机构始终处于有效承重状态；

75、系统基于实时载荷数据计算风管系统的竖向加速度及载荷变化率，当检测到超重、失重或提速过快状态时，输出预警信号并控制起重设备停止动作，待人工确认后恢复；

76、步骤s7、临时停靠与承托切换：

77、在临停状态中，采用另一种"两吊一托"的受力模式：保持顶部吊装机构和吊装夹持机构作为两吊，将临时支撑机构作为一托；

78、管井砌筑阶段，在管井两侧圈梁对应的墙体砌筑时，需预留至少两块砖位的缺口，用于临时支撑机构架设；

79、安装时，人工将临时支撑机构由管井的敞口搬入，经该临时支撑架设孔横跨架设于圈梁上，形成楼层临时承托；

80、推动第一活动卡板和第二活动卡板压缩第一弹簧和第二弹簧，使固定卡板钩挂并紧贴管井后墙面的外壁，第一活动卡板紧贴管井后墙面的内壁，第二活动卡板紧贴管井前墙面的外壁，将临时支撑机构锚固于建筑结构上；

81、通过顶升机构调节支撑板上升，使支撑板顶紧当前高度处、位于风管段端部且靠近圈梁的法兰，作为一托承托风管系统；

82、由此，形成顶部吊装机构与吊装夹持机构两吊吊持、临时支撑机构一托承托的临停受力状态，使风管系统在楼层间安全停靠，便于下一节风管段的对接操作；

83、步骤s8、循环作业步骤：

84、拼装风管系统的过程中，循环重复步骤s至步骤s，直至风管系统安装至设计顶层标高；

85、步骤s9、操作孔封堵步骤：

86、待风管系统安装完毕并通过支架固定后，采用砖块将最底层三面墙体上预留的所述操作孔填满砌实，使原本留有缺口的三面墙体变为完整的封闭墙体，最终形成四面圈梁、三面砌筑封闭墙体且一面留置敞口的管井结构。

87、优选地，所述步骤s2中，在承载机构上升过程中，设置于外框短边轴线上的缓冲模块开始工作：活动件在弹簧的弹力作用下绕支撑杆转动伸展，带动安装于活动件前端的滑辊紧贴管井内壁，维持弹性支撑，构成弹性伸缩自适应支撑结构，防止风管系统在上升过程中晃动。

88、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

89、1、本发明通过设置顶部吊装机构和吊装夹持机构共同构成“两吊”受力体系，并利用吊装夹持机构的夹持钢丝绳穿过吊装钢索上的孔眼进行高度锁定，实现了在仅有一面敞口的管井内，对风管系统的稳定吊持与高度调节，解决了传统吊装设备因作业面受限而无法进入管井施工的难题，实现了狭窄井道的全封闭环境下的安全吊装。

90、2、本发明通过在承载机构上设置压力检测模块，实时检测承载机构自身承受的载荷，当载荷达到预设承载阈值时才判定为有效承托，解决了传统施工中仅凭肉眼观察无法确认底部托举力是否到位的问题，从根本上防止了风管因虚托导致的坠落风险，杜绝了提升过程中的虚托风险，确保了重载作业的安全性。

91、3、本发明通过在承载机构的外框上设置缓冲模块，利用活动件绕支撑杆转动，在弹簧的弹力作用下带动滑辊紧贴管井内壁，构成了弹性伸缩自适应支撑结构，解决了风管系统在提升过程中因摆动而与管井墙壁发生碰撞、磨损的技术问题，保证了竖向提升的直线度，保证了提升过程的稳定性，避免了管井内的磕碰。

92、4、本发明通过顶部吊装机构和吊装夹持机构保持竖向吊持力，并根据工况在承载机构提升时与临时支撑机构临停时之间切换承托力，同时配合临时支撑机构的固定卡板、第一活动卡板和第二活动卡板对管井墙壁的三面卡紧锚固，实现了风管系统在高空的无辅助悬停与稳定对接，解决了传统方法中需要大量人员在井内辅助扶稳带来的安全隐患，本发明通过“两吊一托”的动态切换机制，解决了狭窄空间内无法人工近距离辅助安装的难题。

93、5、本发明通过在砌筑最底层三面墙体时预留操作孔，并在风管对接时，允许操作人员经由操作孔伸入管井内部对法兰进行螺栓紧固，待安装完毕后采用砖块将操作孔填满砌实，最终形成四面圈梁、三面砌筑封闭墙体且一面留置敞口的管井结构，解决了三面封闭墙体无法从外部进行螺栓紧固的工艺死角问题，实现了全封闭管井的高效拼装，突破了三面封闭管井的施工限制，简化了施工工序。