超高大跨度鋼結構試驗塔安裝施工技術研究

雍曉強

（甘肅省安裝建設集團公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

某基地鋼結構試驗塔位于偏遠山區(qū)，試驗塔主體結構為A、B兩塔，塔體高200米，塔與塔之間跨度為151.5米，A、B兩塔之間170米處有凈高10米的大橫梁相連。塔本體桿件為管式法蘭盤、高強度螺栓連接，構件材料為Q345B，兩主塔共重1268噸；橫梁跨度151.5米，橫梁高10.12米，上寬11.7米，下寬12.7米，重量285噸；桿件節(jié)點為相貫線集群接頭，工廠化異地制造。試驗塔尺寸精度要求很高，塔體結構的整體垂直度允許偏差不大于50mm，大橫梁整體平面彎曲允許偏差不大于25mm。

1 鋼結構塔吊裝施工技術的研究

1.1 技術難點

鋼結構塔體及大橫梁吊裝屬于超重、超高、超長，起重作業(yè)難度大，施工難點在于超高的鋼結構桿件及組件吊裝，尤其是超高、超重、超長的大橫梁整體吊裝，要求四點受力均衡，平穩(wěn)上升。如何避免因三點受力失衡造成塔身扭曲，發(fā)生塔毀人亡的事故，是起重作業(yè)控制的關鍵環(huán)節(jié)。吊裝施工方案必須進行嚴格的計算和多種方案對比，經過權威專家組論證后最終形成完善的、切實可行的吊裝方案。同時，安裝人員高空作業(yè)頻繁，安全防護工作要求高。

1.2 施工關鍵技術

利用“內爬法”自升爬升桅桿來吊裝塔本體桿件，采用小巧的內爬式桅桿，把內爬桿依附在需要安裝的塔內側，隨著桿件安裝高度的增高，內爬桿也可升高。利用四套內爬桿，即可實現(xiàn)豎向桿件及組件的單獨吊裝，又可實現(xiàn)水平桿件及組件兩兩組合的兩點吊裝。利用內爬桿來吊裝塔本體桿件，達到了安裝高聳塔本體的目的。再利用已安裝好的鋼結構塔體來作為受力桿，在兩塔頂部設置4根吊梁，采用8門滑車組、4臺10噸卷揚機、4吊點的吊裝方法，將長151.5米、重285噸的大橫梁吊裝到171米的就位高度，同時滿足塔體自身的受力分析及強度、穩(wěn)定性計算等吊裝施工要求。采用四套卷揚機構、四吊梁、四點整體吊裝大橫梁時，在大橫梁上設置水管連通器及帶醒目標志的四根豎向玻璃管。提升時，通過地面經緯儀觀測，控制卷揚機的轉速，有效控制大橫梁的水平度，使大橫梁上下、左右、水平最大偏差不超過10cm，可保證塔身四點受力均勻，平穩(wěn)上升。

1.3 施工工藝流程

施工準備：4套27米高爬行桅桿的制作、起重滑車組安裝、穿繞起重鋼絲繩、卷揚機安裝、地錨設置→0米至25米段塔身安裝→4套27米高爬行桅桿的安裝→25米至200米段塔身安裝→大橫梁吊前準備→試吊及觀察→大橫梁正式起吊→大橫梁就位與連接→吊裝裝置拆除。

1.4 塔體安裝施工要點

1）基礎復測

四個柱腳基礎檢測，包括邊寬、對角線距離、柱高是否滿足設計要求；修穩(wěn)地腳螺栓、檢查大墊片及8處螺母是否在同一標高；用經緯儀由塔反出100米十字中心線，在其軸線上至少有2點到3點作為基準軸線點，在塔身垂直面兩根主柱的外切線作為軸線，在同一軸線反出三點，作為測量塔高度垂直度用。

2）0米至25米段安裝

主要采用兩臺25T吊車配合進行安裝，將塔體構件（主柱、斜桿、橫桿、次斜桿、次橫桿）在地面組對成整體，分片進行安裝。安裝時主柱背后拉好八字型拉線，控制主柱向心傾斜角度及兩個側面的位移角度。塔段25米高以下全部組裝完成后，對安裝進度進行嚴格的檢測，四根主柱法蘭盤平面相對高度其誤差應小于3mm，否則應采用加墊或調整地腳螺栓進行調整，25米高處截面四邊形的對角線長度按要求其偏差應小于5mm。

3）爬升桿的制作要點

制作爬桿要滿足以下幾個要求：要滿足能吊本體桿件最大組合重量在12噸以下（也就是桿在力受力情況下，穩(wěn)定性驗算），爬桿本身橫截面不能太大，自重要輕，滿足吊裝條件即可。制作中可分4個段節(jié)組成，拼裝方便，在爬升桿上重心點上部2-2.5米處設置專門供上升用的吊耳。按以上要求自制4副截面為0.8m×0.8m的格構式爬升桿，爬桿頭部設置了吊耳并有固定的導輪2個。

4）爬升桿的安裝要點

制作好的爬桿待用時可轉入A、B塔塔架下內進行組裝，各部聯(lián)結螺栓用鍍鋅螺栓，彈簧墊片緊固，在爬桿下部2/3位置選2截面處，四周用30-40mm原木板加以襯墊，與塔體桿件附著后產生摩擦阻力，防止墜落，爬桿緊固時用手動，正、反棘輪柄纏繞鋼絲繩進行爬桿的緊固、松拆，爬桿上升時在桿尾端系棕繩進行人工輔助工作，以防碰撞本體桿件。

5）25米至200米塔本體利用內爬桿進行安裝

塔身采用四套自制式內爬桿進行安裝，每個塔身四腳各用一套內爬桿，提升系統(tǒng)鋼絲繩通過滑車、卷揚機構成一個獨立受力系統(tǒng)。每個內爬桿起吊點選在爬桿重心以上3米處，把桿尾部用棕繩提升，下部設置卷揚機進行操作，當爬桿上升至預定位置后用鋼絲繩頭把爬桿兩頭與桿件主柱臨時系緊卡住。這樣，爬桿伸出段與主柱待裝段桿件形成一個預裝高度空間，將主柱、斜桿、橫桿、次斜桿、次橫桿聯(lián)結，在地面把待吊裝桿件組成一個吊裝單元體，選好吊點，進行吊裝。

2 大橫梁安裝施工要點

2.1 大橫梁的組對

大梁地面組對前，首先把南北塔的中心軸線用白灰劃出，并將中線的兩側劃出大橫梁寬度的軸線，由軸線的中心線往兩端分出桿件段的長度尺寸，作組對時構件基本定位。采用16噸吊車配合組裝大橫梁。底面裝完后，裝大梁的兩個側面，按平面原來順裝改為倒裝以保持每裝一處成整體，先裝側面兩根立柱及側面斜桿，再吊裝上頂面主桿件，并做好臨時拉線，保證安裝安全。同樣方法安裝另一個側面，然后再吊裝上水平橫桿和平面內的X斜桿，使大梁整體穩(wěn)定，按此方法將中心一側端裝完，再從大梁中間接頭往另一端安裝大梁底平面，裝完后，裝大梁兩側及頂平面，至達大梁地面組對完。

2.2 吊裝準備

施工人員：四組操作起吊，每端2組，每組天線工3人，地面工5人，實測1人，指揮1人，每端共計20人，兩端共計40人；儀器觀測南北塔，垂直度觀測各2人；移動升高水平觀測1人，觀測人員共計5人；總指揮1人，副總指揮2人，指揮共計3人；后勤人員5人；共計53人。

觀測儀器、指揮聯(lián)系工具：觀測儀器：經緯儀4臺、測視距l(xiāng)臺、實測設備4套；聯(lián)系工具：對講機15部、紅綠指揮旗各5面。

在起吊大橫梁前，在大梁側面劃好中心標記，兩端側面也劃好對稱標記線，做好標記線要明顯（紅顏色，線條寬為5mm），便于觀測，保證在大橫梁起吊過程中用直測法和儀器觀測大橫梁的平行，不左右偏移，使其平穩(wěn)上升。

大橫梁正式起吊前，在兩塔柱面高度160m及170m處做好施工用平臺，其做法利用塔身兩側橫桿和電梯井道平臺連起搭好平臺，寬1m。平臺必須保證牢固、安全，便于工人行走。備好調整大橫梁就位工具：調整5T倒鏈10套，花蘭螺絲l批、繩卡1批、繩套l批。做好安全保險繩，為各起吊繩安全保險，采用φ28鋼絲繩4根，長4m，安裝在保險地錨上備用。

2.3 大橫梁吊裝機具的設置及吊裝要點

所有塔架桿件安裝完畢后在吊裝承重大橫梁前檢查所有桿件是否安裝完，未完桿件按圖紙盡快補齊，臨時支撐的桿件檢查是否穩(wěn)固到位；清理安放承重梁支撐點處、結合處所有毛刺、焊疤并核對尺寸；承重梁安放后，所有支撐、穩(wěn)固點按事先設計要求焊接，緊固這些連接點；兩塔體后背拉繩應預緊到規(guī)定拉力值。

設置塔頂受力工字鋼時，仍然用爬伸把桿把工字鋼用滑車吊至塔頂，這時A、B二塔已安裝至200米高度。準備好高強螺栓，待工字鋼到位后，迅速穿入緊固。其他三個吊裝梁與第一個吊梁一樣，用爬桿吊至塔頂固定。

起吊鋼絲繩采用順串法穿入，用吊梁上的16T滑車和地面卷揚機滑車往返引導，起吊滑車卡住，對正輪槽。卷揚機地錨采用全埋式地錨，錨點拉力點與地面夾角為30°左右，前擋土面積為6m2，用鐵路枕木插擋，錨體受力橫梁為型鋼加焊φ32圓鋼作為拉擊受力點。

塔架纜風地錨主要作用是后背左右拉緊。每個錨繩上設置拉力表一塊，在調緊的同時，可隨時掌握繩的受力大小，錨繩與地面夾角為40°左右。

2.4 起吊八輪滑車組大串法

首先在地面上，將上吊點滑車組A固定在某一個位置上，再將下吊點滑車組B固定在另一點處，A、B相距約5-6米遠。將φ28起吊鋼絲繩按大串法程序串好，不得串錯。并將拉出端鋼絲繩鎖住，將起吊繩上端插好套子，配好10T拉環(huán)一個留有5m長。用吊梁上的臨時滑車（16噸）串繩，將起吊滑車組A吊到塔身頂部吊梁C點處，（即上部提升吊點C）安裝好上節(jié)點，將起吊繩上端頭盤索在該主柱頂部雙橫梁處；此時滑車組B，也上升到頂部，將拉出端鋼絲繩鎖緊處松開，再將滑車組B通過底部導向滑車組D（16噸），用卷揚機拉下來，掛在大梁起吊點上，將拉出端的起吊鋼絲繩繞在卷揚機的滾筒上繞10圈以上。四處吊點全串好，均將起吊鋼絲繩拉緊待試吊。

2.5 大橫梁吊裝

正式起吊前，先做試吊，將大橫梁提升3至5米后，停車檢查起吊設備、起吊節(jié)點、監(jiān)測儀器、指揮、各方面人員等是否無問題。試吊兩次，使鋼絲繩預拉，均無問題后，使大橫梁離開地面0.5米，檢測大橫梁兩端標記在同一平度，檢測大橫梁撓度變化，并鎖定大橫梁停24小時后，再檢測大橫梁撓度變化情況、塔身變化情況，依據(jù)上述變化情況決定是否需要采取加固措施，然后確定起吊。起吊前再復查中心線和側面標記、大橫梁兩端水平標記，均無問題，并做好直測觀測法標記，記好兩塔垂直度變形數(shù)據(jù)，再正式起吊。

起吊上升時，對大橫梁的平行度、左右位移，通過直測觀測法和儀器跟蹤觀測保證大橫梁水平，左右上下位移均需小于10cm，防止起吊節(jié)點及卷揚機受力不均，如達到10cm，應進行調整。

大橫梁提升高度為170米，提升鋼絲繩的行程長度約為2720米，卷揚機滾筒行程約為20米/分鐘。計算大橫梁到位時間：約為2720÷20=136分鐘。但因卷揚機滾筒盤繩約500至600米長，故在大橫梁起吊過程中，卷揚機滾筒盤滿繩時間：600÷20=30分鐘時應停車，將起吊繩在地面導向滑輪處，甩繩保險按安全保險繩要求，將起吊繩夾好，四處吊點繩均做好后，專人進行檢查，無問題后，再將卷揚機上的盤滿繩抽出，割掉，同前面開始時盤繩要求同樣做好，并盤緊，檢查無問題后，拆除保險繩，再對四臺起吊卷揚機復查調整，無問題后，再繼續(xù)起吊，每當卷揚機滾筒盤滿起吊鋼絲繩后同上述方法做一次，預計每暫停車一次需要1個小時左右，正式大橫梁到位約8個小時左右。

大橫梁到位后，將起吊繩在地面上保上險，施工人員上塔進行大橫梁就位，并測量位置偏差尺寸，用塔身桿件、大橫梁上桿件、倒鏈、繩套配合調整大橫梁前后左右就位位置，大橫梁高低可用四臺起吊卷揚機調整，調整前將起吊繩保險應打開，進行調整，調整好后將起吊鋼絲繩再一次保上險，將大橫梁鎖定，做好連接點尺寸實測，決定大橫梁與塔身連接件的修改尺寸，此時，大橫梁在空中處在安全情況，塔上施工人員可正常操作作業(yè)。

3 主要施工機具一覽表

表1 施工機具

4 結語

1）工期分析，通過對吊裝方法的研究，在總結了傳統(tǒng)的施工方法和起重工藝的基礎上，加以改進和創(chuàng)新，因此整個工期節(jié)約120天。

2）經濟效益分析：采用內爬桿和整體起吊法使塔體桿件安裝更加快速精確，大大縮短了安裝時間，節(jié)約了人工費、材料費、設備租賃費。原計劃中若用散件拼裝大橫梁桁架，人工費105萬元，材料、設備租賃費為45萬元，而實際上采用以上2項技術后，扣除所增加起重機索具后費用為66萬元左右。

3）社會效益分析：工程質量得到了提高；提高了企業(yè)施工技術水平，擴大了企業(yè)知名度和影響力；確保了施工作業(yè)的安全性，在項目中尤為突出；總結積累了寶貴的施工經驗，鍛煉了施工隊伍，為今后施工打下了堅實的基礎。