鋼桁架高空牽引滑移施工技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判

徐 飛 朱 江

中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

光大（越南）垃圾焚燒發(fā)電主廠房項(xiàng)目位于越南芹苴市，總建筑面積15 228 m2，建筑高度42.30 m。工程周邊施工環(huán)境惡劣，缺乏各類(lèi)相關(guān)設(shè)備。項(xiàng)目所在地當(dāng)期施工正值雨季，突發(fā)性降雨較多，同時(shí)項(xiàng)目所處地域開(kāi)闊，常受大風(fēng)天氣影響。本次鋼桁架吊裝作業(yè)位于項(xiàng)目主廠房垃圾坑，該區(qū)域建筑面積1 439.5 m2，桁架最低點(diǎn)標(biāo)高 ＋37.00 m，吊裝高度40.50 m。本工程桁架兩側(cè)支座標(biāo)高分別為39.40 m和37.00 m，桁架自身存在5%坡度（圖1）。

圖1 鋼桁架吊裝典型剖面

1.2 吊裝構(gòu)件分析

鋼桁架跨度33.1 m，由7榀主桁架（ZHJ）和5榀次桁架（CHJ）組成（圖2）。項(xiàng)目采用主桁架地面散拼、單榀桁架吊裝至標(biāo)高，次桁架高空散拼的整體施工方案。根據(jù)計(jì)算分析，主桁架實(shí)際質(zhì)量7.3 t，次桁架實(shí)際質(zhì)量0.406 t。

圖2 鋼桁架平面結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備布局及工況分析

在本次吊裝前，本工程已安裝1臺(tái)QTZ6018塔吊、1臺(tái)QTZ7055塔吊，現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)場(chǎng)1臺(tái)250 t履帶吊，現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備配置已為當(dāng)?shù)厮芴峁┑淖畲笤O(shè)備（圖3）。

2.1 塔吊

考慮設(shè)備使用年限已較長(zhǎng)以及為確保吊裝安全，本工程塔吊單機(jī)起重負(fù)荷率限制在90%以下。即額定起重量為5 t的，實(shí)際起重量不得超過(guò)4.5 t。以單榀主桁架（ZHJ）質(zhì)量7.3 t作為最大起重量。吊點(diǎn)臂幅以塔身中心點(diǎn)至主桁架中心點(diǎn)為準(zhǔn)，如圖4所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備布局示意

圖4 塔吊至ZHJ中心吊點(diǎn)臂幅示意

根據(jù)圖4，可以分析得出如下結(jié)論：

1）QTZ6018塔吊，即使是距離最近的G軸，起重量4.73 t×0.9＝4.25 t，小于主桁架質(zhì)量，不適用于吊裝。

2）QTZ7055塔吊，E軸在吊點(diǎn)臂幅下起重量為8.66 t×0.9＝7.79 t，大于主桁架質(zhì)量；F軸在吊點(diǎn)臂幅下起重量為7.67 t×0.9＝6.90 t，小于主桁架質(zhì)量。因此使用QTZ7055塔吊可以吊裝A—E軸等5榀主桁架，不能滿(mǎn)足F、G軸的主桁架吊裝需求。

2.2 250 t履帶吊

由于場(chǎng)地臨時(shí)道路離建筑物較近，250 t履帶吊主臂及輔臂長(zhǎng)度不足，雖起重量滿(mǎn)足，但無(wú)法滿(mǎn)足F、G軸實(shí)際工況的主桁架吊裝需求。

2.3 最終吊裝設(shè)備選擇

由于本工程周邊設(shè)備資源匱乏，工期緊張，無(wú)法從國(guó)內(nèi)調(diào)運(yùn)適合本次吊裝作業(yè)的設(shè)備，因此，最終只能考慮由QTZ7055塔吊完成所有的吊裝作業(yè)。如何進(jìn)行F、G軸的主桁架吊裝也成為本次作業(yè)的核心問(wèn)題。

3 方案選擇

3.1 方案設(shè)定

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)討論，初步擬定4個(gè)方案[1-4]：

1）方案一，局部整體頂推。F—G軸的主桁架與次桁架在地面拼接完成，形成局部空間整體，由履帶吊吊至A－B軸，使用液壓裝置整體頂推至F－G軸，隨后其他AE軸單榀桁架由QTZ7055吊至相應(yīng)軸線(xiàn)。

2）方案二，單榀液壓頂推滑移。F軸、G軸主桁架先單榀吊至E軸，使用液壓頂推裝置，分別從E軸頂推至F軸、G軸，隨后其他A－E軸單榀桁架由QTZ7055吊至相應(yīng)軸線(xiàn)。

3）方案三，單榀倒鏈滑移。原理同方案二，但不采用液壓頂推裝置，使用較原始的倒鏈逐步拉至相應(yīng)軸線(xiàn)，隨后其他A－E軸單榀桁架由QTZ7055吊至相應(yīng)軸線(xiàn)。

4）方案四，高空散拼。利用現(xiàn)場(chǎng)已安裝的行車(chē)，在行車(chē)上搭設(shè)腳手架，將行車(chē)分別行駛至各軸線(xiàn)下方，再原位進(jìn)行鋼桁架高空散拼。

3.2 方案比選及確認(rèn)

通過(guò)召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)，邀請(qǐng)鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)家會(huì)審，從安全性、可靠性、可實(shí)施性等方面對(duì)上述方案進(jìn)行對(duì)比，得出如下結(jié)論：

1）局部整體頂推：兩榀桁架形成整體頂推到位，安全性最好，但是受250 t履帶吊仰角限制，難以將桁架吊裝至A－B軸，從設(shè)備情況看，該方案無(wú)法實(shí)施。

2）單榀液壓頂推滑移：?jiǎn)伍斖普w性差，但采用液壓頂推方式，頂推過(guò)程中容易控制桁架姿態(tài)，安全性稍差。該方案需要從國(guó)內(nèi)引進(jìn)液壓頂推設(shè)備，準(zhǔn)備周期過(guò)長(zhǎng)，需要2個(gè)月，完全不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度需求，因此該方案雖然技術(shù)可行，但因工期延誤時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)施。

3）單榀倒鏈牽引滑移：將液壓頂推改為人工倒鏈牽引，桁架滑移過(guò)程中姿態(tài)控制難度大，整體風(fēng)險(xiǎn)較大，在風(fēng)險(xiǎn)控制措施得當(dāng)?shù)那疤嵯?，可以?shí)施。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、物資情況，均能迅速滿(mǎn)足該方案實(shí)施要求。

4）高空散拼：完全高空作業(yè)，需要搭設(shè)腳手架，雖對(duì)設(shè)備功能需求減少，但在組裝過(guò)程中需要塔吊長(zhǎng)期配合，風(fēng)險(xiǎn)最大。腳手架可搭設(shè)在行車(chē)上，但需要分批次高空組裝，現(xiàn)場(chǎng)已將單榀桁架地面組裝完畢，需重新拆除，工期長(zhǎng)，可實(shí)施性差。

經(jīng)最后討論，專(zhuān)家建議：在當(dāng)前環(huán)境及設(shè)備資源極度匱乏的情況下，在充分考慮風(fēng)險(xiǎn)及采取合理風(fēng)險(xiǎn)防控措施的前提下，為確保工期，可以采用單榀倒鏈人工牽引滑移的方案。

因此，技術(shù)部門(mén)就此方案開(kāi)始針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，在通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析、有效避免安全事故的前提下，編制最終的施工專(zhuān)項(xiàng)方案。

4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判及針對(duì)性實(shí)施方案

本文討論的重點(diǎn)是針對(duì)單榀桁架滑移進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，對(duì)于常規(guī)吊裝風(fēng)險(xiǎn)，不在本文中提及，但在實(shí)際施工前，各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判均到位。

針對(duì)滑移方案施工，在專(zhuān)家的指導(dǎo)下，技術(shù)部門(mén)對(duì)滑移準(zhǔn)備、桁架起吊、滑移過(guò)程、桁架就位這4個(gè)主要步驟，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分解，由各管理崗位多人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判與措施 制定。

4.1 軌道安裝、滑移準(zhǔn)備

本道工序主要風(fēng)險(xiǎn)是軌道的強(qiáng)度、剛度能否在滑移過(guò)程中承受桁架自重。由于滑移時(shí)速度較小，因此不考慮動(dòng)荷載，僅驗(yàn)算靜荷載作用下軌道的受力情況，從而確定滑移軌道的選型。

在此選型過(guò)程中，盡可能有冗余安全儲(chǔ)備，因此選型采用現(xiàn)場(chǎng)存有的最大型號(hào)H型鋼進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1.1 軌道選型、強(qiáng)度及豎向剛度驗(yàn)算

本項(xiàng)驗(yàn)算是為防范在滑移過(guò)程中，軌道不能承受鋼桁架自重荷載，從而導(dǎo)致軌道斷裂、彎曲等風(fēng)險(xiǎn)。滑移軌道初步選用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型鋼，在桁架兩側(cè)（即4軸及8軸）分別設(shè)置。H型鋼長(zhǎng)度分別為9 100 mm和7 800 mm（圖5）。

圖5 滑移軌道布置

由于軌道是以簡(jiǎn)支梁形式擱置在相鄰2條軸線(xiàn)上的，因此可參考GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，軌道強(qiáng)度與撓度均滿(mǎn)足要求，材料安全性能儲(chǔ)備在65%以上，因此選用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型鋼有足夠的安全系數(shù)。

4.1.2 滑移軌道支座

由于軌道是簡(jiǎn)支梁狀態(tài)，存在支座豎向反力，故可能造成支座處翹起、滑動(dòng)，因此需要在支座處將軌道固定在混凝土結(jié)構(gòu)上。由于鋼桁架安裝已提前預(yù)埋螺栓，此處屬于后期結(jié)構(gòu)埋件，因此考慮借用該埋件作為H型鋼軌道臨時(shí)固定支座。

在H型鋼底部開(kāi)孔，通過(guò)地腳螺栓與屋架牛腿預(yù)埋件可靠連接，為保證螺帽不脫落，采取設(shè)置2道螺帽的做法（圖6）

4.1.3 滑移軌道受側(cè)向力情況分析

本項(xiàng)目桁架支座標(biāo)高分別為39.4 m和37.0 m，桁架自身存在5%坡度；重力下滑分力將產(chǎn)生側(cè)向水平力，力的大小為3 572.54 N，方向平行于桁架由8軸指向4軸。

圖6 支座處連接大樣

根據(jù)計(jì)算，雖然此側(cè)向水平力較小，但為確保在滑移過(guò)程中型鋼軌道不因受側(cè)向力作用而導(dǎo)致桁架脫落，經(jīng)研究決定，仍采取以下措施以抵消側(cè)向力，保證安全：滑行軌道梁下翼緣與預(yù)埋件之間滿(mǎn)焊，采用臨時(shí)螺母將支座預(yù)埋螺栓與軌道緊固連接。

4.2 桁架起吊、初步就位

主桁架在地面散拼到位，坐落于胎架上，根據(jù)方案利用QTZ7055塔吊將主桁架吊裝至E軸。起吊及就位軌道的過(guò)程中需要考慮的風(fēng)險(xiǎn)有：塔吊設(shè)備安全性；桁架跨度達(dá)33 m，起吊在空中時(shí)姿態(tài)不易控制；桁架就位軌道的時(shí)候出現(xiàn)偏離。

針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，制定如下措施：在起吊前對(duì)塔吊進(jìn)行一次檢測(cè)及保養(yǎng)工作，確保QTZ7055塔吊工作正常，在正式起吊前，進(jìn)行試吊裝；吊裝當(dāng)日，現(xiàn)場(chǎng)其他施工區(qū)域暫停施工，所有用電設(shè)備斷電，確保塔吊在吊裝過(guò)程中不會(huì)受到停電影響；桁架兩端增設(shè)纜風(fēng)繩，用以控制桁架在空中的姿態(tài)，確保其就位時(shí)位置準(zhǔn)確，與軌道形成90°夾角；桁架兩側(cè)支座下方設(shè)置限位板，確保其就位時(shí)支座與軌道完全貼合；密切關(guān)注天氣情況、風(fēng)力等級(jí)，確保在無(wú)大風(fēng)、大雨天氣情況下吊裝。

4.3 滑移過(guò)程

本道工序是利用倒鏈，人工將桁架從E軸分別牽引至F、G軸。采用單榀桁架滑移的方法。

主桁架上下弦桿和腹桿均在一個(gè)平面內(nèi)，屬于平面結(jié)構(gòu)體系，其中桁架兩側(cè)支座設(shè)置于桁架上弦桿兩側(cè)，屬于下掛式屋架，桁架自重可以確保桁架在滑移過(guò)程中前進(jìn)方向的穩(wěn)定性。

采用倒鏈人工牽引滑移存在的主要風(fēng)險(xiǎn)有：人工牽引時(shí)桁架兩端有速度差；桁架與軌道間摩擦力過(guò)大，導(dǎo)致?tīng)恳τ休^大的變化幅度；倒鏈在牽引過(guò)程中斷裂、脫鉤。

以上最終將可能使桁架在滑移過(guò)程中未與軌道形成90°夾角，導(dǎo)致桁架脫離軌道。

針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，制定如下措施：滑移前，在軌道上均勻涂抹黃油，以減小軌道和桁架之間的摩擦力；桁架兩側(cè)支座限位板，與軌道梁之間預(yù)留20～30 mm間隙，防止滑移過(guò)程中兩側(cè)張拉不同步，造成桁架傾斜，限位板在桁架就位相應(yīng)軸線(xiàn)后割除；選用10 t倒鏈進(jìn)行牽引；軌道梁面畫(huà)刻度線(xiàn)，滑移過(guò)程中始終確保兩側(cè)滑移同步進(jìn)行?？刂苹扑俣龋茟?yīng)緩慢進(jìn)行，滑移過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視軌道梁及桁架側(cè)向位移、軌道梁撓度變形情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即停止滑移并進(jìn)行調(diào)整。

每滑移300 mm暫停，檢查桁架姿態(tài)及牽引設(shè)備。施工作業(yè)及管理人員每人配備一臺(tái)對(duì)講機(jī)，確保桁架兩側(cè)滑移信息可以及時(shí)暢通傳遞。

4.4 桁架就位

桁架滑移至相應(yīng)軸線(xiàn)后，使用倒鏈將桁架提起，拆除軌道后將桁架落位在預(yù)埋螺栓上。該工序存在的風(fēng)險(xiǎn)有：倒鏈自身承載力不足，無(wú)法抬起桁架或抬起桁架后倒鏈斷裂；桁架抬起高度不足，導(dǎo)致軌道無(wú)法拆除；由于牽引不到位，桁架無(wú)法精確落位預(yù)埋螺栓；倒鏈拆除過(guò)早，桁架尚未形成空間穩(wěn)定性。

針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，制定如下措施：?jiǎn)伍旒芾?個(gè)10 t倒鏈（兩側(cè)各1個(gè)），通過(guò)與上部鋼筋混凝土框架柱綁定，將桁架整體起升，吊起高度為650 mm，為后續(xù)軌道拆除留出足夠作業(yè)空間；軌道拆除過(guò)程中，確保倒鏈仍與鋼桁架連接，以保障拆除軌道過(guò)程中桁架穩(wěn)定；軌道拆除完成后，利用倒鏈將單榀桁架整體緩慢下放至牛腿上，支座螺栓孔套入預(yù)埋螺栓，位置微調(diào)精確定位后，隨即將桁架兩側(cè)螺栓螺母緊固到位；F軸與G軸兩榀桁架吊裝完成后，立即進(jìn)行兩榀主桁架之間次桁架及上下弦系桿安裝，確保兩榀桁架的空間穩(wěn)定性；所有上述工作完成后，方可將兩榀主桁架的兩側(cè)共計(jì)4個(gè)10 t倒鏈移除。

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 施工順序

進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工階段，整體按如下順序進(jìn)行施工：E軸至G軸安裝H型鋼滑行軌道梁→G軸主桁架吊運(yùn)至E軸處，利用倒鏈將其滑移到位→第1段滑行軌道梁拆除→F軸主桁架吊運(yùn)至E軸處，利用倒鏈將其滑移到位→第2段滑行軌道梁拆除→F軸及G軸主桁架利用倒鏈安裝就位→F軸與G軸主桁架之間次桁架及上下弦系桿安裝→剩余主桁架及次桁架、系桿由北向南依此安裝。

5.2 施工過(guò)程監(jiān)控與不足

根據(jù)施工方案，施工當(dāng)日上午無(wú)風(fēng)、天氣晴朗、可見(jiàn)度良好。軌道、倒鏈已安裝布置到位，塔吊已檢測(cè)并進(jìn)行預(yù)吊裝，人員交底完成，相應(yīng)安全防護(hù)措施設(shè)置完成，準(zhǔn)備工作完備，現(xiàn)場(chǎng)工作面上與本次吊裝無(wú)關(guān)的作業(yè)人員全部離場(chǎng)，對(duì)工作面實(shí)施警戒。

總滑移行程為18 000 mm＋7 500 mm＝25 500 mm，預(yù)計(jì)整個(gè)吊裝牽引滑移時(shí)間為4 h。

桁架就位E軸后，由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮，現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部主要管理人員旁站，全程多角度對(duì)滑移速度、行程、桁架姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。施工開(kāi)始后1.5 h，第1榀桁架滑移到位，拆除F—G軸軌道，開(kāi)始后3 h，第2榀桁架滑移到位，拆除E—F軸軌道，桁架就位。整個(gè)滑移施工過(guò)程持續(xù)3 h。施工過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均正常，無(wú)異常情況發(fā)生。

總結(jié)施工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)如下不足之處有待改進(jìn)：

1）實(shí)際采用的H型鋼因型材長(zhǎng)度問(wèn)題，并未按計(jì)算模型設(shè)置為簡(jiǎn)支梁形式，受力體系略有不同。重新驗(yàn)算后，受力仍在允許范圍內(nèi)。

2）倒鏈直接拉在混凝土結(jié)構(gòu)梁上，未對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，因此未考慮牽引滑移過(guò)程對(duì)混凝土梁的影響。根據(jù)本次實(shí)施及后續(xù)觀察，采用倒鏈牽引，對(duì)混凝土梁、柱無(wú)影響。

3）滑移過(guò)程中較計(jì)劃速度偏快，主要是由于天氣預(yù)報(bào)突然報(bào)告當(dāng)日下午有陣雨，項(xiàng)目部決定在陣雨來(lái)臨之前完成第1、第2榀主桁架落位及兩榀桁架間的次桁架施工，形成整體，以確保穩(wěn)定性。今后類(lèi)似項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，需要將天氣因素作為重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行防控。

實(shí)施結(jié)果表明，上述不足對(duì)滑移無(wú)重大風(fēng)險(xiǎn)，但仍需要在后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目中進(jìn)行深入考量。

6 結(jié)語(yǔ)

本次吊裝作業(yè)，通過(guò)集思廣益、專(zhuān)家指導(dǎo)、各類(lèi)方案比選及演練，在充分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、可靠性計(jì)算的前提下，制定各項(xiàng)針對(duì)性措施，平穩(wěn)、安全地完成主鋼桁架滑移就位作業(yè)。

采用的滑移技術(shù)雖然較為簡(jiǎn)單，但在項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境惡劣，缺乏更為可靠、有效的大型設(shè)備與先進(jìn)頂推設(shè)備的背景下，通過(guò)技術(shù)方案不斷優(yōu)化與風(fēng)險(xiǎn)防控措施，驗(yàn)證了人工倒鏈牽引滑移實(shí)施的可操作性與可靠性，為后續(xù)相同環(huán)境背景下的類(lèi)似吊裝作業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也為海外項(xiàng)目施工提供了前車(chē)之鑒，即項(xiàng)目實(shí)施前需要進(jìn)行完備的技術(shù)方案前期策劃，提前做好設(shè)備、物資準(zhǔn)備，充分利用國(guó)內(nèi)成熟技術(shù)，減少項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)。