大型塔吊在斜拉橋鋼-混組合索塔安裝施工中的應(yīng)用

呂偉偉，孫明利，荊剛毅，李 偉，李鑫鑫

（中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119）

1 工程概況

南京五橋建設(shè)采用工廠化加工、現(xiàn)場裝配化安裝的設(shè)計施工理念，其中主墩索塔設(shè)計為鋼殼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，中塔高175.4m，共37個節(jié)段，邊塔高167.7m，共36個節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高4.8m。下塔柱為縱向雙肢，每肢為單箱三室的外側(cè)帶凹槽的六邊形斷面，向上逐步分離，至下塔柱頂部縱向21m（邊塔17.6m）；中塔柱為縱向雙肢，每肢為單箱單室的外側(cè)帶凹槽的四邊形斷面；上塔柱合并為單箱單室。

中塔最大吊重ZT1節(jié)段重180t，邊塔最大吊重BT1節(jié)段重150.6t，其余節(jié)段重量均在100t以下，其中上塔柱帶鋼錨梁節(jié)段重量為70～80t。

根據(jù)索塔節(jié)段重量，索塔下塔柱5個節(jié)段采用浮吊吊裝，索塔剩余節(jié)段采用塔吊進(jìn)行吊裝。鋼殼-混凝土組合結(jié)構(gòu)索塔施工的關(guān)鍵為設(shè)備的選型，其中鋼殼節(jié)段吊裝設(shè)備的選型和布置尤為關(guān)鍵。

2 塔吊選型

下塔柱BT6、BT7節(jié)段吊裝重量為65.3t、59t；中塔柱BT8～BT24節(jié)段吊裝重量為34.9～42.5t；中、上塔柱合并段BT25節(jié)段吊裝總重量74.7t；上塔柱BT26～BT36節(jié)段重量為28.6～60.6t。根據(jù)橋位實際情況和吊重、吊幅等參數(shù)，以上31個節(jié)段采用ZSC2000B（2200t·m）塔吊進(jìn)行吊裝。該塔吊起重臂長為45～60m，安裝高度為180m。在4倍率，22m吊幅內(nèi)吊重為100t，26m吊幅內(nèi)吊重為80t，布置1臺塔吊在索塔橫橋向下游側(cè)。

3 塔吊橋位使用抗風(fēng)驗算

ZSC2000B塔吊最大起重力矩為2200kN·m，選擇45m長起重臂，安裝總高度為180m，初始塔吊安裝高度31.2m，塔機基礎(chǔ)節(jié)長12.4m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長6.4m，爬升框高12.4m，塔吊與索塔中心間距為15.6m，塔式起重機為平頭水平起重臂，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用銷軸連接。塔吊塔基礎(chǔ)直接坐落在索塔承臺上，先后共采用了四道附墻裝置，為保證索塔外觀，附墻與索塔連接件采用預(yù)埋爬錐連接方式。

為確保索塔施工過程中裸塔抗風(fēng)安全，對索塔施工中塔吊不同的吊裝工況，進(jìn)行了塔吊抗風(fēng)安全性計算分析。具體步驟：（1）根據(jù)塔吊設(shè)計圖紙建立系統(tǒng)的有限元分析模型，分析系統(tǒng)的動力特性；（2）根據(jù)系統(tǒng)場地特征進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)速場及風(fēng)荷載模擬；（3）將第二步得到的風(fēng)荷載時程輸入有限元分析模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)分析[1]；（4）匯總分析結(jié)果，綜合評價各施工階段塔吊抗風(fēng)安全性。

通過有限元數(shù)值方法對ZSC2000B塔吊進(jìn)行抗風(fēng)安全性分析，得出結(jié)論：（1）安全性評價。ZSC2000B塔吊、附墻連桿在施工期工作風(fēng)速（20m/s）及設(shè)計風(fēng)速（42m/s）下是安全的。（2）舒適度評價。20m/s風(fēng)速時，加速度峰值均小于人有感范圍，可正常工作；42m/s風(fēng)速時，加速度峰值進(jìn)入人有感范圍，并可能讓操作人員感覺不適。

4 塔吊安裝及頂升

4.1 安裝順序

塔吊初始安裝高度為60m，安裝主要構(gòu)件分別為1節(jié)12m基礎(chǔ)節(jié)、1節(jié)12.4m外頂升套架、1節(jié)12.4m爬升框、上下回轉(zhuǎn)、中心塔、駕駛室、起重臂、平衡臂及配重塊等，均采用250t浮吊進(jìn)行安裝。后續(xù)塔吊頂升接高均采用塔吊自爬升系統(tǒng)通過安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行接高。

4.2 塔吊安裝工藝

塔吊零部件均陸運至現(xiàn)場，塔吊安裝時浮吊停于主橋下游側(cè)，吊裝分3種工況，分別為塔身安裝工況、平衡臂安裝工況以及起重臂安裝工況。

安裝流程：預(yù)埋基礎(chǔ)節(jié)→安裝一節(jié)基礎(chǔ)節(jié)→安裝一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→安裝爬升框→安裝回轉(zhuǎn)機構(gòu)→安裝中心塔、駕駛室→安裝平衡臂→安裝起重臂→安裝卷揚機→安裝配重塊→穿引變幅、主吊鋼絲繩→安裝其他的裝置→調(diào)試→驗收。

4.3 塔吊頂升加節(jié)

基本高度塔機經(jīng)調(diào)試、驗收合格后，根據(jù)設(shè)計要求及時將塔機頂升加節(jié)到所需工作高度，當(dāng)塔機高度超過最大允許獨立自由高度時，及時增設(shè)附著[2]。

（1）頂升系統(tǒng)檢查。頂升前檢驗頂升液壓系統(tǒng)是否完好，確認(rèn)電機轉(zhuǎn)向及液壓系統(tǒng)各部件完好、無漏滲油現(xiàn)象。

（2）頂升前準(zhǔn)備工作。安裝頂升橫梁；利用輔助油缸，將頂升橫梁支撐在基礎(chǔ)節(jié)的踏步上，繼續(xù)頂升油缸，將套架上部耳板與回轉(zhuǎn)下座外側(cè)耳板用4支銷軸正式連接，穿好開口銷；拆除頂升套架引入位置橫梁。

（3）尋找塔機頂升平衡力矩。

（4）平衡力矩調(diào)整好后，鎖定回轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以開始頂升作業(yè)。

根據(jù)施工要求可加節(jié)頂升，當(dāng)塔吊達(dá)到所需高度，將回轉(zhuǎn)下座與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用高強度銷子連接，然后操作控制換向閥收起油缸，頂升結(jié)束。在此之前，塔機不允許起重作業(yè)。

5 塔吊附墻桿安裝

附著裝置由一套框梁和三根附著撐桿組成，一套框梁由12套M64高強度螺栓緊固成附著框架，附著框架三頂點處有三根撐桿與之鉸接，三根撐桿的端部與塔身耳座（預(yù)埋爬錐）連接，三根撐桿應(yīng)盡量保持在同一水平面內(nèi)，如圖1所示。

圖1 附著平面示意圖

第一道附著安裝時先將附著框架套在塔身上，用四個葫蘆倒鏈掛在塔身上并通過四塊剎塊將塔身與附著框架套頂緊；利用塔吊逐根吊裝附墻桿，先通過銷軸將附墻桿的一端與附著框架連接，再將另一端與塔身上的耳座板拴接固定。

三根附墻桿盡量處在同一水平面上，安裝附著裝置時，應(yīng)用全站儀檢查塔身軸線的垂直度，其偏差需要≤2/1000。采用塔機吊重物操作變幅小車來調(diào)整塔機垂直度，當(dāng)塔機垂直度調(diào)節(jié)完畢后，通過附著桿件調(diào)節(jié)螺桿逐一安裝附著桿并穿上銷軸和保險銷。

當(dāng)?shù)谝坏栏街惭b完成后，開始頂升加節(jié)。隨著工程進(jìn)度橋塔升高。塔機第二、第三和第四道附著安裝工藝及步驟與第一道相同。

6 塔吊限位及安全防護(hù)裝置

塔機的限位裝置與安全保護(hù)裝置是塔機安全工作的重要保障。為保證塔吊操作安全可靠，塔吊安裝了起升高度限位、變幅限位、起重力矩限位、10m校正、急停開關(guān)等。

6.1 起升高度限位器

塔吊使用的高度限位器為電子式高度限位器，塔吊塔高校正后，PLC控制系統(tǒng)中會設(shè)置自定報警系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蹙呔嘧兎≤嚨木嚯x＜2m時，起升卷揚機將自動跳機，并發(fā)出警報信號；限位去除塔高重新校正之后，起升卷揚機重新工作。

6.2 變幅限位

小車變幅限位器用于限制小車前行和后退距離，在起重臂前后規(guī)定位置設(shè)置前、后限位，小車行駛碰到限位后，PLC控制系統(tǒng)收到信號，變幅動作立即停止，同時跳機，需按住限位去除按鈕，重新啟動回轉(zhuǎn)電機，小車才可恢復(fù)正常運動。

6.3 起重力矩限制器

起重力矩限制器也叫超力矩保護(hù)器，主要由PLC、觸摸屏與荷重元組成。當(dāng)塔機起重力矩達(dá)到設(shè)定的報警值時，PLC輸出報警信號，超負(fù)荷報警器報警。當(dāng)塔機起重力矩達(dá)到設(shè)定的限制臨界點時，PLC控制器輸出限制信號，停止塔機相關(guān)動作。當(dāng)塔吊處于超力矩狀態(tài)，吊鉤只可以向下動作，小車只可以向后動作。

6.4 起重重量限制器

起重重量限制器也叫超載保護(hù)器，主要由PLC、觸摸屏以及荷重元組成。當(dāng)塔機起重重量達(dá)到設(shè)定的報警狀態(tài)時，超負(fù)荷報警器報警，提醒操作人員謹(jǐn)慎操作。當(dāng)塔機起吊重量參數(shù)達(dá)到設(shè)定的限制臨界點時，PLC控制器輸出限制信號，停止塔機相關(guān)動作。當(dāng)塔吊處于超載狀態(tài)，鉤頭只可以向下運動。

6.5 10m校正

為防止小車張緊輪打滑造成小車幅度數(shù)據(jù)偏差，在起重臂10m處設(shè)置一個接近開關(guān)，當(dāng)小車達(dá)到此位置時，PLC接受信號，強制將幅度變更成10m。

6.6 急停按鈕

在司機室控制面板上，裝有紅色“急?！卑粹o，當(dāng)發(fā)生緊急情況時，按下此按鈕，塔吊所有工作被停止。塔司離開司機室前，需及時將該按鈕按下，防止異常情況發(fā)生。

7 索塔最重和最高節(jié)段吊裝

中塔柱BT8～BT24節(jié)段吊裝重量為34.9～42.5t；中、上塔柱合并段BT25節(jié)段吊裝總重量74.7t；上塔柱BT26～BT36節(jié)段重量為28.6～60.6t。中塔柱及上塔柱共31個節(jié)段，采用塔吊進(jìn)行吊裝。

7.1 最重節(jié)段吊裝

邊塔最大吊重為BT25節(jié)段，索塔節(jié)段重量為73.7t，該節(jié)段的提升高度為118.47m，塔吊在提升該節(jié)段時的最大提升速度為6m/min。理論計算，該節(jié)段提升到指定高度所需要的時間不超過20min，實際施工過程中，安裝吊具、試吊、正式起吊至指定高度也控制在90min內(nèi)，施工效率相對較高。

7.2 最高節(jié)段吊裝

最高提升為索塔頂BT36節(jié)段，索塔節(jié)段重量為28.67t，提升高度為169.27m，提升該節(jié)段時的最大速度為12m/min。理論計算，該節(jié)段提升至指定高度所需要的時間不超過15min，實際施工時，包括吊具安裝、試吊、正式起吊控制在90min內(nèi)，安全有效完成吊裝任務(wù)。

8 結(jié)束語

大型塔吊在南京五橋鋼殼-混凝土組合索塔施工中的成功應(yīng)用，充分體現(xiàn)了橋梁索塔裝配化施工的特點和優(yōu)勢，不僅吊裝安全、工效高，而且作業(yè)覆蓋范圍廣，為新型鋼殼-混凝土組合索塔施工關(guān)鍵設(shè)備的選擇積累了經(jīng)驗，并提供了參考。