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(jì)施工理念，其中主墩索塔設(shè)計(jì)為鋼殼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，中塔高175.4m，共37個(gè)節(jié)段，邊塔高167.7m，共36個(gè)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(gè)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(shí)際情況和吊重、吊幅等參數(shù)，以上31個(gè)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(yàn)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(jī)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(jī)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(jì)算分析。具體步驟：（1）根據(jù)塔吊設(shè)計(jì)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(shí)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(jià)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(jià)。ZSC2000B塔吊、附墻連桿在施工期工作風(fēng)速（20m/s）及設(shè)計(jì)風(fēng)速（42m/s）下是安全的。（2）舒適度評價(jià)。20m/s風(fēng)速時(shí)，加速度峰值均小于人有感范圍，可正常工作；42m/s風(fēng)速時(shí)，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(yùn)至現(xiàn)場，塔吊安裝時(shí)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(jī)構(gòu)→安裝中心塔、駕駛室→安裝平衡臂→安裝起重臂→安裝卷揚(yáng)機(jī)→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(yàn)收。

4.3 塔吊頂升加節(jié)

基本高度塔機(jī)經(jīng)調(diào)試、驗(yàn)收合格后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及時(shí)將塔機(jī)頂升加節(jié)到所需工作高度，當(dāng)塔機(jī)高度超過最大允許獨(dú)立自由高度時(shí)，及時(shí)增設(shè)附著[2]。

（1）頂升系統(tǒng)檢查。頂升前檢驗(yàn)頂升液壓系統(tǒng)是否完好，確認(rèn)電機(jī)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(jī)頂升平衡力矩。

（4）平衡力矩調(diào)整好后，鎖定回轉(zhuǎn)機(jī)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)度螺栓緊固成附著框架，附著框架三頂點(diǎn)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(shí)先將附著框架套在塔身上，用四個(gè)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(shí)，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(jī)吊重物操作變幅小車來調(diào)整塔機(jī)垂直度，當(dāng)塔機(jī)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(xiǎn)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(jī)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(jī)的限位裝置與安全保護(hù)裝置是塔機(jī)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(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蹙呔嘧兎≤嚨木嚯x＜2m時(shí)，起升卷揚(yáng)機(jī)將自動跳機(jī)，并發(fā)出警報(bào)信號；限位去除塔高重新校正之后，起升卷揚(yáng)機(jī)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(shí)跳機(jī)，需按住限位去除按鈕，重新啟動回轉(zhuǎn)電機(jī)，小車才可恢復(fù)正常運(yùn)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(jī)起重力矩達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，PLC輸出報(bào)警信號，超負(fù)荷報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)塔機(jī)起重力矩達(dá)到設(shè)定的限制臨界點(diǎn)時(shí)，PLC控制器輸出限制信號，停止塔機(jī)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(jī)起重重量達(dá)到設(shè)定的報(bào)警狀態(tài)時(shí)，超負(fù)荷報(bào)警器報(bào)警，提醒操作人員謹(jǐn)慎操作。當(dāng)塔機(jī)起吊重量參數(shù)達(dá)到設(shè)定的限制臨界點(diǎn)時(shí)，PLC控制器輸出限制信號，停止塔機(jī)相關(guān)動作。當(dāng)塔吊處于超載狀態(tài)，鉤頭只可以向下運(yùn)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(gè)接近開關(guān)，當(dāng)小車達(dá)到此位置時(shí)，PLC接受信號，強(qiáng)制將幅度變更成10m。

6.6 急停按鈕

在司機(jī)室控制面板上，裝有紅色“急停”按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，按下此按鈕，塔吊所有工作被停止。塔司離開司機(jī)室前，需及時(shí)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(gè)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(shí)的最大提升速度為6m/min。理論計(jì)算，該節(jié)段提升到指定高度所需要的時(shí)間不超過20min，實(shí)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(shí)的最大速度為12m/min。理論計(jì)算，該節(jié)段提升至指定高度所需要的時(shí)間不超過15min，實(shí)際施工時(shí)，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(diǎn)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(yàn)，并提供了參考。