羅進波，陳明月，石益廣，王 麗，楊小輝，李 晨，潘 澤，王海峰

(1.中建四局安裝工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510000；3.貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

倒裝法是相對于傳統(tǒng)正裝法而言的施工技術(shù)，是安裝直筒型塔、罐的常用方法，特別是在中小型儲罐安裝施工中應(yīng)用較為廣泛。傳統(tǒng)的正裝法是從底部開始，隨塔、罐高度的不斷升高，在塔、罐內(nèi)外搭設(shè)腳手架自下而上安裝壁板，最后安裝塔、罐頂部。而倒裝法是在底板鋪設(shè)完成后，在地面先組裝塔、罐頂部，然后利用地面提升裝置提升塔、罐頂部，自上而下逐圈安裝塔、罐壁板的施工方法[1-4]。

倒裝法安裝直筒型塔、罐施工技術(shù)已比較成熟，具有可有效降低高空作業(yè)量、減少安全隱患、在節(jié)約施工成本的基礎(chǔ)上提高施工效率等特點[5-7]，具備良好的應(yīng)用價值，引起工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，并結(jié)合實際工程特點對該技術(shù)的應(yīng)用開展了針對性的深入研究。目前，倒裝法安裝技術(shù)雖在直筒型塔、罐安裝施工中已得到實際應(yīng)用，但仍有諸多方面需進行更深入和廣泛的研究，專門針對倒裝施工技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀的綜述研究還鮮見報道，對已有研究成果進行綜合分析是進一步深入研究的基礎(chǔ)和前提。因此，通過梳理總結(jié)國內(nèi)目前已有的倒裝法施工技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀，對相應(yīng)的主要應(yīng)用方向及研究現(xiàn)狀、應(yīng)用方法、應(yīng)用方式及應(yīng)用效果進行系統(tǒng)分析研究和總結(jié)，并提出建議與展望，為倒裝法施工技術(shù)的工程應(yīng)用提供借鑒和參考。

1 倒裝法施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.1 倒裝法在儲罐安裝施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.1.1應(yīng)用現(xiàn)狀

朱志華[8]將自鎖型的液壓頂升裝置應(yīng)用于3萬m3LNG雙金屬壁全容儲罐的倒裝施工，頂升裝置的自鎖型結(jié)構(gòu)保證了頂升過程安全可靠，液壓頂升裝置的集中控制避免了電動葫蘆提升速率不均造成罐體提升過程易傾斜、對板焊接難度大的問題。劉毅等[9]在湖北某工廠的3萬m3單容雙壁LNG儲罐安裝中，提出外罐壁板安裝完成后拆除2塊底層壁板作臨時出入門進行內(nèi)罐安裝，最后再封閉臨時出入口，實現(xiàn)了該儲罐內(nèi)、外罐的液壓頂升倒裝施工。黃軍平等[10]在阿—獨原油管道工程中首次采用倒裝法進行5萬m3雙盤外浮頂原油儲罐施工獲得成功，開創(chuàng)了大型浮頂儲罐倒裝施工先例。孫永斌等[11]對大型儲罐的機械化倒裝施工進行了總結(jié)，提出脹圈設(shè)置是機械化倒裝施工最關(guān)鍵的一步，在罐體組對焊接時作為胎具保證罐體橢圓度和垂直度，在提升罐體時保證了儲罐的整體剛度，并指出采用兩兩面對、相鄰間隔背對的方法設(shè)置倒鏈位置，可有效防止提升過程中罐體發(fā)生轉(zhuǎn)動。王宏強[12]探討了大型拱頂儲罐主體正裝和網(wǎng)殼倒裝相結(jié)合的施工方法，提出罐主體完成3圈壁板安裝后進行網(wǎng)殼低位安裝，待罐壁板的安裝及錐形板的安裝完成后，通過臨時扒桿和電動葫蘆提升與網(wǎng)殼桿端底部連接的環(huán)形托梁，將網(wǎng)殼提升至設(shè)計高度，降低網(wǎng)殼安裝難度及費用，有利于施工安全和質(zhì)量控制。劉建平[13]對大型雙鋼低溫儲罐罐體安裝工藝進行了探索研究，以容積8萬m3、外罐內(nèi)徑60m、外罐壁高36.5m、內(nèi)罐內(nèi)徑58m、內(nèi)罐壁高34.32m、內(nèi)罐罐底罐壁材質(zhì)為9%Ni低溫鋼的雙鋼LNG儲罐安裝施工為應(yīng)用實例(見圖1)，提出先采用液壓頂升倒裝法組裝外罐再正裝法組裝內(nèi)罐的施工工藝，外罐底板施工完成后組裝頂圈罐壁板、承壓環(huán)和拱頂(包括內(nèi)罐鋁吊頂)，再自上而下施工其余壁板完成外罐主體組裝，內(nèi)罐底板及底圈壁板安裝后，在罐內(nèi)安裝內(nèi)掛臨時鋼平臺依次向上安裝各圈壁板，施工過程避免了雨、雪、風(fēng)等不利天氣因素對內(nèi)罐低溫鋼及底板下泡沫玻璃磚保冷材料的影響，減少了高空作業(yè)，外罐壁板成型和幾何尺寸偏差控制較好，內(nèi)罐壁板焊接質(zhì)量優(yōu)良。

圖1 大型雙鋼低溫儲罐結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The structure schematic of a large double-steel low-temperature storage tank

姚色豐等[14]以內(nèi)立柱倒裝形式安裝大型厭氧罐，提出采用先進的電動螺桿平穩(wěn)控制提升的方法，通過電機減速器驅(qū)動連接桿帶動螺桿及連接板的上下同步運動實現(xiàn)壁板提升或下降，提升裝置具有良好的自鎖功能且不使用液壓油等消耗品，節(jié)能環(huán)保。張平堂等[15]在尼日爾尼亞美重油發(fā)電站大型油罐施工中提出，電動葫蘆起升過程中每提升1/3板高左右，應(yīng)停下來檢查倒鏈的提升同步性及受力均勻性，出現(xiàn)起升不同步、受力不均時單獨控制調(diào)整滯后倒鏈，確保油罐安裝起升平穩(wěn)、安全可靠。馬沖鋒[16]總結(jié)了液化天然氣金屬儲罐的外罐、中間罐、內(nèi)罐均采用倒裝法，提出先外罐再中間罐、內(nèi)罐，外罐及中間罐均預(yù)留門洞作運輸通道，待內(nèi)罐施工完成后依次封閉中間罐及外罐的門洞。王國強等[17]將松卡式自鎖千斤頂應(yīng)用于航空油料儲罐的液壓頂升安裝中，結(jié)果表明松卡式千斤頂自鎖性良好，不會因停電而造成罐體或重物下滑或下墜，壓頂升過程安全可靠。暢通[18]直接依托廠房結(jié)構(gòu)梁及頂板作為承重點，在水箱所在廠房頂部施工時預(yù)埋吊點承重板和輔助調(diào)整板，配合使用手拉葫蘆等吊具進行大型室內(nèi)水箱安裝，無需設(shè)置專門的吊裝臨時措施，解決了室內(nèi)施工空間較為狹小的問題。

1.1.2小結(jié)

根據(jù)上述倒裝法在儲罐安裝中的應(yīng)用現(xiàn)狀可以得出，倒裝法在金屬儲罐安裝施工中應(yīng)用較為廣泛，安裝儲罐類型涉及單壁罐、多層壁板罐、拱頂罐、浮頂罐、油罐、低溫儲罐、水箱及厭氧罐等多種，并在各類大型儲罐倒裝法安裝中均獲得成功，安裝技術(shù)較為成熟。目前儲罐倒裝法安裝的主要研究是結(jié)合各儲罐安裝工程的自身特點，制定切實可行的施工方案。自鎖型、液壓型、電動螺桿等提升裝置得到廣泛應(yīng)用，使提升過程更加安全可靠，通過集中控制、同步平穩(wěn)提升、脹圈精確設(shè)置、罐體防風(fēng)防轉(zhuǎn)等措施提高了罐體垂直度、橢圓度、幾何尺寸偏差、對口焊接等施工質(zhì)量，采用預(yù)留運輸通道、正裝法結(jié)合倒裝法等工藝措施，優(yōu)化了儲罐安裝施工工序及作業(yè)環(huán)境，使施工過程更加合理、便捷。

總體上，相比于正裝法，倒裝法安裝儲罐具有如下優(yōu)勢：①把大量高空作業(yè)轉(zhuǎn)化為近地面作業(yè)，施工機具及材料傳遞方便，作業(yè)機動性較強，整體施工效率較高，節(jié)省工期，施工作業(yè)安全風(fēng)險低；②施工工序銜接緊湊，便于控制施工質(zhì)量，能及時發(fā)現(xiàn)和處理施工質(zhì)量問題。

1.2 倒裝法在儲罐拆除施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.2.1應(yīng)用現(xiàn)狀

肖揚[19]在大慶油田的1 000m3和2 000m3儲水罐拆除中采用倒裝法，具體施工流程為：施工準備→第1層壁板開孔→第2圈壁板下沿安裝脹圈→提升柱及倒鏈安裝→第1層壁板切割拆除→儲罐降至地面→第2層壁板開孔→…→倒數(shù)第2層壁板開孔→儲罐頂板與提升柱相對應(yīng)處開孔→最上層壁板下沿安裝脹圈→倒數(shù)第2層壁板切割拆除→儲罐降至地面→脹圈、提升柱及倒鏈拆除→儲罐頂板切割拆除→最上層壁板拆除→儲罐底板切割拆除。結(jié)果表明，該方法與常規(guī)的正裝法拆除方法相比，杜絕了高處作業(yè)的安全隱患，施工方便、操作簡單、作業(yè)效率高、便于統(tǒng)一指揮。李穎[20]將倒裝法應(yīng)用在2萬m3拱頂油罐拆除中，在罐底板上安裝預(yù)制抱桿、罐壁上安裝提升脹圈(見圖2)，利用環(huán)鏈電動葫蘆配合罐壁拆除進行吊裝作業(yè)，總結(jié)指出壁板拆除沿原安裝焊縫割除，除罐頂網(wǎng)殼外所有板材拆除后均能達到回收要求，可重復(fù)再利用。董洪軍等[21]針對5 000m3拱頂儲罐的倒裝法與外腳手架正裝法拆除，從施工工藝、經(jīng)濟效益、工期要求及安全保證方面進行對比分析后表明，倒裝法拆除高空作業(yè)大量減少，物資、人工及機具費用投入總體減少1.62萬元。李建敏[22]采用倒裝法拆除400m3液化氣鋼制桔瓣式五帶球罐(見圖3)，施工整體流程如圖4所示，以改造后的球罐原有立柱為支點，配合倒鏈滑輪組舉升球罐，拆除立柱與罐體連接罐壁過程，舉升滑輪組吊索必須保持拉緊狀態(tài)，以防止拆除過程罐體突然下沉，壁板切割使用氧氣乙炔火焰切割，沿球罐罐壁焊縫切割并控制單個罐壁切割塊≤5m2，裝車拉運便利，整個切割過程中球罐始終著地，作業(yè)人員始終處于地面，提高了勞動效率。

圖2 單根抱桿安裝示意Fig.2 The schematic of single pole installation

圖3 桔瓣式五帶球罐結(jié)構(gòu)Fig.3 The structure of orange petal type five-belt spherical tank

圖4 倒裝法拆除鋼制球罐工藝流程Fig.4 The process flow of removing steel spherical tank by upside-down method

1.2.2小結(jié)

倒裝法拆除儲罐的原理與倒裝法安裝儲罐剛好相反，拆除時先拆除最下面一圈壁板，采用倒鏈逐圈放下罐壁板和頂板，從下而上逐圈拆除壁板，最后拆除罐頂板。壁板和頂板拆除過程基本均在地面作業(yè)，僅少量作業(yè)在低空進行，安全能得到很好保證，人員移動及材料工具傳遞便捷，施工工效高。

球罐倒裝法拆除技術(shù)的關(guān)鍵在于球罐舉升、罐壁切割及罐壁切割塊優(yōu)化，采用球罐原立柱結(jié)合滑輪組的舉升方式，無需使用大型吊車，所用施工機具及用料簡單易得，施工費用低。安全高效經(jīng)濟的舉升方式、半自動化的安全切割工藝、拆運一體化的罐壁切割塊優(yōu)化技術(shù)，是球罐倒裝拆除技術(shù)的研究趨勢與發(fā)展方向。

1.3 倒裝法在工業(yè)塔筒類構(gòu)筑物施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.3.1應(yīng)用現(xiàn)狀

姜海川[23]對倒裝法進行了改進創(chuàng)新，研究了一套適于階梯狀變徑塔的倒裝安裝工藝：底板→下部第1自然段→塔體小錐體→塔體段→大錐段→塔釜筒體→煙囪上部段節(jié)→其他附件，并指出煙囪段上部應(yīng)設(shè)置專用可調(diào)纜風(fēng)繩防止倒裝上升過程偏載造成傾覆，塔內(nèi)附件、爬梯平臺等應(yīng)跟隨塔體倒裝上升安裝。張順[24]將倒裝法應(yīng)用到高38.75m、塔筒直徑為18.5m/16.5m的變徑脫硫吸收塔施工中，以吸收塔底板為基準，先安裝頂層壁板和出口錐體，然后自上而下逐層安裝焊接并頂升，直至完成塔體安裝，通過對整個施工過程進行總結(jié)提出，上下壁板厚度不同時組對焊口應(yīng)保證內(nèi)側(cè)平齊，每層壁板留1道縱縫留活口，待該層壁板全部吊裝組對完成并檢查實際尺寸符合設(shè)計要求后，再焊接活口更容易控制和檢驗殼體的圓度和垂直度，保障施工質(zhì)量。尹蘇江等[25]發(fā)明了一種大型靜置塔器倒裝安裝裝置及倒裝施工方法(見圖5)，該裝置包括底座、起重設(shè)備、邊柱及限位板，起重設(shè)備設(shè)置在邊柱上用于提升塔體壁板，邊柱、限位板設(shè)置在底座上，限位板在使用時位于待安裝塔體壁板的內(nèi)側(cè)，解決目前在空間有限的地方無法采用常規(guī)正裝法進行大型靜置塔器安裝的問題。佟營華等[26]首次將倒裝法應(yīng)用在脫硝煙道及反應(yīng)器安裝改造中，對現(xiàn)有2+1層布置的脫硝反應(yīng)器鋼結(jié)構(gòu)進行加固(即在液壓頂升裝置受力點對反應(yīng)器壁板進行豎向加固，使頂升力量傳遞到上下層支撐梁上以防止因壁板薄弱被撕裂，同時對反應(yīng)器環(huán)向一圈采用槽鋼加固以防止反應(yīng)器箱罐變形扭曲)后，在新增反應(yīng)器切割線內(nèi)外搭設(shè)工作平臺，在下方催化劑支撐梁上安裝液壓頂升裝置(見圖6)，并對反應(yīng)器切割后，采用頂升方法將上部反應(yīng)器整體頂升，達到需要高度后安裝新增反應(yīng)器壁板，將SCR脫硝反應(yīng)器改造為(3+1)層布置，結(jié)果表明，相比于常規(guī)的拆除反應(yīng)器頂蓋再安裝新增層反應(yīng)器及恢復(fù)頂蓋施工，該方法僅需增加安裝措施材料約10t，卻避免了反應(yīng)器頂蓋及內(nèi)部支撐件的拆除、恢復(fù)工作，減少了對保溫的破壞，節(jié)省了拆除安裝鋼結(jié)構(gòu)260t費用。王大為[27]以福鼎熱電廠項目一期新建工程吸收塔安裝工程為例，探究了一種正裝法結(jié)合倒裝法的施工方法，結(jié)果表明，筒體(0～28.2m)采用倒裝法，濕電除塵段(28.2～44.6m)采用吊車分段吊裝，避免了搭設(shè)腳手架，保障了人身安全。常輝等[28]對吸收塔空中倒裝施工方法進行了研究，以吸收塔壁板為固定點，在切割處下部采用22號雙拼工字鋼制作液壓提升裝置的支撐牛腿，采用槽鋼將各塔壁提升裝置及中心支撐柱連成整體，并設(shè)置槽鋼斜支撐加固，利用該提升裝置將原吸收塔在28m層截體后提升增高14.18m(分7層板)，提升后吸收塔高達到52m，解決了施工場地十分狹小、安裝難度比較大等問題。王宇[29]、劉勝勇[30]等分析研究了電廠煙氣脫硫吸收塔新改建工程的倒裝法施工技術(shù)，分析指出倒裝法安裝殼體提升過程安全風(fēng)險較大，應(yīng)平穩(wěn)緩慢并設(shè)專人指揮和監(jiān)督，施工場地占用小，主體施工全部地面作業(yè)，節(jié)省了正裝法塔式起重機進出場和安拆費用、腳手架搭設(shè)費用，有效解決了改建工程現(xiàn)場空間受限的問題。

圖5 大型靜置塔器倒裝安裝裝置Fig.5 The upside-down installation device for large-scale static tower

圖6 SCR反應(yīng)器改造頂升裝置Fig.6 The lifting device of SCR reactor modification

郭武松[31]總結(jié)了高210m、自重572t的自立式結(jié)構(gòu)煙囪鋼內(nèi)筒的施工應(yīng)用經(jīng)驗，提出采用松卡式液壓千斤頂鋼爬桿提升法施工工藝，可解決鋼內(nèi)筒高度超高、荷載自重大、安裝空間狹小的施工難點，具有施工速度快、安全可靠性高、費用成本低等優(yōu)勢。馮立濱等[32]通過對俄羅斯特羅伊茨克電廠10號機組鋼筋混凝土煙囪直徑8.1m、高240m的懸掛式雙鋼內(nèi)筒安裝工藝的改進及應(yīng)用進行研究，表明采用載人電動吊籃與卷揚機聯(lián)合進行煙囪鋼平臺整體組合吊裝、小車分段平移運輸組合鋼內(nèi)筒液壓提升倒裝法施工工藝，能充分利用煙囪外施工場地避免煙囪內(nèi)部施工空間狹小的問題，簡化施工程序、縮短施工工期、最大限度減少高空交叉作業(yè)、最大程度降低了施工措施費用。吳留恩等[33-34]進行了240m煙囪鋼內(nèi)筒液壓提升倒裝法的應(yīng)用研究，采用鋼索式液壓提升倒裝法進行鎮(zhèn)江電廠三期240m煙囪鋼內(nèi)筒安裝施工，將240m鋼內(nèi)筒預(yù)制成40～60個標準段，提升器安裝在煙囪外筒頂部，以外筒頂部鋼平臺為支撐、鋼絞線為紐帶、液壓油為動力驅(qū)動提升器，按從上到下的順序，提升1段高度，安裝1段筒節(jié)，如此循環(huán)往復(fù)累積提升直到240m全部組裝完畢，應(yīng)用實踐表明，鋼索式液壓提升倒裝法施工安全，從頂部提升，支承點在重心上方，隨著鋼內(nèi)筒累積升高，重心相對支承點不斷下降，已施工筒段越高越重越穩(wěn)定，提升過程筒段始終處于懸掛狀態(tài)，為后續(xù)填充段組合對口提供了極大便利。李福林等[35]對超高煙囪鈦鋼內(nèi)筒的自動液壓頂升施工技術(shù)及應(yīng)用進行研究，在鋼內(nèi)筒內(nèi)部約3m高處安裝一液壓脹圈(具體高度由底部豎向液壓千斤頂高度決定)，用8臺2 000kN液壓千斤頂控制脹圈張松，張開時靠摩擦力與鋼內(nèi)筒筒體連成一體，松開時可脫離鋼內(nèi)筒筒體，鋼內(nèi)筒頂升時，千斤頂將液壓脹圈漲緊緊密貼在鋼內(nèi)筒內(nèi)壁，通過豎向液壓千斤頂頂升液壓脹圈使鋼內(nèi)筒筒體隨之上升，并在下方完成下一層鋼內(nèi)筒筒體安裝，松開液壓脹圈，放下液壓千斤頂，不斷重復(fù)以上工序，直至筒體達到設(shè)計高度，該技術(shù)避免了鋼筒鈦面止滑塊的焊接，解決了大噸位頂升過程中筒體滑落和鈦面破壞問題。趙興武等[36]介紹了一種煙囪拆除、安裝的倒裝法施工工藝，在煙囪塔架保持不變情況下，以各層塔架平臺板作導(dǎo)向支架，利用安裝在地面上高8m的吊裝提升工裝，采用倒裝法將煙囪逐段拆除/安裝(見圖7)，完成更換施工，實踐表明，舊煙囪后30m拆除及前30m新煙囪提升過程，應(yīng)在上部設(shè)置倒鏈對煙囪頂部施加適當拉力，使煙囪拆除/安裝過程保持平穩(wěn)狀態(tài)避免筒體傾倒，整個施工過程對作業(yè)面要求低，適合在裝置區(qū)內(nèi)等場地受限環(huán)境下施工。李紅標[37]采用液壓提升倒裝工藝進行210m鋼筋混凝土鋼套筒式煙囪內(nèi)筒安裝，鋼平臺及鋼梁通過卷揚機及滑輪組系統(tǒng)提升就位(見圖8)，鋼筒體使用液壓提升裝置進行吊裝，液壓提升技術(shù)具有逆向運動自鎖性，可在提升過程任意位置長期鎖定，提升構(gòu)件過程安全可靠。袁春陽等[38]首次將倒裝工藝應(yīng)用到酒鋼宏興本部1號高爐優(yōu)化升級改造工程的高爐爐殼裝配施工中，開創(chuàng)了繼正裝法和整體推移法后一種新的高爐爐殼裝配工藝，該工藝是在爐底起1～3帶爐殼安裝完畢后(見圖9)，安裝爐殼推移裝置，采用倒裝加固的方法從頂部16帶爐殼開始向下進行倒裝，安裝至第5帶爐殼，施工過程爐殼拼裝和安裝交替同步進行，在有限空間內(nèi)進行高爐爐殼安裝，裝配效率高，安裝速度快。

圖7 煙囪拆除安裝倒裝施工過程Fig.7 The schematic in construction process of removal and installation of chimney

圖8 鋼平臺吊裝Fig.8 The schematic of steel platform hoisting

圖9 爐殼推移模型Fig.9 The furnace shell moving model

1.3.2小結(jié)

結(jié)合上述文獻可知，工業(yè)塔筒類構(gòu)筑物類型較多，包含各類立式化工塔器、吸收塔、反應(yīng)塔、排放煙道及煙囪、煉鐵高爐等，結(jié)構(gòu)形式多樣，但均具有長細的特點，塔筒體高度與直徑或?qū)挾戎容^大。目前塔筒類構(gòu)筑物倒裝安裝工藝是利用提升裝置從塔筒頂端開始自上而下的一帶一帶提升組裝塔筒體，提升裝置設(shè)置方式因塔筒結(jié)構(gòu)類型及工程特點的不同而不盡相同，主要有地面設(shè)置、借助外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)支撐平臺設(shè)置、下部塔體壁板結(jié)構(gòu)加固后設(shè)置、煙囪外筒頂部鋼平臺設(shè)置、改擴建工程借助原有受力結(jié)構(gòu)設(shè)置或利用原有頂部行車等方式。

整體上說，倒裝法安裝工藝在塔筒類構(gòu)筑物中的應(yīng)用實例較多，相關(guān)人員針對各類塔筒類構(gòu)筑物的特點也開展了大量研究，總結(jié)歸納了大量與之適應(yīng)的質(zhì)量安全控制要點及措施、技術(shù)要點及優(yōu)化措施、施工組織合理化方案、施工重難點及解決措施、施工注意事項等內(nèi)容，塔筒體的提升過程是安裝風(fēng)險最大的環(huán)節(jié)，提升裝置的吊裝能力和安全平穩(wěn)性必須保證，塔筒體的防傾措施必須安全可靠。該工藝充分體現(xiàn)了“以小吊大”的特點，相比正裝法，不需在塔筒體外部安裝高于塔筒體塔頂且滿足吊重的平臂塔式起重機，也不需搭設(shè)與塔筒體高度相匹配的腳手架，安裝作業(yè)在地面或結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的安裝平臺上進行，減少了高空作業(yè)工作量，施工工序嚴謹緊湊，施工質(zhì)量能有效控制，經(jīng)濟效益良好，特別適用于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、場地空間受限、作業(yè)環(huán)境狹窄、大型吊機難以使用的相關(guān)工程應(yīng)用。

1.4 倒裝法在高聳塔針塔架施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.4.1應(yīng)用現(xiàn)狀

劉成輝[39]對傳統(tǒng)倒裝法進行優(yōu)化改進，提出了一種適于惡劣環(huán)境施工的復(fù)合倒裝安裝方法，并成功應(yīng)用到焙燒爐63m平臺頂部的20m高鋼結(jié)構(gòu)避雷針施工中，針對安裝避雷針塔的頂層平臺(63m)無吊點和借力點情況，在避雷針塔對應(yīng)位置的下部54.4m平臺上設(shè)置抱桿，抱桿中間的頂層平臺開2m×2m方孔，在54.4m平臺將避雷針塔采用倒裝法分段組裝，塔體吊裝提升時以63m平臺方孔為上部導(dǎo)向并設(shè)置纜風(fēng)繩或在塔底部增設(shè)配重，使塔體重心遠低于吊點，確保了塔體不出現(xiàn)翻倒，最后將避雷針塔整體平穩(wěn)吊裝至63m平臺安裝完成，解決了63m平臺平面布設(shè)設(shè)備設(shè)施后安裝空間狹窄、高處無吊點及借力點、平臺風(fēng)力大等問題，以最小成本安全可靠地完成安裝施工。邢克宣等[40]采用倒裝提升法安裝塔樓40層屋面的金字塔形鋼結(jié)構(gòu)裝飾屋頂上的20m避雷天線桅桿，在屋頂鋼結(jié)構(gòu)上采用鋼管扣件搭設(shè)吊升架，天線桅桿在塔樓40層樓頂面上就位拼裝后，以3組倒鏈作為吊升動力裝置，自上而下連同桅桿上附設(shè)裝置逐節(jié)倒裝吊升，避免了使用塔式起重機安裝所要進行的升塔、增加超長附著桿、占用塔式起重機工時和占用主時工期所引起的成本，取得了節(jié)省費用、操作簡便的效果。宋志云等[41]對高層酒店頂部鋼針塔架的液壓同步提升安裝施工技術(shù)進行了介紹，針對高51.4m、出屋面樓板后懸挑長度48.1m、底部18.95m部分四周有方鋼管框架的出屋面大型鋼針塔架，提出分段拼裝、倒裝提升的實施方案，先將外圍鋼框架安裝并增設(shè)臨時支撐桿件作為提升支撐支架，鋼針在屋頂層分段拼裝后，利用鋼平臺大梁設(shè)置提升平臺(上吊點)并安裝液壓同步提升設(shè)備，在臨時懸臂牛腿結(jié)構(gòu)上安裝專用錨具(下吊點)并安裝專用底錨，上下吊點通過鋼絞線連接，將鋼針從鋼框架側(cè)邊預(yù)留空缺處分段送入，逐段累積提升到位(見圖10)，安裝完畢后將留空部位框架桿件補全，無需搭設(shè)高空組拼胎架，大大降低了安裝施工難度及安全質(zhì)量風(fēng)險。

圖10 提升過程結(jié)構(gòu)立面Fig.10 The elevation view of the structure of the lifting

彭超等[42]總結(jié)了電視塔鋼桅桿的整體提升技術(shù)，利用整體提升設(shè)備吊住鋼桅桿頂部，用倒裝法由頂部逐段安裝到底部并在底部加裝1節(jié)提升平臺，鋼桅桿地面整體安裝完成后，將液壓千斤頂由桅桿頂部轉(zhuǎn)移至根部并固定在提升平臺的四周，實現(xiàn)對鋼桅桿進行整體提升就位并固定，并指出提升前必須采取可靠措施保證桅桿提升的垂直度，在鋼桅桿表面設(shè)置導(dǎo)向滾槽且在筒體內(nèi)壁安裝2道可調(diào)支座，通過調(diào)節(jié)支座的伸縮來限制鋼桅桿的水平位移遠比增加配重降低重心要經(jīng)濟。劉曉寧等[43]在北京首都機場1號航站樓指揮信號塔的改造項目中，通過對3種施工方案進行對比分析，結(jié)果表明，原混凝土塔上部設(shè)4個吊點進行倒裝法分段吊裝能充分利用混凝土塔的特點和優(yōu)勢，能保證工程質(zhì)量和安全，該方案將廣告塔分為5段，分5次吊裝，每次吊裝1段，每段吊裝單元利用吊車將構(gòu)件垂直運輸至裙房樓面上拼裝成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，通過卷揚機將其提升至安裝高度與旋轉(zhuǎn)軌道固定，用相同方法施工下一段，直至完成。姜書初[44]進行了輸電線路鐵塔倒裝組立的施工技術(shù)分析研究，分析指出鐵塔倒裝組立具有高空作業(yè)少、勞動強度低、質(zhì)量易保證、安全易控制等優(yōu)點，但該技術(shù)還不太成熟，在輸電線路施工中目前還未得到廣泛應(yīng)用，鐵塔倒裝組立可分為半倒裝組塔和全倒裝組塔兩種，半倒裝組塔適用于自立塔、寬基礎(chǔ)鐵塔施工，全倒裝法適用于拉線塔、窄基礎(chǔ)鐵塔及自立塔，尤其適用于等截面拉線塔施工。宋官喜[45]結(jié)合內(nèi)蒙古110kV線路敷設(shè)中采用全倒裝組塔法進行鐵塔倒裝組立的工程經(jīng)驗，對該施工工藝、技術(shù)方法和要點進行歸納指出，全塔倒裝組塔法施工工藝是按自上而下的順序(見圖11)，自塔頭開始依次到塔身、塔腿的組裝方式，不需以塔腿為提升架，倒裝支架設(shè)置在基礎(chǔ)塔腿外側(cè)，頂端對稱懸掛4套或8套提升滑車組，利用提升系統(tǒng)提升組裝好的塔頭至基礎(chǔ)中心，移動提升吊點至塔頭下端，提升過程將待安裝塔身分兩部分，在提升段下面隨塔頭提升帶升起，提升至合適高度后，停止提升進行安裝作業(yè)，安裝完畢使塔緩慢落地，再將提升吊點下移，進行重復(fù)提升重復(fù)安裝，直至塔結(jié)構(gòu)安裝完成并在基礎(chǔ)上就位為止。

圖11 倒裝組塔法施工Fig.11 The construction of inverted tower method

1.4.2小結(jié)

綜合上述應(yīng)用現(xiàn)狀研究，高聳塔針塔架往往高而細小、質(zhì)量大，安裝位置較高或周邊環(huán)境復(fù)雜多樣，如避雷針塔多位于建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)頂層上、廣告塔高于周邊建(構(gòu))筑物較多、輸電鐵塔處于戶外甚至野外，安裝施工現(xiàn)場及作業(yè)環(huán)境受工程實際因素影響較大，常面臨場地空間受限、作業(yè)環(huán)境惡劣、高處無借力點等復(fù)雜施工環(huán)境問題，難以采用傳統(tǒng)的分件高空散裝、原位逐段安裝方法施工。倒裝法安裝高聳塔針塔架是利用建(構(gòu))筑物上部結(jié)構(gòu)平臺、結(jié)構(gòu)層或基礎(chǔ)地面外側(cè)設(shè)置提升系統(tǒng)，在空中工作平臺或地面完成分段拼裝，自上而下逐段提升直至安裝完成。安裝時，隨著塔體不斷被提升，風(fēng)荷載影響不斷增大，可變因素也隨之增多，必須采取設(shè)置纜風(fēng)繩、底部增設(shè)配置、設(shè)置可調(diào)控制支座、設(shè)置平衡滑車等可靠措施保證桅桿提升的垂直度，使塔體重心遠低于吊點，保證塔體不出現(xiàn)翻倒。高聳塔針塔架采用倒裝法安裝可使高空作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛孀鳂I(yè)或平臺作業(yè)，轉(zhuǎn)移施工位置至有利位置，施工設(shè)備及起重設(shè)施可靈活設(shè)置，降低了施工場地和環(huán)境要求，可在常規(guī)機械難以通行的區(qū)域進行施工，工人勞動強度降低，施工效率提高，施工成本降低，值得類似工程借鑒。

1.5 倒裝法在管井立管及鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀及方法

1.5.1應(yīng)用現(xiàn)狀

黃晨光等[46]在深圳證券交易所營運中心施工中應(yīng)用倒裝法進行管井立管施工，分3個施工段，地下3層到16層為低區(qū)施工段，17～32層為中區(qū)施工段，33～47層為高區(qū)施工，所有管井立管均通過運輸放置在首層相應(yīng)管井處，施工順序為由高區(qū)到低區(qū)依次施工，各施工區(qū)利用分區(qū)頂部主起重機提升起吊最末端1段立管至一定高度后，分區(qū)下部2層的輔助葫蘆垂直提升倒數(shù)第2段立管，調(diào)整2節(jié)立管定位，垂直對接后進行管道焊接，待焊接牢固后進行整體提升，再次利用輔助葫蘆起吊第3節(jié)立管，依次重復(fù)以上步驟由上向下進行焊接吊裝，直到整條立管連接完畢。結(jié)果表明，立管垂直度、焊接對口平直度高，安裝質(zhì)量好，管道水平運輸僅在分區(qū)首層，比傳統(tǒng)正裝法縮短工期25～35d，經(jīng)濟效益29.55萬元，具有降本增效的效果。胡詩華[47]、馬立[48]研究應(yīng)用了分段倒裝法進行超高層管井內(nèi)大直徑空調(diào)管道施工(見圖12)，指出倒裝法所需管井空間較小，管道自上而下安裝，管道焊接位置固定在底層，每節(jié)管道焊接完成后將上部管道整體用管井頂部卷揚機牽引提升，待安裝管節(jié)用位于底層上一樓層的卷揚機牽引，通過3個倒鏈輔助吊裝調(diào)整至上部管道正下方，保持豎直后安裝該節(jié)管道，如此循環(huán)，直至整條立管安裝完畢，管道立管分段安裝的下分段管道倒裝時，鋼絲繩穿過上分段管道可保證上下分段管道同軸心，立管所有支架安裝完畢后方可拆除吊裝鋼絲繩。王超[49]改進了管道立管的倒裝吊升法，通過在頂部首根立管吊耳上部設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸承(見圖13)，管道靠墻面焊接時調(diào)整3個倒鏈位置使管道旋轉(zhuǎn)后進行焊接，下段管道安裝靠墻面焊接時再轉(zhuǎn)回來，防止頂部鋼絲繩自絞，有效解決了現(xiàn)場施工空間狹小和管道緊貼墻體一側(cè)焊接困難的問題。王志峰[50]總結(jié)了大管徑鋼管倒裝施工技術(shù)及焊接技術(shù)的控制要點，提出應(yīng)嚴格檢測同批管道的直徑誤差，避免因錯邊量過大對管道焊接質(zhì)量和管道坡度造成影響，吊裝管道時先進行管道臨時固定，分段管道吊裝完畢后，將調(diào)整管道至橫向同心、調(diào)好標高及坡度后進行管道對口及支吊架焊接，下部管道采用活動支架有利于保證分段管道吊裝完成后與上部管段的焊接質(zhì)量。

圖12 立管分段倒裝法施工Fig.12 The construction of standing pipe installation by sectional upside-down method

圖13 首根立管吊耳設(shè)計Fig.13 The lifting lugs design in first standing pipe

羅華平[51]、王杰[52]結(jié)合工程應(yīng)用實例，詳細介紹了倒裝法結(jié)合高空散裝法施工工藝在鋼結(jié)構(gòu)安裝中的應(yīng)用，提出在現(xiàn)場拼接主要需閉合的受力構(gòu)件后，使用倒裝法施工，先吊裝最高受力構(gòu)件使其閉合，再吊裝支撐結(jié)構(gòu)，最后吊裝次梁、檁條，能縮短吊裝施工時間，使結(jié)構(gòu)快速閉合，施工更為安全，現(xiàn)場拼裝大型構(gòu)件，施工定位可更加精確，邊緣位置以及最高位置可得到準確定位固定，有效減少了施工過程的尺寸偏差；楊鴻福等[53]采用多臺卷揚機抬吊倒裝法進行已建廠房內(nèi)多層重型鋼結(jié)構(gòu)平臺施工，按“料倉承重大梁安裝→上部料倉框架安裝→下部料斗安裝→其他各層工藝平臺倒裝法安裝”的順序從上至下倒裝施工，解決了在建廠房內(nèi)施工空間狹窄、起重設(shè)備吊裝和操作空間受限等困難，施工過程不使用大型吊裝機械，料倉框架施工采用地面制作、整體組裝和吊裝方式，提高了安裝效率，減少了高空作業(yè)風(fēng)險，縮短了施工工期，降低了施工成本，實際工程中經(jīng)濟和社會效益顯著。

1.5.2小結(jié)

結(jié)合上述文獻可知，管井立管的倒裝法安裝施工是從上部立管開始逐一向下安裝，每節(jié)管道安裝完畢后，利用管井頂部的主起重機將管道整體提升至合適高度后，在其下部安裝下節(jié)管道，直至整體立管安裝完畢，管井高度較高時可根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)層數(shù)分多個施工段。安裝過程中，管道水平運輸及焊接固定在每個施工段首層，縮短了運輸時間及焊接時間，利于控制焊接質(zhì)量，懸空立管因受重力始終處于豎直狀態(tài)，上下管段調(diào)至同心后立管垂直度、對口平直度便可得到保障，管道吊裝所需空間較小，管道下料可適當增加以降低焊接量，管道靠墻面焊接可通過旋轉(zhuǎn)管道實現(xiàn)，可提高施工質(zhì)量、加快施工進度、降低施工成本，在高層建筑的立管安裝施工中具有較大的推廣應(yīng)用空間。

鋼結(jié)構(gòu)施工中，倒裝法應(yīng)用案例較少，主要應(yīng)用方式是在地面現(xiàn)場拼裝主要受力構(gòu)件或框架，從最高受力構(gòu)件或框架開始吊裝安裝，再依次安裝支撐結(jié)構(gòu)、次梁、檀條等構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)采用倒裝法安裝可使結(jié)構(gòu)快速閉合，構(gòu)件在地面進行拼裝，組裝效率更高，構(gòu)件尺寸和定位可精確控制，安裝效率及施工質(zhì)量提高，高空作業(yè)風(fēng)險降低。

2 總結(jié)與展望

相關(guān)人員對倒裝法安裝技術(shù)在儲罐安裝及拆除、工業(yè)塔筒構(gòu)筑物安裝、塔針塔架安裝、管井立管及鋼結(jié)構(gòu)安裝等施工領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀開展了大量研究，通過上述針對倒裝施工技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀的綜述研究，分析總結(jié)了各應(yīng)用領(lǐng)域倒裝法施工工藝的主要應(yīng)用方法、施工工序、工藝特點及施工效果，主要得出如下結(jié)論。

1)倒裝法施工技術(shù)主要應(yīng)用方式是按自上而下順序分段安裝，充分體現(xiàn)了“以小吊大”的特點，與常用的自下而上的順裝法正好相反。

2)倒裝法施工將大量高空作業(yè)轉(zhuǎn)化為近地面作業(yè)，安全風(fēng)險系數(shù)降低，轉(zhuǎn)移不利施工位置至有利位置，降低了施工場地和環(huán)境要求，施工機具及材料傳遞便捷，施工作業(yè)機動性較強，提高了整體施工效率，減少了塔式起重機及腳手架搭設(shè)拆除工作，工期效益及經(jīng)濟效益得到改善。

3)倒裝法安裝設(shè)備設(shè)施過程中，設(shè)備設(shè)施多處于豎直懸空狀態(tài)，采用同步起升工具有助于垂直度、接口平直度等質(zhì)量的控制，焊接位置比較固定，整體施工質(zhì)量有保證。

4)倒裝法提升過程安全風(fēng)險較大且受風(fēng)荷載影響較大，提升裝置必須安裝可靠，必須按要求采取設(shè)置纜風(fēng)繩、底部增設(shè)配置、設(shè)置可調(diào)控制支座、設(shè)置平衡滑車等可靠措施，使重心遠低于吊點，保證不出現(xiàn)翻倒。

5)倒裝法適用范圍較廣，除在地面施工，也可在高處平臺或結(jié)構(gòu)層上進行施工，還能在施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、場地空間受限、作業(yè)環(huán)境狹窄、操作空間有限、大型吊機難以使用等工程中采用。

盡管倒裝法在施工方面具有一定的優(yōu)勢，但也存在使用提升機具較多且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、提升過程壁板變形、提升過程傾斜、起升質(zhì)量大、受風(fēng)力影響大等問題，除儲罐等塔筒型安裝施工外，其他領(lǐng)域施工還不夠成熟。因此，結(jié)合各自工程特點，加強對安全高效平穩(wěn)的提升方式、提升裝置的平衡性及同步性、提升過程壁板加固措施、提升過程防傾防風(fēng)措施等方面進行系統(tǒng)性優(yōu)化、研究及總結(jié)，是倒裝法施工的重要發(fā)展方向。