鋼桁架高空牽引滑移施工技術及風險評判

徐 飛 朱 江

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

1 項目概況

1.1 項目簡述

光大（越南）垃圾焚燒發電主廠房項目位于越南芹苴市，總建筑面積15 228 m2，建筑高度42.30 m。工程周邊施工環境惡劣，缺乏各類相關設備。項目所在地當期施工正值雨季，突發性降雨較多，同時項目所處地域開闊，常受大風天氣影響。本次鋼桁架吊裝作業位于項目主廠房垃圾坑，該區域建筑面積1 439.5 m2，桁架最低點標高 ＋37.00 m，吊裝高度40.50 m。本工程桁架兩側支座標高分別為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）。項目采用主桁架地面散拼、單榀桁架吊裝至標高，次桁架高空散拼的整體施工方案。根據計算分析，主桁架實際質量7.3 t，次桁架實際質量0.406 t。

圖2 鋼桁架平面結構

2 現場吊裝設備布局及工況分析

在本次吊裝前，本工程已安裝1臺QTZ6018塔吊、1臺QTZ7055塔吊，現場已進場1臺250 t履帶吊，現場吊裝設備配置已為當地所能提供的最大設備（圖3）。

2.1 塔吊

考慮設備使用年限已較長以及為確保吊裝安全，本工程塔吊單機起重負荷率限制在90%以下。即額定起重量為5 t的，實際起重量不得超過4.5 t。以單榀主桁架（ZHJ）質量7.3 t作為最大起重量。吊點臂幅以塔身中心點至主桁架中心點為準，如圖4所示。

圖3 現場吊裝設備布局示意

圖4 塔吊至ZHJ中心吊點臂幅示意

根據圖4，可以分析得出如下結論：

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，小于主桁架質量，不適用于吊裝。

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

2.2 250 t履帶吊

由于場地臨時道路離建筑物較近，250 t履帶吊主臂及輔臂長度不足，雖起重量滿足，但無法滿足F、G軸實際工況的主桁架吊裝需求。

2.3 最終吊裝設備選擇

由于本工程周邊設備資源匱乏，工期緊張，無法從國內調運適合本次吊裝作業的設備，因此，最終只能考慮由QTZ7055塔吊完成所有的吊裝作業。如何進行F、G軸的主桁架吊裝也成為本次作業的核心問題。

3 方案選擇

3.1 方案設定

通過現場討論，初步擬定4個方案[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吊至相應軸線。

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吊至相應軸線。

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軸線，隨后其他A－E軸單榀桁架由QTZ7055吊至相應軸線。

4）方案四，高空散拼。利用現場已安裝的行車，在行車上搭設腳手架，將行車分別行駛至各軸線下方，再原位進行鋼桁架高空散拼。

3.2 方案比選及確認

通過召開專題會，邀請鋼結構專家會審，從安全性、可靠性、可實施性等方面對上述方案進行對比，得出如下結論：

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，從設備情況看，該方案無法實施。

2）單榀液壓頂推滑移：單榀頂推整體性差，但采用液壓頂推方式，頂推過程中容易控制桁架姿態，安全性稍差。該方案需要從國內引進液壓頂推設備，準備周期過長，需要2個月，完全不能滿足現場進度需求，因此該方案雖然技術可行，但因工期延誤時間長，無法實施。

3）單榀倒鏈牽引滑移：將液壓頂推改為人工倒鏈牽引，桁架滑移過程中姿態控制難度大，整體風險較大，在風險控制措施得當的前提下，可以實施。再結合現場設備、物資情況，均能迅速滿足該方案實施要求。

4）高空散拼：完全高空作業，需要搭設腳手架，雖對設備功能需求減少，但在組裝過程中需要塔吊長期配合，風險最大。腳手架可搭設在行車上，但需要分批次高空組裝，現場已將單榀桁架地面組裝完畢，需重新拆除，工期長，可實施性差。

經最后討論，專家建議：在當前環境及設備資源極度匱乏的情況下，在充分考慮風險及采取合理風險防控措施的前提下，為確保工期，可以采用單榀倒鏈人工牽引滑移的方案。

因此，技術部門就此方案開始針對性的風險評判，在通過風險分析、有效避免安全事故的前提下，編制最終的施工專項方案。

4 風險評判及針對性實施方案

本文討論的重點是針對單榀桁架滑移進行風險評判，對于常規吊裝風險，不在本文中提及，但在實際施工前，各類風險評判均到位。

針對滑移方案施工，在專家的指導下，技術部門對滑移準備、桁架起吊、滑移過程、桁架就位這4個主要步驟，進行風險分解，由各管理崗位多人進行風險評判與措施 制定。

4.1 軌道安裝、滑移準備

本道工序主要風險是軌道的強度、剛度能否在滑移過程中承受桁架自重。由于滑移時速度較小，因此不考慮動荷載，僅驗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。

在此選型過程中，盡可能有冗余安全儲備，因此選型采用現場存有的最大型號H型鋼進行驗算。

4.1.1 軌道選型、強度及豎向剛度驗算

本項驗算是為防范在滑移過程中，軌道不能承受鋼桁架自重荷載，從而導致軌道斷裂、彎曲等風險。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（即4軸及8軸）分別設置。H型鋼長度分別為9 100 mm和7 800 mm（圖5）。

圖5 滑移軌道布置

由于軌道是以簡支梁形式擱置在相鄰2條軸線上的，因此可參考GB 50017—2017《鋼結構設計規范》進行驗算。經驗算，軌道強度與撓度均滿足要求，材料安全性能儲備在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。

4.1.2 滑移軌道支座

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

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

4.1.3 滑移軌道受側向力情況分析

本項目桁架支座標高分別為39.4 m和37.0 m，桁架自身存在5%坡度；重力下滑分力將產生側向水平力，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

根據計算，雖然此側向水平力較小，但為確保在滑移過程中型鋼軌道不因受側向力作用而導致桁架脫落，經研究決定，仍采取以下措施以抵消側向力，保證安全：滑行軌道梁下翼緣與預埋件之間滿焊，采用臨時螺母將支座預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程中需要考慮的風險有：塔吊設備安全性；桁架跨度達33 m，起吊在空中時姿態不易控制；桁架就位軌道的時候出現偏離。

針對上述風險，制定如下措施：在起吊前對塔吊進行一次檢測及保養工作，確保QTZ7055塔吊工作正常，在正式起吊前，進行試吊裝；吊裝當日，現場其他施工區域暫停施工，所有用電設備斷電，確保塔吊在吊裝過程中不會受到停電影響；桁架兩端增設纜風繩，用以控制桁架在空中的姿態，確保其就位時位置準確，與軌道形成90°夾角；桁架兩側支座下方設置限位板，確保其就位時支座與軌道完全貼合；密切關注天氣情況、風力等級，確保在無大風、大雨天氣情況下吊裝。

4.3 滑移過程

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平面內，屬于平面結構體系，其中桁架兩側支座設置于桁架上弦桿兩側，屬于下掛式屋架，桁架自重可以確保桁架在滑移過程中前進方向的穩定性。

采用倒鏈人工牽引滑移存在的主要風險有：人工牽引時桁架兩端有速度差；桁架與軌道間摩擦力過大，導致牽引力有較大的變化幅度；倒鏈在牽引過程中斷裂、脫鉤。

以上最終將可能使桁架在滑移過程中未與軌道形成90°夾角，導致桁架脫離軌道。

針對上述風險，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；桁架兩側支座限位板，與軌道梁之間預留20～30 mm間隙，防止滑移過程中兩側張拉不同步，造成桁架傾斜，限位板在桁架就位相應軸線后割除；選用10 t倒鏈進行牽引；軌道梁面畫刻度線，滑移過程中始終確保兩側滑移同步進行。控制滑移速度，滑移應緩慢進行，滑移過程中嚴密監視軌道梁及桁架側向位移、軌道梁撓度變形情況，一旦發現異常，立即停止滑移并進行調整。

每滑移300 mm暫停，檢查桁架姿態及牽引設備。施工作業及管理人員每人配備一臺對講機，確保桁架兩側滑移信息可以及時暢通傳遞。

4.4 桁架就位

桁架滑移至相應軸線后，使用倒鏈將桁架提起，拆除軌道后將桁架落位在預埋螺栓上。該工序存在的風險有：倒鏈自身承載力不足，無法抬起桁架或抬起桁架后倒鏈斷裂；桁架抬起高度不足，導致軌道無法拆除；由于牽引不到位，桁架無法精確落位預埋螺栓；倒鏈拆除過早，桁架尚未形成空間穩定性。

針對上述風險，制定如下措施：單榀桁架利用2個10 t倒鏈（兩側各1個），通過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，為后續軌道拆除留出足夠作業空間；軌道拆除過程中，確保倒鏈仍與鋼桁架連接，以保障拆除軌道過程中桁架穩定；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，支座螺栓孔套入預埋螺栓，位置微調精確定位后，隨即將桁架兩側螺栓螺母緊固到位；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定性；所有上述工作完成后，方可將兩榀主桁架的兩側共計4個10 t倒鏈移除。

5 施工控制要點

5.1 施工順序

進入現場施工階段，整體按如下順序進行施工：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 施工過程監控與不足

根據施工方案，施工當日上午無風、天氣晴朗、可見度良好。軌道、倒鏈已安裝布置到位，塔吊已檢測并進行預吊裝，人員交底完成，相應安全防護措施設置完成，準備工作完備，現場工作面上與本次吊裝無關的作業人員全部離場，對工作面實施警戒。

總滑移行程為18 000 mm＋7 500 mm＝25 500 mm，預計整個吊裝牽引滑移時間為4 h。

桁架就位E軸后，由項目技術負責人統一指揮，現場項目部主要管理人員旁站，全程多角度對滑移速度、行程、桁架姿態進行監控。施工開始后1.5 h，第1榀桁架滑移到位，拆除F—G軸軌道，開始后3 h，第2榀桁架滑移到位，拆除E—F軸軌道，桁架就位。整個滑移施工過程持續3 h。施工過程監控數據均正常，無異常情況發生。

總結施工過程，發現如下不足之處有待改進：

1）實際采用的H型鋼因型材長度問題，并未按計算模型設置為簡支梁形式，受力體系略有不同。重新驗算后，受力仍在允許范圍內。

2）倒鏈直接拉在混凝土結構梁上，未對混凝土結構進行驗算，因此未考慮牽引滑移過程對混凝土梁的影響。根據本次實施及后續觀察，采用倒鏈牽引，對混凝土梁、柱無影響。

3）滑移過程中較計劃速度偏快，主要是由于天氣預報突然報告當日下午有陣雨，項目部決定在陣雨來臨之前完成第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，以確保穩定性。今后類似項目實施時，需要將天氣因素作為重要風險點進行防控。

實施結果表明，上述不足對滑移無重大風險，但仍需要在后續類似項目中進行深入考量。

6 結語

本次吊裝作業，通過集思廣益、專家指導、各類方案比選及演練，在充分進行風險分析、可靠性計算的前提下，制定各項針對性措施，平穩、安全地完成主鋼桁架滑移就位作業。

采用的滑移技術雖然較為簡單，但在項目實施環境惡劣，缺乏更為可靠、有效的大型設備與先進頂推設備的背景下，通過技術方案不斷優化與風險防控措施，驗證了人工倒鏈牽引滑移實施的可操作性與可靠性，為后續相同環境背景下的類似吊裝作業積累了寶貴經驗。同時也為海外項目施工提供了前車之鑒，即項目實施前需要進行完備的技術方案前期策劃，提前做好設備、物資準備，充分利用國內成熟技術，減少項目安全風險。