環軌特種吊籃在高聳構筑物維護工程中的應用

谷 凱，倪冬燕，楊德生

（1.上海市機械施工集團有限公司，上海 200072；2.上海建工裝備工程有限公司，上海 200999；3.上海建工集團股份有限公司，上海 200080)

隨著我國城鎮化建設的飛速發展，建造技術不斷提升，越來越多的高聳異形構筑物拔地而起成為各中心城市的新地標。隨著時間推移這些高聳異形構筑物逐漸進入修繕維護期，因其獨特的結構，傳統的電動吊籃等維護修繕作業設備不再適用。

1 工程概況

東方明珠廣播電視塔是上海的標志性文化景觀之一，塔高467.9m。該建筑于1991 年興建，1995 年投入使用，已建成20 余年（圖1）。東方明珠廣播電視塔是多筒結構，筒體表面采用清水混凝土，常年直接暴露在自然環境中。隨著時間的推移，混凝土表面出現不同程度的變色、污跡和局部損壞現象，不僅影響塔體外觀，也將帶來眾多安全隱患。為防止混凝土繼續出現風化、腐蝕等現象，需對塔體混凝土表面進行修繕維護。本次東方明珠塔體外立面修繕作業高度為254m以下混凝土結構外表面，作業區域為上球體至下球體（254～110m）和下球體至地面（74m 以下垂直柱體）兩部分。

圖1 東方明珠實景圖

2 施工方案選擇

針對東方明珠廣播電視塔高聳異形構筑物的結構特殊性，修繕作業位置超高空懸空狀態，綜合考慮修繕作業各項環境因素，選擇采用特制研發的環形軌道式特種吊籃（圖2）。環形軌道式特種吊籃基于9m 直徑圓形立柱的等截面豎直形態的造型特點和柱表面實際工況，在標準吊籃的基礎上專項研發，主要解決立柱懸空面作業中操作人員的姿態穩定和有效操作的問題，及外弧面17 000 個孔位查修和8 500m2砼表面修復、涂裝等修繕工作，以滿足本次修繕工程的施工需求，提升高空作業中的安全性和施工效率。

圖2 環形軌道式特種吊籃總裝配圖

3 環形軌道式特種吊籃裝置設計要點

3.1 環形軌道式特種吊籃裝置構造

1）支架系統 支架系統是環形軌道式特種吊籃機構的支撐系統，用于環形軌道系統的固定。支架系統主要包括：根部埋件、化學錨栓、三角支架、平面拉桿。在塔體混凝土立柱外弧面相應作業位置植入根部埋件與化學錨栓，用于固定三角支架。三角支架由H 型鋼125mm×125mm 的主梁與H型鋼100mm×100mm的斜撐拼接而成，斜撐底部設置安全繩掛點（圖3）。平面拉桿采用?48×3.5mm 鋼管，安裝于相鄰兩副三角支架間，在支架主梁上下翼緣各設置一道（圖4）。平面拉桿作為三角支架側向剛度增強措施，拉桿端部為可調節構造，以適應三角支架的實際安裝位置（圖5）。

圖3 三角支架側視圖

2）環形軌道系統 環形軌道系統是吊籃機構的行走軌道，環形軌道系統主要包括：軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲）、環形軌道梁（圖6）。軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲）上端垂直固定于三角支架下方，下端固定環形軌道梁。環形軌道梁為150mm×125mm 的H 型鋼，每段長度1.5m，共分11 段，總長20m，每兩段軌道間的腹板與上翼緣均通過連接板對接。

圖4 平面拉桿側視圖

圖5 平面拉桿布置圖及端部局部詳圖

圖6 環形軌道系統

3）吊籃機構系統 的工作平臺及作業設備材料臨時堆放平臺，吊籃機構包括：吊籃、傳動機構、倒鏈。選用型號ZLP350 的吊籃，通過傳動設備實現吊籃豎向移動，同時利用倒鏈實現其沿環形軌道梁橫向移動。

3.2 環形軌道式特種吊籃裝置布置位置

根據本次修繕作業區域，將吊籃裝置設置于塔體250m、68m 標高混凝土立柱外表面，環單根立柱布置。68m 標高立柱處：20m 弧長的環形軌道均分布于外弧面上；250m 標高立柱處：20m 弧長的環形軌道，其中16m 位于外弧面上，約4m位于內弧面（圖7）。

圖7 環形軌道式吊籃布置示意圖

3.3 開口環形軌道截面的自由扭轉剪應力分析

吊籃行走的環形軌道梁由每段長度為1.5m的H 型鋼對接而成，在對接部位采用兩段H 型鋼間的腹板與上翼緣分別通過連接板連接，下翼緣由于需要小車通行，因此不能使用連接板連接，造成軌道對接部分的截面抗扭能力被削弱。沿環形軌道行走的吊籃始終對軌道產生沿著軌道切線方向的作用力，該作用力會使軌道受扭，而下翼緣無法閉合的情況將對于軌道抗扭是非常不利的。

為驗證軌道梁結構的安全性，用有限元軟件進行受力計算分析。共分析兩種工況：①3m 跨吊籃在距離最長的兩吊點之間；②3m 跨吊籃經過兩跨跨中（或均接近跨中）。由軌道有限元分析計算結果可知，扭矩、彎矩、剪力最大值均出現在基本相同的位置，以T 型截面對軌道的受力情況進行保守計算，對扭矩和彎矩取值，按理論公式計算結果得出該危險截面在復雜應力狀態下受力是安全的，軌道梁設計滿足強度要求。

4 環形軌道式特種吊籃裝置的安裝步驟

1）在混凝土立柱外弧面相應位置種植化學錨栓及根部埋件。植筋豎向定位在沿上下模板孔的豎直線上；標高控制250m、68m，實際實施中視上、下球體的球底點控制。相鄰水平度控制依據立柱環形分格凹槽，結合U 型水管控制。

2）通過電梯和人孔將吊籃機構組件（除吊籃)運送至平臺室外。在平臺層拼裝三角支架的主梁和斜撐，將三角支架安裝至對應位置。

3）相鄰2 副三角支架安裝到位，安裝三角支架間平面拉桿。

4）安裝軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲），對應每個三角支架下方設置1 件。軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲）作為環形軌道梁標高調節機構，通過螺紋構造調整環形軌道梁水平度。

5）相鄰2 副軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲）安裝完成，在平臺層將2 根1.5m 環形軌道梁分段組裝成3m 安裝段，通過平臺上作業人員提拉物料導向繩，蜘蛛人輔助將3m 段環形軌道梁安裝到位。

6）順序安裝第3 個三角支架、平面拉桿、軌道梁懸掛調節件（花籃螺絲）和環形軌道梁，直至安裝完成。

7）將吊籃搬運至16m 平臺，利用16m 室外露天平臺通過斜向提拉，將吊籃提升到位。68m標高吊籃安放在玻璃頂棚外側3m，通過攬風繩作用逐步放至垂直狀；250m 標高吊籃安放距離對應立柱外弧面外側22m；250m 標高吊籃提升操作。

根據施工經驗，吊籃提拉的傾角最大可達1∶10，通過圖形模擬（圖8），在此夾角情況下吊籃提升鋼絲繩距離下球體外檐口為3.08m，此距離已滿足吊籃不與下球體相碰的安全距離，故可實施斜向提拉。

圖8 250m標高吊籃提升圖形模擬

5 結語

本次研制的環形軌道式特種吊籃裝置通過結構分析及驗算證明其可行性，及在東方明珠廣播電視塔維護修繕作業中的實踐應用。該裝置滿足本工程的使用的結構，能夠完成外立面施工人員到達，材料運輸等要求功能，并且通過結構驗算，能夠滿足安全使用的要求。該裝置不僅解決了東方明珠廣播電視塔塔體外立面混凝土塊墜落的安全隱患，而且一次性投入，節省近20 年的保養費，具有安全可靠、成本低、操作性強等優點，同時開創了高聳異形構筑物外立面修繕工程先河，技術上具有較高的應用推廣價值。