大型群體工程塔吊規劃及設計技術研究

1 引言

為提高施工效率， 大部分建筑工程場地會出現多臺塔吊同時施工的情況，因此，塔吊群位置規劃對施工場地平面布置非常重要。 群塔的傳統布置方案存在難以定量、 效率低等問題，為此，設計一種簡單易操作、計算效率高的群塔布置優化方法對于工程安全和社會經濟發展具有重要的現實意義[1]。

2 工程概況

山西省長治市小常片區小常村、 澤頭村城中村改造建設項目，是集住宅樓、社區服務綜合樓、配套商業用房、地下車庫等，以及配套基礎設施為一體的工程。 本工程位于濱湖大道以東、漳澤南路以南、長北干線以西、規劃北環路以北，總用地面積112 172.85 m2，總建筑面積370 301.29 m2，其中，地上建筑面積281 284 m2，分為B 和C 地塊，B 地塊占地160 434 m2，C 地塊占地120 850 m2；地下建筑面積86 480 m2。

3 工程施工條件

3.1 基坑條件

B 區正負零絕對標高為922.300 m，地庫筏板頂標高為-6.050 m；C 區正負零絕對標高為921.300 m，地庫筏板頂標高為-6.050 m。

3.2 現場實際施工情況及群塔規劃設計

1）現場塔機平面布置規劃設計：B 區共計布置10 個塔吊，C 區共計布置7 個塔吊。 具體位置如圖1 所示。

圖1 塔吊位置圖

2）現場實際施工情況：B 區為10 棟樓加地下車庫，C 區為7 棟樓加地下車庫，為滿足施工要求，塔吊需要能盡量覆蓋到每一個區域，每棟樓均需配備1 臺塔式起重機。 受樓棟距離限制， 各塔機在施工作業過程中均存在與其他塔機交叉的情況。 在整個施工過程中，塔吊承擔著吊運各種建設所需材料的工作，由于其使用頻率高、持續時間長，可能會在人、機器或物體中出現突發的不利狀況。 為保證施工順利進行、施工現場及周圍車輛人員的安全，科學規劃塔群位置至關重要。

3）為保證施工順利進行，防止垂直運輸中發生吊裝事故，最大限度地確保人、機、物的安全，應盡可能采取措施將風險降至最低。 所有塔機均配備安裝安全監控管理系統，本系統主要功能有：吊鉤視頻、塔機數據監控、風速監控、防碰撞、區域限制、人臉識別，輔助功能可以接入風速傳感器、傾角傳感器、4G 遠程通信模塊、防碰撞通信模塊、溫度控制模塊等。 （1）提供三維碰撞報警保護， 以數字和進度條的形式顯示塔機當前運行狀態和額定能力狀態，重量、力矩、幅度、高度、回轉、風速、傾角等參數全方位接入。 （2）擁有空間限制功能，對靜態的區域限制和動態防碰撞，吊裝提醒功能可以精確定位，提高駕駛員工作效率。（3）遠程4G 通信、北斗定位功能可在線隨時查看塔機實時運行狀態和位置信息。 （4）高度及回轉限位功能更精準，同時還帶有預警減速、工作循環記錄、實時數據記錄、系統修改日志記錄等“黑匣子”功能。 鋼絲繩倍率可輕松切換，方便日常使用。（5）塔機數據、視頻可以通過網橋、4G、5G 傳輸給項目部和建筑工地，實現數據和視頻的遠程查看和控制，融合人臉識別功能，可遠程對司機進行人臉識別。

塔吊操作過程中，轉動塔機會使電纜線處于中間位置，所以，不能有任何纏繞，應避免連續的轉動使電纜線絞斷。 當塔機之間的相對高度發生變化時，會發出提醒，避免發生碰撞危險[2]。

4 施工方法及工藝要求

4.1 施工要點

各塔機在作業過程中，均與其他相鄰塔機有交叉現象，因此，需考慮群塔關系，對塔機工作狀態下的危險情形進行分析：

1）多臺塔吊位置規劃不合理時，多臺塔機起重臂處于同一高度時易發生碰撞；

2）多臺塔吊在交叉區域內同時作業，吊臂與鋼絲繩或起吊物之間存在碰撞風險。 在非工作條件下，吊鉤定位不當可能會導致塔式起重機因風力而旋轉， 從而造成吊臂與吊鉤碰撞的風險；

3）如相鄰建筑物距離太近導致塔吊之間距離過近，在運行過程中也容易造成碰撞。

主要安全措施：

1）將各塔吊間的距離及高度錯開，合理規劃位置，控制施工進度，針對塔吊群作業情況制定了避讓規則，增加了安全報警裝置，并規定了工作和非工作狀態下吊鉤的停置位置；

2）塔吊群作業時，各塔吊需設置回轉限位裝置與機械制檔裝置，以保障施工順利進行。

4.1.1 B 區群塔作業情況簡述

B 區：1#塔機與2#、3#、5#3 臺塔機交叉；2#塔機與1#、4#、5#3 臺塔機交叉；3#塔機與1#、5#、6#3 臺塔機交叉；4#塔機與2#、5#、7#3 臺塔機交叉。 5#塔機與1#、2#、3#、4#、6#、7#、9#7 臺塔機交叉；6#塔機與3#、5#、8#3 臺塔機 交叉；7#塔機與4#、5#、9#、10#4 臺塔機 交叉；8#塔機與6#、9#兩 臺 塔 機 交 叉；9#塔機與5#、7#、8#、10#4 臺塔機交叉；10#塔機與7#、9#兩臺塔機交叉。

4.1.2 C 區群塔作業情況簡述

C 區：1#塔機與2#塔機交叉；2#塔機與1#、3#、4#、5#4 臺塔機交叉；3#塔機與2#塔機交叉；4#塔機與2#、5#、6#3 臺塔機交叉；5#塔機與2#、4#、7#3 臺塔機交叉；6#塔機與4#、7#2 臺塔機交叉；7#塔機與5#、6#兩臺塔機交叉。

4.1.3 塔機交叉作業原則

本工程涉及多臺塔吊同時施工的情況， 且每臺塔機都與幾臺塔機有交叉，為保障施工順利進行，在塔機作業前應做好塔機位置規劃以及各項避免交叉的施工規則， 特制定以下塔機交叉作業規則：

1）低塔讓高塔：低塔起重臂進入交叉作業區域之前，應先觀察高塔的工作情況，向高塔按喇叭示意，確認安全后方可進行操作；

2）后塔讓先塔：較晚進入交叉作業區域的塔吊應對最先進入該區域的塔吊進行避讓；

3）動塔讓靜塔：當一臺塔式起重機在交叉作業區沒有旋轉吊臂或固定小車或吊鉤， 而另一臺塔式吊車有旋轉吊臂和固定小車時，移動的塔式起重機應避開固定的塔式起重機；

4）輕塔讓重塔：當兩臺塔式起重機同時運行時，輕載塔式起重機應避開重載塔式起重機；

5）客塔讓主塔：根據不同施工主體的實際工區進行劃分，客運塔臺需要通過主塔區時，必須注意主塔的運行情況，地面指揮必須通知主塔司機。

在塔吊運行過程中， 塔吊司機和信號工人應始終關注檢查塔吊吊鉤的位置，并注意操作過程中相鄰塔吊的工作狀態。如有必要，信號工作人員需及時發出信號，提醒塔吊司機應控制轉速并低速操作。

為了防止高塔吊繩與低塔臂碰撞， 每臺交叉塔吊在運行過程中必須采取定位、定向、定時、定速、定人等安全措施。

1）定位：根據施工現場實際情況，將現場劃分為4 個區域進行作業[3]。

2）定向：每臺塔式起重機的旋轉操作應采用相同的方向。如果選擇順時針方向，則每臺塔式起重機應同時順時針旋轉；如果使用逆時針方向， 則每臺塔式起重機應同時逆時針旋轉以進行操作。

3）定時：根據施工進度需要，合理安排每臺塔吊在公共區域的作業時間，并交替錯開每臺塔吊的作業時間。 如果需要延長作業時間， 項目安全員應首先組織各塔吊的信號工人進行協商和溝通，然后信號工人應通知各自的塔吊司機。

4）定速：在公共區域多塔吊同時作業時，應對每臺塔吊采取限速措施，4 臺塔吊的旋轉操作必須使用最低檔位。

5）定人：如果必須多臺塔吊同時在公共區域施工，項目部應安排一名指揮人員統一協調指揮， 并確保每臺塔吊信號工之間的信息暢通。

4.1.4 技術措施

1）開工前，應分別對塔吊司機和指揮人員進行安全技術交底。 在操作塔式起重機之前，駕駛員應首先打開電源，檢查塔機的操作部件、限制器和配電箱，確保安全后再進行操作。

2）為了保證施工的順利進行，在地面上指定了一個安全操作區，每臺塔吊都被限制在自己的操作區內進行安全操作。

3）項目部控制施工進度，統一調度、合理安排各類勞務隊伍，在不同時間、不同地點進行塔吊作業，避免塔吊在交叉區域同時起吊物體；每個塔機之間始終保持一定的垂直距離，為2 個標準截面高度（6 m）；施工進度控制的關鍵是相鄰建筑物施工進度高差不宜超過5 層，即不得超過20 m 的落差，當出現相鄰建筑施工進度有落差時， 應及時召開項目施工進度協調會，對施工進度進行協調，確保相鄰建筑施工進度落差不超過塔機自由高差限度，以防止出現塔機碰撞問題。

4）操作塔機之前，塔吊司機必須首先觀察周圍塔機的運行情況， 確保安全后再啟動起重臂。 在未確定安全性的情況下，嚴禁高速旋轉。

5）拆除塔機的高速齒輪（三檔和四檔），只啟動第一檔，運行第二檔，以減少旋轉慣性。

6)在塔吊上安裝控制旋轉的木楔、備用電源等，并將24 V電池連接到旋轉制動電路。 停電時，它還可以確保旋轉制動器正常工作。 由各塔機司機班長具體負責備用電源的充電工作，定期提醒、監督和及時檢查司機備用電源的帶電狀態。 此外，還需要安裝強制停止裝置。 當設備限位失效或備用電源失效時，可作為確保施工安全的最后保護措施。

7）有必要定期檢查安全注意事項，如限位器、吊鉤是否在非工作條件下升高到安全高度，回轉限制是否有效，小車是否已縮回到吊臂根部。

8）在每個施工區域和道路一側修建安全防護棚和安全通道，如果塔機吊臂需要在其上方旋轉，應先將小車收到吊臂的根部，主鉤應上升到上限位置，然后再旋轉吊臂。 嚴禁在每個施工區域和道路上旋轉起重物體。

9）應在安全防護棚上懸掛醒目的警示標志。在高架旋轉時，確保塔機處于負載和空載狀態，同時將小車收回至吊臂根部。

10）在每臺塔吊的承臺處設置沉降觀測點，安全員應定期做好記錄和記錄， 防止因承臺基礎土剪而造成塔吊碰撞或基礎傾斜，及時發現并防止事故發生。

11）如遇惡劣天氣不能施工時，不可強制施工。

12）根據工程進度和樓層的實際結構情況，有必要適當調整附墻之間的距離或增加附墻， 但兩座塔樓之間的距離必須始終保持在2 個標準截面左右的高度。

5 結語