大型內爬塔吊在超高層建筑施工中的應用

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1 工程概況

南京國際金融中心（圖1）位于南京新街口漢中路1號，建筑物地上52層，高度213 m，裙房高36 m。塔吊采用內爬式使用，內爬架間距15 m，共爬升10次。塔吊初始安裝高度45.6 m，最終吊鉤高度225 m。塔吊固定支腿安裝在預埋在核心筒內部的構件上，支腿上連接1.5 m特殊節。根據本工程的實際情況，將塔吊定位于建筑物內能覆蓋整個工程又不影響上部結構施工的范圍內，即塔吊定位在核心筒內，由項目在混凝土剪力墻上增設的牛腿作為爬升的支撐點（圖2）。

圖1 南京國際金融中心

2 本工程塔吊技術特點及難點

本項目要求塔吊安裝臂長45 m，臂端起重質量6 t，3.1～24.4 m半徑起重質量12 t，塔吊標準節及L68C節規格為2 000 mm×2 000 mm×3 000 mm，基礎節規格為2 000 mm×2 000 mm×7 500 mm，特殊節規格為2 000 mm×2 000 mm×1 500 mm。塔吊初始安裝高度45.6 m、內爬架間距15 m，內爬操作所需最小空間為2 580 mm×2 170 mm，安裝操作所需空間3 500 mm×2 900 mm，本塔吊最終鉤底高度為225 m。

圖2 本工程內爬式塔吊平面布置示意

本工程技術難點在于：塔吊頂升框的安裝；塔吊爬升步驟組織；在超高層屋頂利用屋面塔吊拆卸內爬塔吊。

3 內爬塔吊的設計及施工

3.1 內爬塔吊的基礎布設

跟施工中常見的附著式塔吊和獨立基礎塔吊不同，內爬式塔吊一般被安裝在主體結構的內部，如核心筒內或其他根據塔機尺寸特別設置的開間，其施工范圍是以塔吊中心為圓心的圓環。內爬式塔吊是建筑高層化和密集化等原因的產物，其有效施工半徑大、施工空間大的特點使其避免了與鄰近建筑物或其他構筑物發生碰撞所造成的安全隱患；可以爬升的塔身使得超高層建筑的建設成為可能[1,2]。內爬式塔吊施工工藝流程大致為：塔吊基礎設計→塔吊安裝→塔吊頂升→吊裝→塔吊拆卸。

對高層及超高層建筑來說，基坑深度大，一般具有3～5層的地下室。內爬式塔吊是貫穿于建筑主體結構的整個施工過程的，因此在地下室施工時就要安裝，所以塔吊基礎的設計是內爬式塔吊爬升前的重要準備工序。圖3為本工程內爬式塔吊基礎設計及塔吊附著在剪力墻上的布置。

圖3 內爬式塔吊基礎及塔身布置示意

3.2 塔吊的安裝

塔吊安裝的順序為：塔吊部件現場就位→預埋件安裝及基礎混凝土澆筑完畢→固定支腿安裝完畢→安裝1.5 m特殊節→依次安裝4個標準節及1個L68C節→安裝頂升套架→安裝回轉支承→安裝駕駛室節→安裝塔頂→安裝平衡臂總成→平衡臂轉向→安裝起重臂總成→安裝配重→塔吊調試→試運轉→頂升標準節及L68C節→安裝完畢待驗收。

1）設備及輔助工具，塔吊安裝使用的繩索、卡具等輔助用具。

2）安裝爬升框前的準備工作，檢查安裝空間是否能為爬升作業留出符合塔吊說明書給出的最小要求（3 500 mm×2 900 mm）。檢查安裝爬升框部位的混凝土強度報告是否滿足及牛腿上平面是否平直。預埋件由鋼構件加工廠制作完畢后運至現場，用汽車吊吊裝至主體結構指定位置先進行臨時固定，采用水準儀等測量儀器進行標高、水平位置和水平度的校核，焊接應該滿足塔吊安裝所要求的規定。圖4為內爬升塔吊預埋件的焊接和安裝。

圖4 內爬升塔吊預埋件的焊接和安裝

3）安裝塔吊頂升框（圖5）。頂升框架是由2根主梁和2根副梁組合相連而形成的整體，用軸銷與開口銷固定，頂升框架主梁上設有塔機承重支承架和頂升油缸的固定支座（該支座供2套頂升油缸同時頂升），主梁上設有擱置爬爪；在頂升框架的四角裝有帶滑輪的支架和可調支架，作用是塔機爬升后用來引導或鎖定塔身。按先吊起前梁，后吊起后梁，再調整爬升框的步驟將3道爬升框安裝完畢（第1次爬升僅安裝2道爬升框，第2次爬升前安裝第3道爬升框，此后的爬升僅需將最下1道爬升框在程序中實施拆除操作并倒運至最上1道爬升框即可）。

圖5 塔吊頂升框結構示意

3.3 塔吊的爬升

1）塔吊驗收合格后，開始進行頂升作業，第1次爬升（第1次爬升僅安裝2道爬升框）操作程序：

（1）在最下1道爬升框上安裝頂升機構，操作泵站，使頂升橫梁的掛靴插入塔身頂升耳座下部，在掛靴側插入安全銷；

（2）啟動頂升機構，密切觀察壓力表，當壓力達到規定值時，暫停頂升；

（3）拆除1.5 m特殊節與固定支腿間的連接銷，將支承板安裝在1.5 m特殊節上；

（4）將支承座安裝在頂升機構所在的爬升框上；

（5）啟動泵站，將塔吊微微頂起，同時拔出頂升機構所在的爬升框的8個楔塊，每個楔塊用2個銷與爬升框相連接，構成頂升導向；

（6）操縱泵站，將塔吊頂起，注意頂升高度和速度，直至爬升框上的止動裝置卡入塔身頂升耳座；

（7）操作泵站，使油缸卸載，抽出掛靴安全銷，將油缸支架的操作手柄向下壓，使油缸脫離塔身，支承在油缸支架上；

（8）操作泵站，使油缸回縮到能使頂升橫梁插入下面1個頂升耳座的位置；

（9）將油缸支架的操縱桿向上提，使油缸-頂升橫梁靠向塔身，操作泵站，使油缸伸出，直到頂升橫梁的掛靴插入塔身頂升耳座下部，在掛靴側插入安全銷；

（10）重復以上2個步驟，直至塔身底部1.5 m特殊節上安裝的支承板上的孔能夠與支承座連接為止；

（11）觀察最上1道爬升框與塔身的相對位置，使其支承的位置必須位于該L68C節的正中節點處。否則，應用頂升機構調整塔身上下，直到滿足以上要求；

（12）將支承板與支承座銷接。操作泵站，使油缸緩慢回縮，使支承裝置完全承力。拔出頂升機構處的爬升框及最上部爬升框與楔塊之間的軸銷，使楔塊均勻楔入；

（13）執行步驟（7），拆除止動裝置，卸去配平載荷，塔吊恢復使用。至此，第1次爬升結束。

2）第2～10次爬升：將前1次爬升安裝的頂升機構，移到其上1道爬升框上安裝好，并安裝最上1道爬升框。此時，頂升機構位于中間1道爬升框．可按照第1次爬升的程序進行（圖6）。

圖6 塔吊安裝及爬升后的現場

3.4 塔吊的拆除

塔機為內爬式使用，其拆除必須借助安裝在建筑物屋頂的設備進行。拆除時需使用WQ10及WQ2屋面吊。拆除方案為：清理頂層屋面，利用內爬式塔吊安裝屋面吊→利用屋面吊拆除內爬塔機駕駛室及平臺→內爬塔機降節作業→利用屋面吊拆除平衡臂及平衡臂配重、起重臂、標準節、內爬框和支承鋼梁→安裝第2臺屋面吊，拆除第1臺屋面吊→設置獨角桅桿，拆除第2臺屋面吊→拆除作業完畢，清理現場[3,4]。

1）利用內爬升塔吊吊裝WQ10屋面吊，利用WQ10屋面吊吊裝WQ2屋面吊。WQ10屋面吊需由項目安排增設2根固定在屋面上的400 mm×400 mm的H型鋼梁，屋面吊的4個支點座固定在這2根鋼梁上，然后安裝底座；

2）調正四支腿底板，使4只地腳的整體水平允差沿對角線方向不得大于1 mm；

3）將底板與增設的梁做周圈焊接，并增設筋板；

4）將下支座用內爬升塔吊吊到底座上，安裝回轉支撐，再裝上支座，以上2步皆用高強螺栓固定，預緊力矩達到1 500 kN·m，完成后檢查所有螺栓的緊固情況；

5）開始安裝回轉機構，把回轉機構安裝在上支座的后側面，保證回轉小齒圈與回轉支承的中心線平行，其嚙合面不得小于70%；

6）吊裝平衡臂，平衡臂銷軸必須安裝開口銷。將起重機構和變幅機構安裝就位到平衡臂上，檢查各減速箱的油位情況；

7）前撐桿、后拉桿、起重臂等安裝，起重臂與上支座連接點用潤滑脂潤滑；

8）按電氣設備布置圖安裝電氣元件及連接線路并調試電氣系統；

9）穿繞鋼絲繩，對鋼絲繩軋頭應按規定方法卡緊，螺母不得松動。最后安裝配重塊；

10）安裝完畢后，全面檢查各機構及電氣設備，使各系統正常，起扳吊臂，進行各部動作試驗；

11）在拆除完內爬升塔吊后，安裝WQ2屋面吊，WQ2安裝方法同上；

12）用WQ2屋面吊拆除WQ10屋面吊，最后用獨角桅桿拆除WQ2，并用垂直電梯將WQ2部件運至地面。

4 內爬塔吊施工過程注意事項

1）內爬塔吊本身是一個動態的過程，單次爬升后，都要重新檢查基礎、標準節、垂直度等的變化情況。

2）爬升框安裝完畢到爬升之前這段時間內，塔吊不能吊重物，以免標準節與爬升框之間的距離不均，導致爬升困難。

3）塔機在頂升過程中必須鎖住回轉制動器，禁止做回轉動作。

5 結語

通過對南京國際金融中心工程中內爬塔吊的技術應用，發現內爬塔吊不需要專門的基礎，可節約混凝土、鋼筋及人工費用等；無需專門的撐桿、拉桿及附墻框架體系，同時節約標準節，僅需基本段即可；內爬塔吊不占施工場地，適宜城中鬧市區、臨街建筑和場地狹窄的工程，為城市市中心的類似工程提供了更為可行的方案[5-8]。