1、背景技术

随着建筑业的科技化、机械化、施工水平的提高,塔式起重机成为施工中垂直运输的主要设备。因此塔式起重机安装、使用、拆除是建筑企业复杂而又重要的工艺过程。公司在承建水利部淮河委员会淮河防汛调度设施工程中,选用了TC5013型塔式起重机,根据该工程的特殊情况和本机械的性能,经过认真研究,精心设计,成功实践了塔式起重机空中解体工艺技术。

淮河防汛调度设施工程建筑面积20533m2,地上27层,总高度115.9m,本工程结构各立面均为阶梯形。经我公司工程技术人员论证本工程经济合理的方案应该是塔式起重机安装位置设在工程靠塔楼的中庭内,塔式起重机基础与地下室同时施工,塔身穿1层地面、4层、7层楼面。

为保证76米以上塔式起重机与塔楼按规定附着,塔身爬升方向轴线与工程主体轴线成45度设置,7层以上为中天井至15层结束。按该型号机械制造厂厂方说明书说明塔式起重机可降至76米高度,不能再降。鉴于以上情况,若采用汽车吊将塔式起重机从76米高处进行辅助拆卸,目前市场上很难找到既满足高度,又满足起重量及工作幅度的大吨位汽车吊等起重设备,即使能找到,费用很高。为此我们创新研究了塔式起重机“空中解体”工艺技术。

为确保拆卸操作人员人身安全,围绕人的承受能力,兼顾建筑物成品保护及塔式起重机完好,同步设计了辅助拆卸工具,专用夹具、辅助吊臂及拆卸辅助吊臂支架,建构筑物附着动臂起重桅杆,为塔式起重机“空中解体”提供工具保障,本工艺技术在该工程实践中取得了成功。目前拆除塔吊起重臂专用夹具,塔吊起重臂“空中解体”施工方法已分别申报了国家专利(附后)。据有关专家认定,本施工工艺方法具有本质安全性、可操作性。属国内首创。为类似的特殊建筑物不便按常规方法进行拆除可使用本工艺方法。

2、塔式起重机“空中解体”施工工艺方法

塔式起重机“空中解体”工艺施工方法,其关键是在空中解体起重臂、平衡臂。主要施工步骤:拆卸起重臂6~7节点;拆卸起重臂长拉杆;拆卸起重臂5~6、4~5、3~4节点;拆卸起重臂短拉杆;拆卸起重臂与塔身连接节点;拆卸平衡臂,共6个步骤。

2.1、拆卸起重臂6~7节点

2.1.1在起重臂上弦靠近塔身处至待拆节点间安装拴挂安全带的Ф5钢丝绳(9),拆卸作业时,将操作人员的安全带套在Ф5钢丝绳上,钢丝绳在拉杆两边各设一根,中间部分挂在上弦拉杆托丫座上,用紧线钳拉紧。

2.1.2安装拆卸起重臂专用夹具:夹具有左右两片(1)(2),左右片上设置夹槽(3),夹槽(3)两侧板(4)(5)上装固定轴销(6)。左右夹片之间通过轴销(7)作旋转式连接,在夹槽侧板设有夹紧调节螺栓(8)。

在待拆卸起重臂节与节点处将上述夹具(10)左右夹片(1)(2)的夹槽(3)分别卡装在起重臂6~7节与节点结合处两侧的下弦,用装在夹槽两侧板上的固定轴销(6)固定,且在起重臂两侧下弦上各装一个夹具,要保证轴销(7)轴线贯通。

2.1.3在待卸节点的起重臂上弦节点前端安装辅助吊臂(11)辅助吊臂与上弦成45度,辅助吊臂后与起重臂上弦杆之间用钢丝绳(12)拉紧;

2.1.4在平衡臂上(13)制作安装拆卸平衡重支架,支架上装起吊平衡重块的滑轮组,利用起升机构主卷扬机将平衡重块依次吊运至地面,平衡臂(13)上保留一块平衡重;

2.1.5将起升机构主卷扬机钢丝绳(14)通过辅助吊臂(11)上部滑轮(15)并绕起重臂(17)前部滑轮(16)穿起重臂三角形靠近上弦至待拆卸节点后方固定,在起重臂(17)待拆卸节点两侧的下弦横杆上用保险钢丝绳松绕成一体;

2.1.6将起重臂(17)上的小车(18)退到靠近塔身(19)处,将小车(18)固定好后拆除小车牵引绳,用小车卷扬机将钢丝绳卷好;

2.1.7拆去待拆节点处下弦节点轴销,开动起升机构将卷扬机钢丝绳(14)略收紧,再拆除该节点上弦销轴,开动起升机构主卷扬机缓慢放松钢丝绳(14)使被分解部分绕夹具(10)左右夹片之间销轴(7)垂下;

2.1.8拆除固定在已拆节点上弦上的钢丝绳(14)的固定端,抽出后将其栓牢在垂下的臂上端,开动起升机构将钢丝绳(14)收紧,分解专用夹具(10)并将其拆除,解掉绕在节点两侧下弦横杆上的保险钢丝绳,至此,该节点分解程序完成,开动起升机构将已分解的臂前端放至地面,然后将钢丝绳(14)收回;

2.2、拆卸起重臂长拉杆

2.2.1将扣挂安全带的Ф5的钢丝绳(9)端移至拉杆(20)与起重臂上弦杆的连接点内侧,方法同步骤1.1.移动Ф5钢丝绳(9)时操作人员的安全带将扣挂在起重臂(17)的上弦杆上;

2.2.2在塔帽(19)顶部长拉杆(20)之间起重臂上弦上穿绕滑轮组(21):

2.2.3在建筑物十层屋面设置辅助动力双速卷扬机,滑轮组牵引绳绕塔帽(19)顶部滑轮引下至双速卷扬机

2.2.4开动双速卷扬机通过滑轮组(21)将起重臂(17)抬高4度使长拉杆(20)上连接节点靠在起重臂(17)上弦杆上,用起重臂上小车(18)的卷扬机钢丝绳扣住长拉(20)端头,开动小车(18)卷扬机,在小车钢丝绳受力后卸出长拉杆销轴,然后再开动小车(18)卷扬机将长拉杆缓慢放下,挂在塔帽(19)上,解掉扣在长拉杆(20)端头的钢丝绳并开动小车卷扬机将绳收回,再将长拉杆(20)逐节卸下.

2.2.5开动双速卷扬机将起重臂缓慢放平,使滑轮组钢丝绳与短拉杆(22)共同拉住下余的起重臂(17)。

2.3、拆卸起重臂5~6、4~5、3~4节点

按步骤1相同的办法拆卸起重臂(17)5~6、4~5、3~4节点,拆卸时,先将步骤2中拉住起重臂(17)的滑轮组(21)移至待拆节点后,然后开动双速卷扬机将滑轮组收紧重复步骤1.1~1.3,1.7~1.8;

2.4、拆卸起重臂短拉杆

按步骤2相同的方法拆卸起重臂(17)的短拉杆(22),拆卸时先将步骤2中拉起重臂(17)的滑轮组(21)移至短拉杆(22)的内侧,拆除小车(18)卷扬机电源线;

2.5、拆卸起重臂与塔身连接节点

短拉杆(22)拆除后,开动双速卷扬机将剩余起重臂缓慢垂下,停妥后,用滑轮组(21)扣住垂下的起重臂(17)上端,然后卸掉起重臂(17)与塔帽(19)过度节的销轴,开动双速卷扬机将剩余的起重臂放下,然后将双速卷扬机钢丝绳收回。至此,塔式起重机起重臂“空中解体”过程完毕。

2.6、拆卸平衡臂

2.6.1按步骤1.4将平衡臂(13)上最后一块平衡重吊运至地面;

2.6.2拆除塔式起重机所有电源接线,在塔帽(19)与平衡臂(13)之间穿线滑轮组牵引钢丝绳至双速卷扬机,拆卸塔式起重机驾驶室;

2.6.3开动双速卷扬机将平衡臂(13)拉起,待平衡臂拉杆(23)节点靠近平衡臂(13)时,拆除拉杆(23)节点联结销轴,然后开动双速卷扬机将平衡臂(13)缓慢放下,直至挂在塔帽(19)的过度节上;

2.6.4将平衡臂滑轮组移到垂下的平衡臂上端栓牢,开动双速卷扬机收紧滑轮组钢丝绳,拆除平衡臂(13)与塔帽(19)下过度节连接销轴,再开动双速卷扬机缓慢将平衡臂放下,至此,完成塔吊起重臂、平衡臂“空中解体”全过程。

3、塔式起重机“空中解体”主要辅助机械、工具

为了达到预期目的,我们在该机“空中解体”过程,充分利用塔式起重机自身设备,另增加20KN双速电动卷扬机、5KN卷扬机各一台。除此还创造性地制造了辅助拆卸工具、专用夹具、拆卸平衡重门式支架、起重臂解体用辅助吊臂、拆卸辅助吊臂支架、建筑物附着动臂起重桅杆、标准节出仓天梁等。

制造材料选用:A3钢板,I16工字钢,Ф48、Ф75、Ф150无缝钢管等。所选用的制造材料要求:按工件最大质量经过充分计验算,确定焊缝构件截面特性强度满足抗拉抗压,强度大于205N/mm2,抗剪强度大于125N/mm2的要求。

3.1、专用夹具

3.1.1结构特点

3.1.2用途:塔式起重机能否将起重臂逐节分解是空中解体的关键,专用夹具为此而作。原理是:在起重臂空中解体过程中,将专用夹具安装在起重臂待分解节点两侧,左右下弦各一个,按装时起重臂连接轴销与专用夹具轴销纵向垂直固定在起重臂下弦上。

由于专用夹具形状便于拆卸起重臂下弦节点与节轴销,且下弦轴销卸掉后,因专用夹具轴销替代,与简易起升机构共同作用,当起重臂待拆上弦节点轴销拆掉后,臂前端不会因所有连接轴销的拆除而坠落。再通过操作简易起升机构使臂前端绕专用夹具轴销平稳地垂下(见图五),再通过简易起升机构将垂下的起重臂略微提起,拆掉专用夹具,操作简易起升机构将拆下的起重臂前端平稳放到地面,完成起重臂一个节点的分解过程。

3.2、辅助吊臂及拆卸辅助吊臂支架

3.2.1结构特点

3.2.2用途:拆卸起重臂辅助吊臂与塔式起重机起升结构主卷扬机塔帽顶滑轮。主卷扬机钢丝绳构成简易

起重机构,为提高安全可靠性,辅助吊臂设置拉绳与起重臂上弦连接,是起重臂进行空中分解的关键工具之一。辅助吊臂安装在待拆节点后,与上弦成45度。臂前端拆掉后,辅助吊臂头超出接头前伸1.2米,主要作用就是(一)消除控制起重臂端垂下时引起的前后摆动;(二)限制了起升机构主卷扬机钢丝绳的运行轨迹,使臂前端平稳垂下。

拆卸辅助吊臂支架,是便于操作人员安全操作的力放大器,辅助吊臂连吊具重量约为65公斤。因为当起重臂前端拆掉后,辅助吊臂成为悬空体,下一节起重臂的分解前会给拆卸辅助吊臂的操作人员带来困难、危险,于是设计了拆卸辅助吊臂支架。经实践,该支架的安装、拆卸方法简洁、实用,重量轻,便于高处作业操作人员使用。

3.3、拆卸平衡重门式支架

3.3.1结构特点

3.3.2用途:根据TC5013塔式起重机制造厂说明书说明,拆卸起重臂前,在常规情况下必须将平衡重先行卸掉五块后方可进行,但在空中解体时,配重应随大臂的拆出进度,相应地逐步减少。此步骤为该塔式起重机空中解体的先决条件,经精心设计、认真核算,制作门式支架顺利卸掉了每块重量为2.2吨的平衡重,使空中解体方案循序渐进。

3.4、建筑物附着式动臂起重桅杆

3.4.1结构特性:桅杆用Ф150×6×6000无缝钢管制成,最大起重量30KN,两根桅杆分别设在D/4轴,高74米处(桅杆一)和E/4轴,高61.8米处(桅杆二)。

3.4.2用途

塔式起重机起重臂、平衡臂解体后,相当一部分配件放在建筑物屋面及楼面上,需进行二次吊运。塔式起重机塔身从塔帽到基础节拆卸后用桅杆一吊放到十五层屋面,然后再用桅杆二从北立面将配件放到地面。桅杆一动力用原塔吊起升机构主卷扬机。桅杆二动力用20KN双速卷扬机。

3.5、标准节出仓天梁

3.5.1结构特点:用I16工字钢制作,配加滑车。

3.5.2用途:塔式起重机起重臂、平衡臂在76米高处拆好后,塔帽高度超过桅杆(一)高度,由于该机的初安装位置即塔吊爬升方向轴线成45度设置,原厂方配置的标准节引进出的外伸框架超出C/4轴且塔身与C/4轴距离仅为780mm,经过尺量和计算,设置天梁,将标准节挂在可进行水平旋转的滑轮上,标准节边出边转。当标准节边与4轴平行时,标准节出仓成。天梁的主要功能是:a、可降低了桅杆(一)的安装高度,提高了安全度;b、缩短了卷扬机钢丝绳长度,卷扬机绳筒满足容绳量的要求。

3.6、5KN卷扬机用途:安装、拆卸桅杆(一)、桅杆(二),是桅杆(一)动臂滑轮组动力;

当所有塔式起重机配件全部从十五层屋面吊下去后塔吊主卷扬机,20KN双速卷扬机需从十五层吊下去,因此采取了用20KN双速卷扬机吊放塔吊主卷扬机,用5KN卷扬机吊放20KN双速卷扬机,最后将5KN卷扬机用人抬到人货电梯,完成拆卸作业全过程。

4、塔式起重机“空中解体”工艺技术创新实践

我们研究创新的塔式起重机“空中解体”工艺技术在国家水利部淮河防汛调度设施工程中应用取得成功,并取得明显效应。其效应为1操作人员提供了本质安全性保证措施;2解决了特殊形状建构筑物塔式起重机拆卸难题;3创造了经济效益。

4.1、为操作人员提供本质安全性保障

塔式起重机“空中解体”工艺技术创新在于对人机工程学的应用时,以人体原理,全面考虑了拆卸过程中存在的危险因素,在编制的技术方案中,对操作人员的操作安全所采取的技术措施行之有效。再则由于进行了操作演练,操作人员明确了操作程序及方法。这次在淮河防汛调度设施调度楼塔式起重机拆卸全过程未发生任何事故,说明该工艺技术的本质安全目标是切实可行的,本质安全性得到了进一步验证。

4.2、解决了塔式起重机在特殊建构筑物使用中拆卸技术难题

置于建筑物中部的塔式起重机传统的拆卸方法是将起重臂先行搁置,然后再在建筑物顶上进行分解,但对于搁置点靠近塔身且小于1/2臂长时,由于前臂伸出部分在搁置点形成了一个倾覆力矩,会危及塔式起重机的安全,再则拆除起重臂根部轴销后,由于搁置所形成的倾覆力矩容易给操作人员带来危险。

其危险程度随着搁置点与塔身的距离减少而增大,这次淮河防汛设施调度楼使用塔式起重机,臂长50米。根据常规拆卸方法,搁置点应设置在距塔身高度为74.30米处。无操作空间,在此情况下,为确保安全,设计编制了“空中解体”工艺技术、方案,从根本上解决了特殊形状建构筑物在特殊情况下的塔式起重机拆卸技术难题.

结论

塔式起重机在安装前,应精心设计,周密策划,力争避免出现无法自由降落到安全工作面上,进行拆出的困境。在特殊情况下,当无法降落到屋顶或地面上时,采用本“空中解体工艺”,可解决这项技术难题。