你知道中国第一高塔吗？广州塔顶部天线桅杆施工技术让你哇塞

　　1 工程概况
　　广州新电视塔位于广州新城市中轴线和珠江景观轴的交汇处 , 与广州新城市中心 ､海心沙岛隔江相望｡塔由一座高达 454m 的主塔体和一个高 156m 的天线桅杆构成 , 总高 610m ｡天线桅杆如图 1 所示 ｡
　　图 1 天线桅杆示意
　　天线钢桅杆分为 格构段 和实腹段两部分 ｡ 格构段 标高 453.83~550.50m, 长 96.67m ｡其由 8 根钢管柱 ､ 水平环杆 和斜杆组成 , 呈八边形 , 对边距由 12m 逐渐过渡至 3.5m ｡钢材主要采用 Q390GJC 高强度低合金结构钢 , 部分 H 型钢环杆 和斜杆采用 Q345GJC ｡节点连接以等强焊接连接为主 , 部分 H 型钢连接采用高强螺栓 ｡
　　实腹段自标高 550.50~610.00m, 长 60.5m, 其截面形式为正四边形和正八边形 , 对边距 2500~750mm, 呈阶梯状变化 ｡钢板厚度最大达 70mm ｡钢材采用 BRA520C 高强耐候钢 , 焊接等强连接 ｡天线桅杆系统还包括部分次结构 , 有层间电梯井道 ､内外爬梯､外部平台､阻 尼装置 ､铝合金封板､馈线架､消防水箱等｡
　　2 天线桅杆超高空安装难点
　　建筑结构顶部桅杆因所处高度原因 , 常给施工带来额外的困难 ｡广州新电视塔工程主塔高约 454m, 天线钢桅杆高约 156m ｡
　　钢天线桅杆坐落于主塔钢筋混凝土核心筒顶部 , 据结构形式可将其分为两部分 : 下部的变截面 格构结构 , 标高为 453.83~550.50m, 总高 96.67m; 上部的阶梯实腹箱形结构 , 标高为 550.50~610.00m, 总高 60.5m, 钢桅杆总重约 1300t ｡
　　如此规模 的钢结构安装于地面也是一个不小的工程 , 要安装在 454m 的高空 , 顶部标高达到 610m, 在施工总体技术路线制定时 , 必须具备万无一失 ､一举成功的可靠度｡ 主要存在如下几个难点 ｡
　　1) 天线桅杆总高 156m, 并且处于 454m 的高空安装 , 需根据结构 ､环境､工期要求等具体情况 , 因地制宜地选择主要起重设备和采用特殊的施工工艺 ｡
　　2) 多台次大型起重设备布置于塔顶结构上 , 其布置涉及各种因素 , 如桅杆分段垂直运输和安装的工艺要求 ､塔式起重机自身的安装､转换和拆除 , 以及塔基和附墙对原结构的影响 ｡
　　3) 如何充分利用起重设备超高空垂直运输能力 , 结合制作 ､运输要求 , 合理划分构件单元 , 以提高桅杆安装效率 ｡
　　4) 在综合安装或采用提升工艺时 , 如何确保结构在各施工阶段的稳定 , 并对可能遭遇的超高空风荷载有有效的应对措施 ｡
　　5) 根据钢桅杆的施工工艺 , 部分桅杆结构需在设计单位的支持和配合下 , 进行调整 , 采取必要的构造措施 , 并涉及结构的整体验算和天线发射功能的协调 ｡
　　6) 在安装桅杆过程中 , 解决测量 ､焊接､登高操作和特殊气象条件下的施工安全 , 亦是工艺设计的重要组成部分 ｡
　　3 总体施工技术路线
　　3.1 总体施工技术的制定
　　基于本工程实际情况和难点 , 根据天线桅杆坐落的塔顶施工环境条件 ､钢 桅杆的结构组 成 ､起重机械的作业能力､超高空作业的特殊要求 , 并结合以往的施工经验和企业自有的技术装备和技术专长 , 进行总体施工技术路线分析 ｡研究表明 , 本工程可采用的施工技术有综合分件安装 ､分段套装及内段整体提升或顶升 , 对比如下 ｡
　　1) 综合分件安装施工技术
　　优点 : 工艺成熟 , 技术风险小 ｡
　　缺点 :① 需将塔身高度超过 100m 的重型塔式起重机长期布置于近 600m 超高空 , 风险极大 ;② 散装工艺施工结构只能按序分件安装 , 工效低 ､周期长 , 可能经历台风期 ｡
　　2) 分段套装及内段整体提升或顶 升施工 技术
　　优点 :① 塔式起重机高度可控制在 60m 以内 ;② 分段套装可将天线一分为二 , 同时安装 , 工效增倍 ;③ 内段整体提升工艺将拼装作业面标高降低一倍 , 从根本上降低施工风险 , 极大提高了工效并有利于保证上部天线的质量 ｡
　　缺点 : 该施工技术复杂 , 对施工单位能力要求高 ｡
　　可见采用分段套装及内段整体提升或顶 升施工 技术路线为合理选择｡其中因提升和顶 升技术 原理不同 , 分别适用于不同类型工程 , 针对本工程进行提升和顶 升方案 对比 :
　　① 提升承重系统为钢绞线承重 , 简单易行 , 安全可靠 , 可长距离提升 ;
　　② 顶升承重系统为总高约 65m 的顶升节 , 机构复杂 , 需考虑系统稳定 , 不利于长距离顶升 ｡经详尽对比､分析 , 本工程采用 ＂ 分段套装 ､内段整体提升 ＂ 的总体施工技术 ｡
　　3.2 总体施工技术路线
　　确定如下总体施工技术路线 : 电视塔主体结构顶部布置 1 台外 附自升 式重型塔式起重机进行构件的垂直运输 ､结构安装和组装 ; 采用全站仪和天顶仪进行结构的测量和垂直度控制 ;528.7m 以下格构结构分件综合 安装 ( 综合安装段 );528.7m 以上 ( 提升安装段 ) 格构结构 及实腹箱形结构在桅杆内 453.83m 的平台上分段组装成整体 ; 利用现有结构设置抗倾覆导轮导轨系统 ; 采用计算机控制液压提升设备把上部桅杆结构提升至设计位置 ; 应用液压装置对位校正后进行 栓 焊连接 ; 最后进行次结构的安装和涂装施工 ｡
　　该技术路线优点明显 , 具体如下 ｡
　　1) 在保证安全的前提下重型塔式起重机布置于主体结构上 , 降低了塔身高度 , 方便了施工 ｡
　　2) 鉴于塔式起重机垂直运输时 , 单 绳最大 起重能力仅为 25t, 制作和运输分段依此重量为控制 ｡在塔顶 (453.83m) 楼层设构件组装平台 , 将部分制作 分段组 拼成吊装分段 , 质量控制在 50t 左右 , 塔式起重机改由双绳起吊 ｡将超高空焊接改为结构楼层上焊接 , 降低了危险 , 提高了效率 , 并有利地保证了焊接质量 ｡
　　3) 综合安装段与提升安装段两部分分节交互组装 , 维持适度的高差 , 以便互为依靠 , 方便结构定位 , 并尽快形成单元刚度 , 提高施工阶段的结构稳定和抵抗风荷载的能力 ｡
　　4) 以 518.7~550.5m ､对边距为 3.5m 的等截面 格构段 的钢管立柱为导轨 , 在综合安装段的适当标高设置多组可微调导轮 , 构成提升过程中的导向和抗倾覆系统 , 保证高重心状态下桅杆结构提升的稳定和抵御风荷载的可靠性 ｡
　　5) 在 528.7m 处加设 6m 高的辅助构架 , 增设 一 临时施工平台和一组抗倾覆导轮 ｡改善桅杆提升到位 时结构抗 倾覆性 能 , 增加散装的外部平台等构件的堆放空间 ｡
　　6) 综合安装段顶部 (528.7m) 处设置提升平台 , 布置 8 组 (20 个 ) 穿心式液压千斤顶及 4 台液压泵站 ( 另有 1 台备用 ), 以高强度低松弛钢绞线为承力部件 , 计算机多参数自动控制 , 实现提升段天线桅杆的超高 空连续 提升 , 快速就位安装 ｡
　　7) 缓装的 井字梁和层间电梯井道 ､内爬梯､消防水箱等次结构 , 均在桅杆主体结构完成后补装 , 塔式起重机无法直接吊装的部位采用卷扬机土法安装 , 由上至下循序安装 ｡阻尼装置在桅杆组装时一并装入 , 同时提升 ｡
　　外部平台在综合安装段的与结构 同步施工 , 在提升段的则随桅杆提升到一定位置后适时安装 ｡
　　4 天线桅杆安装
　　4.1 施工环境和设备布置
　　新电视塔建筑体型特殊 , 上窄下宽 , 布置塔式起重机的 454m 楼层平面尺寸远小于底部结构 , 对起重能力和作业半径都有限的塔式起重机所布置位置有较苛刻的要求 , 且已完工的 7.2m 标高结构混凝土大平台不能承受构件运输车辆 ｡鉴于前期施工时留存的设备条件 , 在平台上布置行走式 M440D 塔式起重机 , 将构件驳运至塔式起重机 起吊区 , 在主体结构 454m 楼层上布置 1 台外 附自升 式 M900D 塔式起重机 , 进行天线桅杆构件的垂直运输及安装 ｡
　　4.2 构件拼装
　　进行天线桅杆综合安装段和临时辅助钢结构的安装 , 在综合安装段内适当部位分段组装提升段 ( 见图 2) ｡
　　图 2 天线桅杆拼装
　　4.3 整体提升工艺
　　天线桅杆提升段高约 92m, 重约 640t, 采用 ＂ 钢绞线承重 , 液压千斤顶集群作 业 , 计算机同步控制 ＂ 的提升安装工艺 ｡即在综合安装段顶部 529.00m 标高处设置提升平台 , 布置 20 只 50t 级穿心 式液压千斤顶作为提升设备 ｡
　　液压千斤顶安装在提升支架上 , 承重钢绞线通过液压千斤顶夹具固定下垂 , 然后通过钢绞线底 锚与提升段底环 锚固 ｡提升时液压千斤 顶 , 上下 锚 交替作业 , 向上提起承重钢绞线 , 以钢绞线传递动力 , 天线提升段上升 , 在计算机的控制下向上作连续垂直运动 , 直至安装至设计位置 ｡计算机可根据桅杆垂直度､千斤顶油压等多项参数实现多目标实时控制和自动连续作业 , 每小时提升速度 2~4m, 提升总高度约 65m ｡
　　4.4 抗倾覆导轮导轨系统
　　经计算 , 提升段天线重心位置高于提升段提升底座底面约 30m, 为保证高重心状态下桅杆提升的稳定和抵御风荷载的可靠性 , 以提升段 518.7~550.5m 范围内 , 对边距为 3.5m 的等截面 格构段 钢管立柱为导轨 , 在综合安装段的适当标高设置多组可微调导轮 , 构成提升过程中导向和抗倾覆的导轮导轨 ( 见图 3) ｡
　　图 3 导轮导轨示意
　　4.5 计算机提升控制系统
　　采用计算机三维动画仿真技术实时监控 ､记录整个提升过程｡即在提升过程中应用计算机系统严密监测和控制提升主要要素 , 如 : 千斤顶集群动作 ､提升力均衡和提点高差､桅杆姿态检测 ( 标高 ､倾斜度 ) ､抗干扰和安全控制等 , 并以实时三维动画仿真模拟和记录 ｡
　　4.6 特殊钢焊接
　　实腹段箱形截面材质采用国内首次使用的 BRA520C 耐候钢 , 此钢强度 级别高 , 并为提高抗大气腐蚀性多加入了 P ， Cu 两种元素 , 也因此使焊缝热裂纹倾向增加 , 淬硬性和冷裂倾向相对增大 ｡工艺评定试验表明 , 焊接时母材温度如果低于 80℃, 裂纹急剧增多 , 因此为保证现场焊接质量 , 主要采取严密的防风防雨 ､电加热预热､后热和保温的措施保证质量
　　｡ 4.7 施工阶段分析
　　根据不同的荷载条件及施工工况 , 选用两种以上结构计算软件 , 对天线桅杆施工过程进行分析 , 指导安装施工过程 , 通过施工控制及信息化手段 , 确保结构施工受控 ｡
　　主要计算内容为 :
　　① 计算超高 空施工 风荷载 ;
　　② 大型塔式起重机布置于楼层上 , 分析主体结构和塔式起重机安全性 ;
　　③ 提升过程中抗倾覆计算 ､设计 ;
　　④ 天线桅杆 行施工 过程计算 ;
　　⑤ 其他专项计算 ､设计｡
　　5 实施与成果
　　根据施工总体技术的要求 , 大量的施工实施细则被编制用于现场指导作业 ｡该钢结构工程从 2009 年 1 月开吊至 2009 年 4 月底拼装完成 , 然后经过连续 3d 的整体提升顺利到位并连接完成 , 证明施工总体技术路线安全 ､合理､可靠｡
　　该工程施工技术上取得以下几个成果 :
　　① 电视塔天线桅杆组装高度 (453.83m) 和安装高度 (610.00m) 为世界之最 ;
　　② 采用连续提升 法整体 安装重 640t ､高 92m 高的天线桅杆为国内仅见 ;
　　③ 采用计算机三维动画仿真技术实时监控 ､记录整个提升过程 , 为国内首创 ｡