环轨特种吊篮在高耸构筑物维护工程中的应用

谷 凯，倪冬燕，杨德生

（1.上海市机械施工集团有限公司，上海 200072；2.上海建工装备工程有限公司，上海 200999；3.上海建工集团股份有限公司，上海 200080)

随着我国城镇化建设的飞速发展，建造技术不断提升，越来越多的高耸异形构筑物拔地而起成为各中心城市的新地标。随着时间推移这些高耸异形构筑物逐渐进入修缮维护期，因其独特的结构，传统的电动吊篮等维护修缮作业设备不再适用。

1 工程概况

东方明珠广播电视塔是上海的标志性文化景观之一，塔高467.9m。该建筑于1991 年兴建，1995 年投入使用，已建成20 余年（图1）。东方明珠广播电视塔是多筒结构，筒体表面采用清水混凝土，常年直接暴露在自然环境中。随着时间的推移，混凝土表面出现不同程度的变色、污迹和局部损坏现象，不仅影响塔体外观，也将带来众多安全隐患。为防止混凝土继续出现风化、腐蚀等现象，需对塔体混凝土表面进行修缮维护。本次东方明珠塔体外立面修缮作业高度为254m以下混凝土结构外表面，作业区域为上球体至下球体（254～110m）和下球体至地面（74m 以下垂直柱体）两部分。

图1 东方明珠实景图

2 施工方案选择

针对东方明珠广播电视塔高耸异形构筑物的结构特殊性，修缮作业位置超高空悬空状态，综合考虑修缮作业各项环境因素，选择采用特制研发的环形轨道式特种吊篮（图2）。环形轨道式特种吊篮基于9m 直径圆形立柱的等截面竖直形态的造型特点和柱表面实际工况，在标准吊篮的基础上专项研发，主要解决立柱悬空面作业中操作人员的姿态稳定和有效操作的问题，及外弧面17 000 个孔位查修和8 500m2砼表面修复、涂装等修缮工作，以满足本次修缮工程的施工需求，提升高空作业中的安全性和施工效率。

图2 环形轨道式特种吊篮总装配图

3 环形轨道式特种吊篮装置设计要点

3.1 环形轨道式特种吊篮装置构造

1）支架系统 支架系统是环形轨道式特种吊篮机构的支撑系统，用于环形轨道系统的固定。支架系统主要包括：根部埋件、化学锚栓、三角支架、平面拉杆。在塔体混凝土立柱外弧面相应作业位置植入根部埋件与化学锚栓，用于固定三角支架。三角支架由H 型钢125mm×125mm 的主梁与H型钢100mm×100mm的斜撑拼接而成，斜撑底部设置安全绳挂点（图3）。平面拉杆采用∅48×3.5mm 钢管，安装于相邻两副三角支架间，在支架主梁上下翼缘各设置一道（图4）。平面拉杆作为三角支架侧向刚度增强措施，拉杆端部为可调节构造，以适应三角支架的实际安装位置（图5）。

图3 三角支架侧视图

2）环形轨道系统 环形轨道系统是吊篮机构的行走轨道，环形轨道系统主要包括：轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝）、环形轨道梁（图6）。轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝）上端垂直固定于三角支架下方，下端固定环形轨道梁。环形轨道梁为150mm×125mm 的H 型钢，每段长度1.5m，共分11 段，总长20m，每两段轨道间的腹板与上翼缘均通过连接板对接。

图4 平面拉杆侧视图

图5 平面拉杆布置图及端部局部详图

图6 环形轨道系统

3）吊篮机构系统 的工作平台及作业设备材料临时堆放平台，吊篮机构包括：吊篮、传动机构、倒链。选用型号ZLP350 的吊篮，通过传动设备实现吊篮竖向移动，同时利用倒链实现其沿环形轨道梁横向移动。

3.2 环形轨道式特种吊篮装置布置位置

根据本次修缮作业区域，将吊篮装置设置于塔体250m、68m 标高混凝土立柱外表面，环单根立柱布置。68m 标高立柱处：20m 弧长的环形轨道均分布于外弧面上；250m 标高立柱处：20m 弧长的环形轨道，其中16m 位于外弧面上，约4m位于内弧面（图7）。

图7 环形轨道式吊篮布置示意图

3.3 开口环形轨道截面的自由扭转剪应力分析

吊篮行走的环形轨道梁由每段长度为1.5m的H 型钢对接而成，在对接部位采用两段H 型钢间的腹板与上翼缘分别通过连接板连接，下翼缘由于需要小车通行，因此不能使用连接板连接，造成轨道对接部分的截面抗扭能力被削弱。沿环形轨道行走的吊篮始终对轨道产生沿着轨道切线方向的作用力，该作用力会使轨道受扭，而下翼缘无法闭合的情况将对于轨道抗扭是非常不利的。

为验证轨道梁结构的安全性，用有限元软件进行受力计算分析。共分析两种工况：①3m 跨吊篮在距离最长的两吊点之间；②3m 跨吊篮经过两跨跨中（或均接近跨中）。由轨道有限元分析计算结果可知，扭矩、弯矩、剪力最大值均出现在基本相同的位置，以T 型截面对轨道的受力情况进行保守计算，对扭矩和弯矩取值，按理论公式计算结果得出该危险截面在复杂应力状态下受力是安全的，轨道梁设计满足强度要求。

4 环形轨道式特种吊篮装置的安装步骤

1）在混凝土立柱外弧面相应位置种植化学锚栓及根部埋件。植筋竖向定位在沿上下模板孔的竖直线上；标高控制250m、68m，实际实施中视上、下球体的球底点控制。相邻水平度控制依据立柱环形分格凹槽，结合U 型水管控制。

2）通过电梯和人孔将吊篮机构组件（除吊篮)运送至平台室外。在平台层拼装三角支架的主梁和斜撑，将三角支架安装至对应位置。

3）相邻2 副三角支架安装到位，安装三角支架间平面拉杆。

4）安装轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝），对应每个三角支架下方设置1 件。轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝）作为环形轨道梁标高调节机构，通过螺纹构造调整环形轨道梁水平度。

5）相邻2 副轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝）安装完成，在平台层将2 根1.5m 环形轨道梁分段组装成3m 安装段，通过平台上作业人员提拉物料导向绳，蜘蛛人辅助将3m 段环形轨道梁安装到位。

6）顺序安装第3 个三角支架、平面拉杆、轨道梁悬挂调节件（花篮螺丝）和环形轨道梁，直至安装完成。

7）将吊篮搬运至16m 平台，利用16m 室外露天平台通过斜向提拉，将吊篮提升到位。68m标高吊篮安放在玻璃顶棚外侧3m，通过揽风绳作用逐步放至垂直状；250m 标高吊篮安放距离对应立柱外弧面外侧22m；250m 标高吊篮提升操作。

根据施工经验，吊篮提拉的倾角最大可达1∶10，通过图形模拟（图8），在此夹角情况下吊篮提升钢丝绳距离下球体外檐口为3.08m，此距离已满足吊篮不与下球体相碰的安全距离，故可实施斜向提拉。

图8 250m标高吊篮提升图形模拟

5 结语

本次研制的环形轨道式特种吊篮装置通过结构分析及验算证明其可行性，及在东方明珠广播电视塔维护修缮作业中的实践应用。该装置满足本工程的使用的结构，能够完成外立面施工人员到达，材料运输等要求功能，并且通过结构验算，能够满足安全使用的要求。该装置不仅解决了东方明珠广播电视塔塔体外立面混凝土块坠落的安全隐患，而且一次性投入，节省近20 年的保养费，具有安全可靠、成本低、操作性强等优点，同时开创了高耸异形构筑物外立面修缮工程先河，技术上具有较高的应用推广价值。