施工升降机在钢索塔内永临结合应用设计

田国承，卢九林，赵进昌

（1.中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241009；3.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北 廊坊 065000）

1 工程概况

南京浦仪公路大桥主桥为双塔双索面独柱形钢塔钢箱梁斜拉桥，主桥跨度布置为（50+180+500+180+50）m 的对称结构。索塔为独柱形钢塔，西塔塔柱高166.0m，东塔塔柱高164.4。主梁以上索塔高度为130.693m。索塔采用切角矩形断面、单箱多室布置，由四周壁板和三道腹板（一道横腹板和两道纵腹板）构成（图1）。为方便维修人员通行，在塔柱内设置1.05m×1.65m 的电梯通道及0.8m×0.6m 的人行爬梯通道。T2～T8 节段，电梯通道设置在索塔中跨侧上游边室内，在T8 节段至塔顶电梯通道改为设置在中跨侧下游边室内。塔柱腹板上设若干人孔，可供维修人员从桥面部位进入塔内，以及在塔内部各个室之间可相互穿越。

图1 桥塔结构

2 垂直运送方案选择

浦仪公路大桥索塔为钢塔结构，各个节段现场拼装，为了提高施工效率和降低工人劳动强度，施工时需要设置人员、物料垂直运送设备。索塔结构为预制拼装，在索塔外部安装施工升降机将会影响塔柱外表面的防腐效果，增加后续表面修复工作。

另外，在塔柱内设置的电梯通道，施工完成后需要安装永久电梯，承担后续维修人员及物料的垂直运输。电梯运行通道分为上下两部分，下部运行通道为曲线-直线，上部为直线。

结合以上因素，从保护成品的角度并兼顾现场施工运送需求、设备投入成本等角度，采用永临结合的方案，在塔内电梯通道安装运送装备的方案，一般采用以下两种方案。

2.1 采用曳引电梯

目前部分桥塔内部使用此方案，但不能满足同步施工投入使用的要求，只能待结构施工完成后才能安装和投入使用，且其对安装和使用环境要求高，安装难度较大。另外由于索塔下部运行通道为斜线-曲线轨迹，电梯运行时需要通过多个孔洞，结合电梯自身高度影响后有效利用空间更小，现场安装制造存在一定误差，曳引电梯曲线运行不易实现，难度大，且维护保养要求高。

2.2 采用施工升降机

能够同步施工投入安装使用，解决了施工过程的运送需求。同时考虑到后续永久安装维护的功能，可以采用永临结合的方式，吊笼采用不锈钢制作，内饰美观，满足永久安装和乘坐的舒适性需求，并做好成品保护措施，待施工完成后拆除防护便可交付使用。整个设备安装仅需1 个导轨架，安装简单，对原结构整个设备采用模块化设计，便于拆卸和组装。轿厢本身集成了传动装置，无须另设机房，对安装使用环境要求低，且其齿轮齿条的开式传动方式，结合模块化标准节，能够适应曲线运行的要求。

结合以上方案分析，索塔垂直运送装备最佳选择为采用施工升降机运行方案。

3 方案及主要结构设计

由于索塔内部运行通道类似封闭空间，通过多个通道断面折线形成的曲线轨迹，保证施工升降机能够正常运行的同时，充分利用通道空间，在狭小空间通道内尽量保证升降机轿厢内空的最大化。设备载重量为1 000kg；速度为0～40m/min。结合升降机的结构特点，主要对以下几个关键部件进行设计。

3.1 方案布置及导轨架设计

考虑到运行通道、设备载重量以及导轨架附着仅能在钢构隔板的通道边沿固定最小附着间距3m 的情况，将导轨架采用格构式结构设计（图2），截面尺寸采用450mm×200mm，满足结构使用需求的同时，仅需在各个穿过洞口处设置附着固定，无须多余支撑。

通道内截面如图2 所示，内空尺寸为1 614mm×1 014mm，升降机吊笼布置方案采用以下两种方案（图3）。

图2 导轨架

图3 吊笼布置方案图

1）方案一 轨道布置在孔洞长度方向，吊笼内空尺寸可以达到1 080×750mm。

2）方案二 轨道布置在孔洞宽度方向，吊笼内空尺寸可以达到1 350×480mm。

方案二中的轨道可以在孔洞宽度方向上实现曲线轨迹运行，但吊笼内空尺寸宽度480mm 不能满足正常使用需求，故选取方案一最为合理。但此种布置方式导轨需要在齿轮齿条啮合方向上形成曲线运行轨迹，不同于以往曲线电梯在垂直于啮合方向上曲线布置方式。本方案尝试采用此种布置方式，根据齿轮齿条啮合原理以及GB 10055-2007《施工升降机安全规程》中对于齿条啮合间隙的相关规定，结合建筑结构特点，对导轨架进行模块化设计，将齿条两侧的导轨架立柱管做成一定高度差，经过特殊处理的标准节便可以实现预定的曲线轨迹，完美匹配结构预留运行曲线通道（图4、图5）。安装时，为了避免结构误差带来的可能发生的干涉问题，每安装一节标准节需要校核其与洞口两侧的理论距离，确保在理论数值控制范围内时再进行标准节的固定。

图4 导轨架曲线安装

图5 导轨架曲线运行轨迹

3.2 附着设计

由于主体结构为钢结构，为了尽量减少现场焊接保护已有成品表面处理，附着固定采用螺栓连接，导轨架与附着架之间通过U 型螺栓固定，然后附着架与附着座之间通过M20×210 高强螺栓固定，前后距离可根据需要加垫片调整；附墙座与隔板通过M24 螺栓固定（隔板上需要预留螺栓孔），在制作钢塔时预留螺栓连接位置或者现场钻孔，附着布置如图6 所示。

图6 附着布置图

3.3 供电方式设计

采用滑触线供电的模式，如图7 所示通过设计特殊固定支架用来支撑滑触线，直接固定在导轨架上，并随着导轨架曲线安装，保证了升降机轿厢运行取电的相对位置固定可靠。滑触线在使用时，集电器总成不同于以往结构，需要将集电器托架特殊设计，以便更好适应有限空间内的正常使用。

图7 滑触线布置

3.4 升降机轿厢设计

轿厢采用模块化片式组装结构设计（图8），单片结构均能通过运送通道到达安装位置，整个轿厢安装时可拆解为片式结构运送至安装位置后再进行二次组装，从而满足了桥塔入口门洞狭小、设备无法通过的难题。

图8 组合式轿厢设计

4 现场应用效果

根据需求设计的永临结合施工升降机，充分结合桥塔结构特点，通过特殊设计的导轨架及曲线运行轨迹，实现了运送装置内空最大化需求，施工阶段同步投入使用，满足了施工阶段的运送需求，设备一次安装到位，内部设有成品保护措施，当施工结束后拆除，有效节约了设备成本，解决了现场实际施工过程中此类结构安装垂直运送设备的难题，提高了施工效率（图9）。

图9 现场应用

5 结语

浦仪公路大桥为独柱形钢塔结构，整个塔柱下部为曲线变截面结构特征，选用的永临结合的施工升降机方案，不仅满足了施工时人员物料的运送需求，也实现永久维保设备的一次性安装，大大节约了设备购买成本和后续安装成本，为施工带来便利。另外，采用齿轮齿条啮合方向上的导轨架曲线布置取得了首次成功应用。为此类结构施工电梯的设计、安装、使用提供参考。