超高层电梯井道内爬式布料机应用

曾 杰， 杨 曦， 杨 柳， 敬 东， 严 美

(中建二局第三建筑工程有限公司，四川成都 610045)

针对本工程而言，T4楼主体为高度348.9 m的超高层建筑，采用核心筒-剪力墙的结构形式。传统布料机安装布料过程繁琐，浇筑过程中需数次利用塔吊移位安装，布料机点位模板架体需进行加固，浇筑效率低，且每层浇筑后需要使用塔吊将其运至楼体下方存放，对于超高层施工极不方便，存在安全隐患。本工程采用电梯井道内爬式布料机，结构稳定可靠，在电梯井道自动爬升，随着楼层升高而升高，混凝土泵送范围大，施工快捷效率高，有效解决了超高层混凝土浇筑问题。

1 工程概况

江北嘴国际金融中心T3～T4号楼施工总承包工程，位于被誉为“中国金融第三区”的江北嘴中央商务区，隶属于重庆市江北区，江北区是重庆市主城区之一。项目北、东、南三面公园环抱，西临江北城大街，南临江北城西大街，东侧为精学街，北侧为汇川路。项目周边环境中南侧、西侧均为已有建筑，东侧、北侧为公园、广场。总用地面积29 126 m2，总建筑面积约32万 m2，项目包括T3、T4 2幢塔楼、裙房商业和地库。T3高247.9 m，功能为高端办公，T4高348.9 m，功能为高端住宅。

项目绝对高程246 m相当于施工相对标高±0.000。T4-1布料机基础均设置于地下室基础筏板以下，基础顶标高为-30.7 m(绝对高程为215.3 m)，依据勘察报告中可知布料机基础底面所在的岩土层是泥岩，取泥岩地基承载力特征值fak=2795 kPa。

2 工程重难点

江北嘴国际金融中心项目T4楼为高度348.9 m的高端住宅楼，采用核心筒-剪力墙结构，墙体大且多，混凝土浇筑方量大，超高层混凝土浇筑情况更为困难复杂，传统布料机安装过程反复繁琐，塔吊运用较多，安全隐患严重。且超高层建筑对于楼体混凝土浇筑质量要求高，传统布料机在运用过程中容易存在布料不均匀等问题，影响混凝土浇筑质量，进而影响楼体结构安全。

传统布料机布料范围较小，浇筑过程中需多次移位安装才能将楼体结构全部浇筑完成，布料机安装点位需加强模板支架以支撑布料机的使用，影响项目施工工期的推进。

3 超高层建筑电梯井道内爬式布料机施工

3.1 工艺流程

安装准备—检查布料机底架—安装下节立柱—安装上节立柱—安装爬升系统—安装回转总成—进行平衡臂的安装—安装折叠臂臂总成—安装电控系统—布料机调试—布料机顶升。

3.2 施工材料与设备

(1)布料机结构配件。

(2)塔式起重机W350-20T(7530)。

(3)吊装钢丝绳。

(4)其他安装工具。

3.3 吊装钢丝绳的选用及复核计算

3.3.1 钢丝绳的选用

拟选用吊索为6×37S+FC-1770-φ16 mm钢丝绳，公称抗拉强度为1 770 N/mm2,在GB8918—2006《重要用途钢丝绳》中查得:

[S]≤aP/K

式中：S为钢丝绳的许用拉力kN；a为破断拉力换算系数；P为钢丝绳的破坏拉力总和kN；K为钢丝绳的安全系数。

6×37S+FC-1770-φ16 mm钢丝绳Fg=150 kN,钢丝绳安全系数K=8,钢丝绳破断拉力换算系数α=0.82，允许拉力[Fg]=αFg/K=0.82×150×1.191÷8=18.29 kN。

3.3.2 钢丝绳吊装核算

布料机基础节、回转机构、平衡臂采用钢丝绳4点吊如图1(a)所示，布料机起重臂起吊采用2点吊，如图1(b)所示。

图1 钢丝绳吊装示意

吊装安装大臂后段+上下转台+回转支承(最重配件)时，采用2点吊，每个吊点系2根钢丝绳，吊索选用4根长6 m型号为6×37S+FC-1770-φ16 mm纤维芯钢丝绳，钢丝绳s=6 m，2个吊点跨距约为L=6 m，α=60°，sinα=0.866，布料机重约4.1 t，单根钢丝绳受力为T=[41 kN÷(0.866×2)]/2=11.8 kN<18.29 kN，满足钢丝绳使用要求。

经上述复核验算，可知选用的钢丝绳满足此次吊装T4栋布料机全部部件的使用要求。

3.3.3 钢丝绳的使用要求

按照GB/T5972-2016《起重机钢丝绳保养、维护、安装、检验和报废》的要求进行钢丝绳的检查和更换。

3.4 布料机的安装顶升及拆卸

3.4.1 安装准备

(1)布料机安装负责人及相关技术人员必须提前一天进行现场实地勘测，仔细分析在安装中可能遇到的问题，对疑难问题及时与相关人员沟通，共同商讨解决对策，确保施工顺利安全的进行。

(2)清理现场道路障碍物，提前清理布料机基础范围内的场地以便布料机安装部件的摆放并拉好安全警戒线严禁其他非工作人员在警戒线内经过，并设专人监护。(警戒设置在安装范围外的20 m处采用拉绳设警示标志)。

(3)安装前，核实使用单位以及监理单位已经按要求进行机械的进场验收，安装单位再次对进场部件进行目检，对于变形，扭曲或焊缝开裂的零部件通知产权单位维修、更换。

(4)检查钢丝绳、电缆等是否完好。

(5)检查各电机的绝缘性能。

(6)检查液压油泵油缸工作是否正常，是否有漏油现象。

(7)根据布料机最大部件的重量确定合适的起重设备和安装工具(辅助吊装设备、枕木、索具、绳扣等)。PB28A布料机最大吊装单元重量为4.1 t。

(8)整机安装前应检查各防护栏杆是否坚固。

(9)安装区周围设立警戒区，并由专职安全员负责。

(10)安装现场实施负责人对安装人员进行安装安全技术交底(另行编制)。

(11)布料机电源设置：现场需提前设置好布料机专用配电箱，且一机一闸，有明显标识。配电箱应安装在离塔机3 m以内，高1.5 m，便于操作的位置。配电箱应防雨防尘，有门有锁，导线都从箱下方进出，箱体应有可靠接零接地。

(12)对布料机出厂编号、配重型号等复核。

(13)应准备一些1～4 mm厚的钢垫片，以保证基础与塔身接合面的平面度。

(14)安装时井道内架体应及时搭设到位，设置硬防护。

3.4.2 安装布料机

3.4.2.1 底梁

首先进行井道清理，底梁吊装时确保井道内无障碍物，底梁吊装到位安装完毕后，布料机安装在底梁上。

3.4.2.2 塔身部分安装

(1)安装下节立柱(重：3 150 kg)见图2。

图2 下节立柱安装示意

下节立柱吊装到底架上，注意输送管的安装方向，下节立柱和底架之间采用16套10.9级M30的高强螺栓联接，螺栓的预紧力应达到1 400 N·m，每件高强螺栓均装配2个垫圈和2个螺母。安装后用经纬仪或吊线法检查的垂直度，立柱4个侧面的垂直度为1/500。

(2)安装上节立柱(重：3 200 kg)见图3。

图3 上节立柱安装示意

将上节立柱吊装在下节立柱上，用16套10.9级M30的高强螺栓联接，螺栓的预紧力应达到1 400 N·m，注意安装方向。

(3)装中间平台(重：450 kg)见图4。

图4 工作平台安装示意

组装工作平台。

将中间平台放置在上节立柱的平台支架上，用销轴将其与支架两端的耳座连接好后用开口销锁紧。

(4)安装大臂后段+上下转台+回转支承，为最重构件(重:4 100 kg)见图5。

图5 大臂转台回转支撑安装示意

将臂架平台和栏杆在这一组件上装好，然后将这一组件吊装到上立柱上，采用16套10.9级M30的高强螺栓联接，螺栓的预紧力应达到1 400 N·m，每件高强螺栓均装配2个垫圈和2个螺母，并扣上螺母罩。

(5)安装大臂前+中臂+小臂(总重：3 100 kg)见图6、图7。

图6 布料机机臂安装示意

图7 大臂前后端连接示意

将此组件吊到大臂后段的位置，使大臂前段根部的耳板孔，与大臂后段的耳板孔对齐，穿入销轴，并用轴端挡板和螺栓将销轴锁定。

然后用活节螺栓将大臂前段和大臂后段相联。

用管卡将所有的混凝土输送管联接牢靠；用液压软管联接好所有的液压管路；用导线、电缆联接好电气系统，并且要确保接地安全，接地电阻不大于4 Ω。

检查标准节之间的联接螺栓、各销轴的卡板螺栓和各平台的联接螺栓等是否联接可靠；液压系统的管路联接是否正确；电气系统是否正确联接。

至此布料机安装完毕。

3.4.3 布料机内爬顶升

3.4.3.1 内爬装置组成

整机通过内爬长轴、内爬框架、顶升装置爬升后与底架分离。内爬框架按上、中、下3层布置，内爬框间距爬升时不小于3 m，布料和待机时不小于6 m(图8)。

图8 电梯井内爬装置

布料机工作时伸缩支腿伸出到建筑物墙体的预留孔处，预留孔表面必需平整、各孔间要对齐水平。在电梯井预留孔内用铁块楔紧固定内爬框架(图9)。

图9 固定内爬框架示意

注意：每层内爬框架的伸缩支腿必须固定牢靠，否则内爬框架会出现整体侧移，造成机毁人亡的事故。

2根顶升油缸分别装在中层内爬框架2根主支撑梁的油缸座上，2个油缸并联工作，保证2个油缸工作同步，其额定压力为16 MPa，平衡阀溢流压力为22 MPa。其间采用长销轴进行连接，长销轴主要作用是传递布料机的垂直载荷。一端有拉手，方便插拔(图10)。

图10 油缸连接示意

3.4.3.2 内爬顶升

当施工到不方便布料机施工的高度后，需将布料机进行整体爬升。为保证爬升时布料机左右两侧的平衡性更好一点，布料机的臂架应首先转至如图11所示的方位，然后再按后面顶升的要求，上仰至接近垂直的状态(约85°)。

图11 顶升状态臂架示意

(1)准备流程。①将顶升油缸搬至中框,接通顶升快速接头，打开油泵，满行程伸缩顶升油缸活塞杆，空载运行5 min，保持油路畅通；②将臂架收拢，仰至近垂直状态；③立柱保持垂直；④至少需要两道内爬框架；⑤根据现场情况拆开输送管的连接接头；⑥取出内爬框架与立柱之间的楔块。

(2)爬升流程。①使用有线遥控器操作，开启油泵；②按下顶升缩按钮。全部缩回顶升油缸活塞杆；③将顶升用长销轴插入到离顶升油缸活塞杆卡槽最近的塔身预留孔中；④缓慢伸出活塞杆，使顶升油缸活塞杆卡槽卡到长销轴的卡槽中，使整个布料机的垂直载荷由油缸承受。继续伸出活塞杆，将原来支撑塔身的长销轴抽出；⑤缓慢伸出活塞杆，约100 mm，再缩回活塞杆，检查各系统工作是否正常，各连接及安全装置是否正常；⑥一切正常后，继续伸活塞杆，整机随活塞杆伸出而向上爬升；⑦换步：当整机爬升超过一个塔身预留孔距时(520 mm)，油缸停止伸出，将抽出的长销轴再次插入到塔身的预留孔中，缓慢缩回活塞杆，使整机的垂直载荷由长销轴承受；⑧将顶升油缸全部缩回，将顶升用长销轴抽出，插入下一个塔身预留孔中；⑨重复步骤④⑥⑦⑧，布料机不断地向上爬升；⑩当下节立柱的倒数第二个预留孔顶出有顶升油缸的框架上表面时，停止顶升，将承重用的长销轴插入此孔中，然后缓缓缩回顶升油缸，使长销轴落到中框架的销座中完成一次的顶升工作。(注意：下节立柱下端面不能被顶出安装顶升油缸层内爬框架的下表面，否则会出现倒塔事故。必须保证至少有两道内爬框架受力时才能顶升。)

(3)顶升完毕。①拆掉下层内爬框架并搬运至最上预留孔，用钢楔块固定内爬框架；②用钢楔块将塔身楔紧。(注意：布料机在布料状态及待机状态，在上框和下框与立柱之间用钢楔块楔紧。中框与立柱之间不得插入钢楔块，否则布料机结构及墙体载荷将会过大。)③布料机完全由油缸耳座处的1根长销轴及2道内爬框架支撑。(注意：在顶升完毕后，油缸需缩回，不能用油缸来支撑整个布料机工作，但可以将油缸虚设在那里，起保险的作用。)

3.4.4 布料机拆卸

布料机拆卸过程按照安装过程相反顺序进行即可。

3.5 布料机的保养

为了保养作业的安全，布料臂处的保养检查应在塔身的悬出高度不能满足布料作业功能而需要进行内爬顶升时在楼面搭平台进行。

3.5.1 定期检查

3.5.1.1 日检

(1)操作之前检查电气系统工作是否正常。

(2)检查油箱油位是否低于油箱一半，液压油是否乳化。

(3)检查液压元件是否有渗漏油现象。

(4)检查油泵旋向是否正确。

(5)检查平衡阀工作是否可靠。

3.5.1.2 周检

(1)检查联接螺栓、轴端卡板、销轴、锁紧螺母是否松动。

(2)检查输送管的磨损量，壁厚小于2 mm时，应及时更换。

(3)在完成约6 000 m3的输送量后可采用如下方法增加输送管的使用寿命，弯管可以将其旋转180°，直管可以将其旋转120°再使用较好。

(4)检查栏杆开口销是否脱落。

3.5.1.3 月检

(1)检查回转限位器是否工作正常。

(2)检查回转减速机有无异常发热和声响。

(3)紧固塔身标准节的联接螺栓。

(4)检查电动机的联轴器。

(5)检查电动机和电路的绝缘电阻、电气设备金属外壳、金属结构的接地电阻。

(6)检查电缆线，如有破损或老化应立即修理和更换。

(7)全面检查布料机各零部件、液压和电气元件，进行保养和更换。

3.5.2 管道清洗

可用混凝土输送泵直接泵水或用清洗水泵(用户自备)来清洗管路。清洗管路时机应掌握恰当，使管路中残留混凝土能用于施工现场。φ125 mm输送管混凝土残留量约为12.3 L/m。

(1)用混凝土输送泵直接泵水清洗，其操作方法：泵送结束后，打开混凝土输送泵料斗门，放出料斗内余料，卸下料斗出料口锥管，清洗干净，反泵点动排出混凝土缸内混凝土料，用水冲洗料斗，在锥管内装入2个海绵球，接上锥管，关上料斗门，料斗装水进行泵送，直至海绵球从管路末端泵出。

(2)用清洗水泵清洗管路操作方法：泵送结束后，卸去垂直管路中的混凝土料，接好管路，卸下混凝土输送泵料斗出料口锥管，在待清洗管路中放入2个海绵球，然后将清洗水泵高压水管与待清洗的管路接通，并用管卡卡牢。开动清洗泵，泵出高压水进入清洗管路，直到海绵球从管路末端泵出。

泵送结束后任何情况下都应该将输送管清洗干净。

4 结束语

电梯井道内爬式布料机使用智能方便，结构稳定可靠。相较于传统布料机，浇筑范围大，安装爬升方便，液压爬升系统安全快捷，适应性强，采用360°全回转臂架式布料结构，整机操作简便、旋转灵活，具有节能、经济、实用等特点。在超高层建筑施工能进一步降低布料机成本，最终取得良好效果。为超高层电梯井道内爬式布料机应用提供充足的工程经验。