1、塔架鋼柱制作安裝施工工法1.前言北京南站工程為了滿足大跨度大空間的使用功能要求，站臺雨棚鋼結構采用巨大A型塔架鋼柱支撐懸垂梁屋面體系，其A型塔架鋼柱的設計及安裝技術經過技術查新在國內外是首創，在制作安裝方面存在諸多技術難點有待解決。如巨大A型鋼構件的現場拼裝、安裝，空間測量定位，厚型鋼板焊接的應力與變形控制等。在工程施工中，經過科技攻關，解決了技術難點，取得了成功經驗。本成果通過了中國中鐵股份公司組織的專家組評審，并獲得了科技進步特等獎。通過認真研究這一技術操作要點、施工方法及勞動組織，并對技術經濟效益分析比較，總結形成本工法。 2.工法特點2.1 A型塔架鋼柱構件外形尺寸大、不規則、單根重量

2、大，經過方案比較采用工廠分段制作，現場拼裝后整體吊裝或分段吊裝。與通常大型鋼構件安裝方案比較，方便快捷、縮短工期。2.2 A型塔架鋼柱曲線形布置，變截面變高度，測量定位難度大，精度要求高，鋼柱的安裝精度直接影響屋面鋼結構桿件的安裝。因此，采用全站儀三維空間坐標定位，滿足了精度要求。 2.3 A型塔架鋼柱由箱型梁及圓管斜撐組成，箱型梁與圓管斜撐及箱型梁柱腳與底座之間全部采用銷接，尤其是柱腳與底座采用80mm厚鋼板焊接。如果采用傳統焊接方式會引起構件變形大、殘余應力大等質量問題，A型塔架鋼柱現場組裝焊接過程中通過焊前預熱，焊后緩冷，應力控制等多重技術手段，解決了厚板焊接質量問題。3.適用范圍本工法

3、適用于車站、展覽館、博物館等鋼結構豎向構件安裝及高聳鋼結構建筑如電視塔、鉆井塔架等項目。還適用于主體結構為鋼結構的巨大A型塔架及大型箱型構件制作安裝工程。4.工藝原理利用鋼結構材料可切割、可焊性等特性，將巨大A型鋼柱分段加工制作、現場組裝，然后整體吊裝，從而解決大型鋼構件制作運輸問題。但是，受施工現場環境影響，在現場組裝、吊裝中需要解決諸多的技術難題，如：鋼結構整體吊裝變形控制、現場焊接質量控制、整體吊裝測量定位控制等。針對以上難點 采取相應技術措施予以解決，通過現場制作剛性胎膜來拼裝A型鋼柱并合理選用吊裝點，控制鋼結構變形；現場采用高強電焊絲及CO2保護焊并進行預熱等措施保證焊接質量；還采用

4、全站儀空間坐標測量定位技術，滿足安裝精度要求。5.施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程鋼構件分段進場現場質量檢驗制作拼裝平臺平臺上超平放線胎膜制作鋼構件分段組裝A型塔架柱整體吊裝臨時固定連接處焊接焊縫探傷檢測構件防銹防腐處理5.2操作要點5.2.1 A型塔架鋼柱現場拼裝制作為了減少倒運、就近拼裝、方便吊裝，施工時考慮在安裝區域附近組拼，在拼裝施工時合理布置拼裝胎膜（路基箱板上焊接型鋼支架）以利于拼裝及吊裝。拼裝胎膜及拼裝型式見下圖：圖5.2.1-1 拼裝胎膜及拼裝型式A型塔架柱拼裝時采用55t履帶吊機進行主要桿件的吊裝定位，25t汽車吊配合小構件的安裝。進行A型塔架柱拼裝時在A型塔架柱拼裝位置

5、設置拼裝胎架，拼裝胎架由路基板上加設L100角鋼制成的門式支架組成；并用斜撐保證其平穩，同時在胎架上彈出A型塔架柱拼裝定位軸線，以利于A型塔架柱拼裝過程中尺寸的控制從而保證拼裝完畢后A型塔架柱尺寸的準確性。5.2.2 A型塔架柱的現場拼裝流程1、拼裝胎架設置完畢后，從柱頂向柱腳依次分段吊裝。（一般A型塔架柱的柱身在工廠加工以五個分段形式運抵施工現場）。圖5.2.2-1 拼裝胎架安裝2、第一分段吊裝定位，將倒“V”形箱型梁鋼柱整段吊裝。圖5.2.2-2 第一分段吊裝定位3、第二五分段吊裝定位圖5.2.2-3 第二五分段吊裝定位4、橫向箱形梁支撐桿件吊裝定位圖5.2.2-4 橫向支撐吊裝定位5、斜

6、向支撐吊裝定位，采用圓管斜撐，銷軸連接。圖5.2.2-5 斜向支撐吊裝定位5.2.3 A型塔架鋼柱現場安裝要點A型塔架鋼柱安裝時根據鋼柱最大重量、高度選用吊車，采用兩種吊裝方案：一種是將鋼柱整體吊裝，一種是分兩段吊裝，均選用“雙機”抬吊。選用250t履帶吊機在12.0m工作半徑內，位于軌道層加強結構面上進行作業。先完成A型塔架柱的整體拼裝后用靠近A型塔架柱就位位置的一臺250t履帶吊機吊裝，另一臺在A型塔架柱近支座處輔助遞送，待A型塔架柱重心完全移入主吊機起重范圍后，由起重負責人指揮輔助吊機緩慢松鉤至A型塔架柱完全由主吊機承擔后，輔助吊機退至下一A型塔架柱吊裝位置。吊裝就位完畢，松鉤前必須保證

7、A型塔架柱已通過纜風繩固定于四周牢固的結構上。A型塔架鋼柱整體吊裝流程見圖5.2.3。（A型塔架鋼柱分兩段吊裝流程與圖5.2.3基本相同）1）A型塔架柱吊裝由兩臺吊機起吊 2）主吊機起吊A型塔架柱、輔助吊機遞送3）A型塔架柱就位后要臨時固定 4）A型塔架柱就位、焊接完成圖5.2.3-1 A型塔架柱吊裝就位流程5.2.4 A型塔架鋼柱在安裝過程中的測量定位 如何控制放線、測量定位的精度，是保證整體鋼結構安裝精度的一個重要環節。由于A型塔架柱其結構形式獨特，曲線形分布，高空就位難度大，在安裝過程中會易產生結構變形，必須采用先進合理的測量方法和措施加以控制。針對A型塔架柱的特點，采用目前世界上先進的

8、全站儀測量技術來進行測量定位，通過對各定位節點坐標的三維測量，全過程跟蹤測設，及時調整安裝偏差，保證安裝精度。A型塔架柱吊裝的精確定位，通過平面控制網和高層控制網進行坐標的轉換，在吊裝過程中對構件兩端進行測量定位，發現誤差及時修正。具體詳見下圖圖5.2.4-1 A型塔架鋼柱的控制點示意圖5.2.5 鋼柱現場接頭焊接技術措施1、A型塔架鋼柱地面組拼接頭構件在胎架上就位后，為保證拼接接口對位正確，采用定位板將兩個分段進行焊接臨時固定，再采用對稱焊接的方法進行拼接接頭的焊接，拼接接口定位保證措施見下圖： 圖5.2.5-1 拼接接口定位示意圖2、A型塔架鋼柱支座處連接耳板為避免塔架柱腳支座80mm厚連

9、接耳板與預埋頂板焊接產生焊接變形，在塔架柱采用全站儀測量定位后，采用30mm工裝板條與耳板焊接固定，然后采用分段多層多道對稱焊的焊接方式進行耳板與柱腳底板的焊接。塔架柱腳支座連接耳板焊接變形控制方法見下圖：圖5.2.5-2 塔架柱腳支座焊接變形控制示意圖5.3 勞動組織按照施工段及工序，分為現場材料倒運班組、鋼構件組裝班組、鋼構件吊裝班組、鋼結構焊接班組等四個班組。每班組按照作業量大小配備裝配工、電焊工以及勤雜工等。表5.3-1 現場安裝階段擬投入的勞動力計劃表序號工種數量單位備注1質檢員4人持證上崗2安全員4人持證上崗3裝配工40人持證上崗4電焊工20人持證上崗5打磨工4人-6涂裝工6人持證

10、上崗7起重工4人持證上崗8勤雜工20人-合計102人6.材料與設備表6-1 投 入 施 工 的 機 械 及 監 測 設 備 表 序號機械或設備名稱規 格 型 號 單位數量1電焊條烘干箱ZYHC-30臺82直流電焊機ZX5-63025KVA臺53交流電焊機BX1-40025KVA臺254空氣壓縮機2V-0.5/80.5KVA臺25汽車起重機QY-25臺26履帶吊機QY-55臺17履帶吊機QY-250臺28超聲波探傷儀CTS-22臺29水準儀DSX2臺210全站儀LEICA臺26.1按擬定的進度計劃,確定各階段實際需用的各種設備和檢測設備,訂立機械設備使用計劃和備用計劃,以便在實際施工中排除由于設

11、備原因而影響施工進度計劃。6.2做好各種機械設備和檢測設備的維護和保養，使各種機械設備保持良好的工作性能，特別是檢測設備的檢測必須提前經過二級以上的檢測單位進行簽定合格。6.3對于大型履帶吊車等需租賃的一些特殊設備，按節點使用計劃要求提前落實到位，并簽訂好租賃協議。6.4將設備投入計劃納入整個工程施工管理計劃之內，由機械部進行全面管理和統一協調。7.質量控制：7.1鋼結構制作安裝必須執行鋼結構工程施工質量驗收規范（GB50205-2001）及北京南站改擴建工程鋼結構施工質量驗收標準（注：本標準為企業標準）的要求。7.2 A塔鋼柱厚板焊接采用焊前預熱措施，主要采用電加熱和氧-乙炔火焰加熱方法，預

12、熱范圍為坡口及坡口兩側不小于板厚的1.5倍寬度，且不小于100mm。7.3焊接應力控制:采用合適的焊接坡口，減少焊接填充量；構件安裝時不得強行裝配，致使產生初始裝配應力；采用合理的焊接順序，對稱焊、分段焊；先焊收縮量大的接頭，后焊收縮量小的接頭，應在盡可能小的拘束下焊接；預先合理設置收縮余量；同一構件兩端不同時焊接；保證預熱，對層間溫度的有效控制，降低焊接接頭的拘束度，減少焊接熱影響區范圍，可降低焊接接頭的焊接殘余應力；采取高效的CO2焊接方法，可減少焊接道數，降低焊接變形和殘余應力；采取焊后緩冷，使接頭在冷卻時能有足夠的塑性和寬度均勻消除焊接收縮，降低殘余應力峰值和平均值，達到降低焊接殘余應

13、力目的。必要時采用烘烤和超聲波震動的方法進一步達到消減殘余應力目的。7.4焊接質量檢查:焊接質量檢查包括外觀和無損檢測，外觀檢查按照JGJ81-2002規范執行。無損檢測（UT）按照GB11345和設計文件執行，一級焊縫100檢驗，二級焊縫抽檢20，并且在焊后24小時檢測。對UT檢測有疑問，在有條件的地方輔以RT檢測。表7-1 焊接檢驗的階段和內容檢驗階段檢 驗 內 容焊接施工前交替的組裝、坡口的結構、焊接區域的清理、定位焊質量、引出板的安裝、襯板貼緊情況焊接施工中預熱溫度、焊接材料烘焙、焊接材料牌號、規格、焊接位置、焊接順序、焊接電流、電壓、焊接速度、層間溫度、施焊期間熔渣的清理、反面清根情

14、況焊接完畢外觀檢查焊接縫表面形狀。焊縫尺寸、咬邊、表面氣孔、表面裂紋、表面凹坑、引熄弧部位的處理、未熔合、引熄弧板處理、鋼印等內部檢查氣孔、未焊透、夾渣、裂紋等8.安全措施：8.1高空作業要求：8.1.1施工前，應逐級進行安全技術教育及交底，落實所有安全技術措施和人身防護用品，未經落實時不得進行施工。8.1.2高處作業中的設施、設備在施工前需進行檢查，確認其完好，方能投入使用。8.1.3攀登和懸空作業人員，必須持證上崗，且身體和心理狀況須在健康、正常的情況下方可高空作業。8.1.4施工中對高處作業的安全技術設施，發現有缺陷和隱患的，需及時解決；危及生命安全時必須停止作業。8.1.5施工作業場所

15、有墜落可能的物件，要先進行撤除或加以固定。高空作業中所用的物料，均應堆放平穩不妨礙通行和裝載。隨手工具應放在工具袋中，作業中的走道內的余料應及時清理干凈，不得任意亂擲或向下丟棄，傳遞物件禁止拋擲。8.1.6雨天進行高處作業時，須采取可靠的防滑措施。8.1.7鋼結構吊裝前，應進行安全防護設施的逐項檢查和驗收，驗收后方可進行高處作業。8.2施焊作業要求：8.2.1施焊人員要穿阻燃工作服和絕緣鞋，佩戴防護罩和長臂手套。 8.2.2鋼箱梁內施工要設置良好的通風設備，一端設置鼓風機，另一端設置抽風機，保證箱梁內通風。8.2.3施焊人員在箱梁內施焊時要佩戴防毒過濾口罩。并佩帶報警裝置，隨時監測施工中箱梁內

16、有害氣體的濃度，一旦報警就暫停施焊，經檢測合格后方可施焊。還需佩帶個人防護警報器，感覺有中毒癥狀立即停止工作。8.2.4每個氣瓶要佩帶防震圈和防護帽，以防止砂礫或油污進入閥門8.3起重機吊裝注意事項：8.3.1起重機的行駛必須在設置的路基箱上，起重機不得停置在斜坡上工作，也不允許起重機兩個履帶一高一低。8.3.2嚴禁超載吊裝，以免斷繩重物墜下，或引起“倒塔”。8.3.3要禁止滿負荷行駛。8.3.4雙機抬吊時，要根據起重機的起重能力進行合理的負荷分配（每臺起重機的負荷不宜超過其安全負荷量的80%）并在操作時要統一指揮。兩臺起重機的駕駛員應相互密切配合，防止一臺起重機失重而使另一臺起重超載。在整個

17、抬吊過程中，兩臺起重機的吊鉤滑車均應基本保持鉛錘狀態。8.3.5綁扎構件的吊索必須經過計算，所有起重機工具，應定期進行檢查，對損壞者作出鑒定，綁扎方法應正確牢靠，以防止吊裝中吊索破斷或從構件上滑脫，使起重機失重而傾翻。8.3.6超過6級大風，吊車停止使用。9.環保措施9.1粉塵控制措施9.1.1場區未硬化的地面，要壓實地面和定期灑水，減少灰塵對周圍環境的污染。9.1.2禁止在施工現場焚燒有毒、有害和有惡臭氣味的物質。9.1.3嚴禁向建筑物外拋擲垃圾，所有垃圾裝袋或裝桶投入指定地點并及時運走。9.1.4運輸車輛必須沖洗干凈后方能離場上路行駛；駛離現場前必須對車廂進行檢查防止裸露現象。 9.2噪音

18、控制措施9.2.1合理安排施工工序，禁止夜間進行產生噪音的建筑施工作業。9.2.2進入施工現場內的車輛、所有場內施工用機械設備不允許鳴笛；地面和高層的聯系采用對講機；工人施工時禁止大聲喧嘩。9.2.3施工場地外圍進行噪音監測，對于一些產生噪音的施工機械，應采取有效的措施，減少噪音，如切割金屬和鋸模板的場地均搭設工棚、設置隔音屏以屏蔽噪音。9.3光污染控制措施9.3.1電焊、金屬切割產生的弧光必須采用圍板與周圍環境進行隔離，防止弧光滿天散發。9.3.2現場圍墻上布設的燈具原則上不得超過圍墻高度；塔吊及周圍場地照明的大鏑燈必須調整照射方向向場內，不得直接照射到居民住宅區，施工場地外圍的照明采用柔光

19、燈，不可采用強光燈具。9.4現場防污染控制措施9.4.1現場使用的油料必須設置專人進行保管，防止產生油料擴散現象；現場擺放的易擴散油料或施工用料必須進行密閉儲存，防止擴散。機械修理等地方必須于地面上采取木板等進行鋪墊，防止污染地面。9.4.2現場垃圾實行分類管理，設置足夠的垃圾池和垃圾桶，建筑垃圾集中堆放并及時清運。9.4.3現場禁止焚燒油氈、橡膠等會產生有毒、有害煙塵和惡臭氣體的物質。化學物品，外加劑等要妥善保管，庫內存放，防止污染環境。10.效益分析10.1安全施工：采用現場組裝后整體吊裝，減少了高空拼裝、高空焊接等高空作業帶來的安全隱患，極大的降低了安全事故的發生率。 10.2施工工期：采用整體流水吊裝作業；降低了施工難度，94根A塔鋼柱安裝，比計劃工期提前35天完成。10.3現場管理：主體施