悬索式起重吊装系统应用研究——以佛山电视塔维修改造工程为例

刘奇俊

佛山市祖庙博物馆，广东 佛山 528000

佛山电视塔始建于1994年，是一座广播电视综合发射塔，现已成为佛山市地标建筑。在长期自然环境和使用环境的双重作用下，建筑的功能性和可靠性已逐渐减弱、降低，存在较多潜在安全隐患，该塔到了必须进行全面维修的阶段。佛山电视塔总高232m，是一座自立式钢结构高塔，其结构体系非常复杂，主体结构采用无缝钢管，辅以碳素钢板和各类型钢。上部天线段采用四边形直线组合结构（标高为157～232m），中部塔身采用八边形抛物线型刚性斜腹杆结构（标高为30～157m），底部塔座采用弧拱形组合钢结构（标高为-30～30m），上塔楼采用单层球状网架结构（标高为122～141m），下塔楼采用悬挑桁架梁结构（标高为25～35m）。佛山电视塔外观造型变化丰富，主体结构从顶部到底部呈抛物线型，上部天线段最小截面尺寸仅0.7m×0.7m，底部塔座最大截面尺寸为58m×58m，上塔楼球形网架直径为22m×22m，下塔楼八边形桁架悬挑结构直径为20m×20m。由于佛山电视塔结构体系复杂、外观造型特殊，在工程施工组织设计编制阶段，大型设备材料吊装专项方案的科学性、可靠性、经济性是确保工程建设安全、优质、高效推进的重要保障。

当前工程建设中经常使用的大型设备材料吊装系统有汽车吊、塔吊、龙门吊、垂直提升机、施工电梯等，由于佛山电视塔维修改造工程受结构体系的复杂性、外观造型的特殊性等现场客观条件制约。施工现场不具备安装施塔吊、龙门吊、垂直提升机、垂直施工电梯等常规吊装系统的条件，汽车吊亦无法满足吊装输运高度需求。经深入研究论证，综合考虑工程实际情况，以安全可靠、经济适用为目标，该工程决定创新采用悬索式起重吊装系统。

1 悬索式起重吊装系统设计方案

悬索式起重吊装系统由轨道部分和吊装部分组成。轨道部分主要由高处桅杆挂点、低处地面锚点、牵引钢丝绳、牵引卷扬机四部分组成，牵引钢丝绳一端悬挂在高处桅杆挂点，另一端固定在低处地面锚点，按照吊装物资运行轨迹设计安装的钢丝绳作为吊装轨道，通过操控牵引卷扬机，实现控制调节吊装轨道位置。吊装部分由吊装卷扬机、吊装钢丝绳、动滑轮、吊钩、吊斗五部分组成，通过操控吊装卷扬机联动悬挂在吊装轨道上的动滑轮，实现调节控制吊装物资在吊装轨道上的运行位置。在实际使用过程中通过配合操作轨道部分和吊装部分的两台卷扬机，将设备材料吊运至悬索式起重吊装系统覆盖范围内的任何施工作业面。

悬索式起重吊装系统设计最大吊装荷载为13kN，设计单次吊装荷载为10kN。在电视塔北侧布置两组悬索式起重吊装系统，每组悬索式起重吊装系统分别由一台50kN起重卷扬机和吊装钢丝绳、一台30kN导引卷扬机和牵引钢丝绳、两处地面滑轮、一处塔上滑轮、一处塔上连接件、吊钩、吊斗、配重块组成（见图1）。悬索式起重吊装系统塔上高处桅杆挂点滑轮固定高度186.8m，牵引钢丝绳从30kN卷扬机牵引而出，经地面滑轮转换后牵引至塔上高处桅杆挂点固定（见图2）。在设备材料吊装过程中，牵引钢丝绳通过30kN牵引卷扬机拉紧后呈直线状，吊运中设备材料悬挂在吊钩滑轮上，沿着牵引钢丝绳轨迹上下移动。吊装钢丝绳从50kN卷扬机引出，经地面滑轮与塔顶滑轮转换2次后引至吊钩滑轮上。在吊钩上还需要安装一个1.5kN的配重块，使吊钩在空载时利用配重块的自重，沿着牵引钢丝绳运行至地面。吊钩设置配重荷载应保证吊钩在空载状态时能够克服吊绳重力，在起重卷扬机调控下可自由上下做空载运动。

图1 悬索式起重吊装系设备平面布置图（单位：mm）

图2 悬索式起重吊装系设备立面布置图（单位：mm）

为确保悬索式起重吊装系统设计方案的安全可靠性，需要对钢丝绳（牵引钢丝绳、吊装钢丝绳、连接钢丝绳）、滑轮（塔顶滑轮、地面滑轮）、固定连接点（塔顶固定点、地固定点）、卷扬机（牵引卷扬机、吊装卷扬机）、吊钩、吊斗等主要设备及配件进行力学验算。电视塔原设计单位对电视塔整体受力情况进行了力学验算，验算结果只有满足国家现行相关规范标准及悬索式起重吊装系统方案设计目标，方可将其用于施工。按照该设计方案组合安装的悬索式起重吊装系统在使用过程具有5～6倍安全系数，从而确保了悬索式起重吊装系统的安全性和稳定性。

起重卷扬机、导引卷扬机、塔顶滑轮与高处桅杆挂点采用钢丝绳进行连接，固定方式为丝绳缠绕+卸扣固定，卸扣规格为T8级“T-BW9.5-7/8”（见图3、图4）。吊钩滑轮规格为30kN、吊钩配重规格为1.50kN、地面及塔顶滑轮规格为50kN定滑轮（见图5）。

图3 塔顶滑轮固定连接形式

图4 塔顶导绳固定连接形式

图5 吊钩、吊斗、滑轮、配重块安装图（单位：mm）

在每台卷扬机底座槽钢上分别安装2块单重12kN的混凝土压重块，在每处地面滑轮的底座槽钢上安装4块单重12kN的混凝土压重块。在每台卷扬机及每处地锚滑轮正后方设置地锚，将5根Φ60mm镀锌钢管插入地面深度不小于3m作为固定地锚，在钢管顶端焊接规格为L65mm×5mm的角钢作为辅助固定设施，从而大幅度增强地锚的稳定性。地锚与地面滑轮底座、卷扬机底座之间使用Φ16mm钢丝绳连接固定（见图6、图7）。

图6 卷扬机、地锚、滑轮、钢丝绳安装图（单位：mm）

图7 混凝压重块、地锚安装图（单位：mm）

2 悬索式起重吊装系统施工安装方案

施工人员先按照悬索式起重吊装系统设计方案，安装固定好卷扬机、塔顶滑轮、地面滑轮，钢管地锚及混凝土压重块，准备好待安装钢丝绳，做好钢丝绳牵引准备工作。

吊装钢丝绳安装方法：先将塔上滑轮、塔上高处桅杆挂点处连接钢丝绳及吊装钢丝绳固定卸扣、牵引尼龙绳等设备材料人工搬运至185.8m标高处。用连接钢丝绳固定好塔顶滑轮，在滑轮上穿好牵引尼龙绳，然后将尼龙绳两端放至地面。地面施工人员将尼龙绳一端与待牵引的钢丝绳连接固定好，将尼龙绳另一端连接至吊装卷扬机卷筒。启动卷扬机收拢尼龙绳，将牵引钢丝绳引导至塔上滑轮处，穿绳后将吊装钢丝绳引导至卷扬机卷筒处固定，待尼龙绳全部收进卷筒后，断开尼龙绳与钢丝绳连接，拆卸滚筒上的尼龙绳，使用压板固定好吊装钢丝绳，至此完成吊装钢丝绳安装。

牵引钢丝绳安装方法：在牵引钢丝绳一端安装一吊钩，将牵引钢丝绳另一端吊至塔上高处桅杆挂点处，采用缠绕+卸扣方式固定好导绳。牵引钢丝绳另一端连接30kN卷扬机滚筒，至此完成牵引钢丝绳安装。

卸料平台搭建方法：卸料平台设置在标高135m处，即上塔楼球体赤道面所在楼层处，卸料平台尺寸便于设备材料进出即可，在卸料平台边缘铺设橡胶软垫，防止吊运过程中发生触碰。

完成以上全部安装内容后，对起重吊装系统进行一次全面检查，并进行不少于3次吊装试运行，起重吊装系统通过全面验收后，方可投入使用。

悬索式起重吊装系统使用完毕后的拆除方案：拆除步骤与安装步骤相反。

3 悬索式起重吊装系统操作要点

精准操控卷扬机，合理设置牵引钢丝绳和起重钢丝绳的下垂挠度，避免钢丝绳或吊物触碰到障碍物，从而避免发生成品损坏或相关事故。卷扬机应安装提升限位开关，当吊斗提升至限定位置后，卷扬机立即停止。卷扬机操作员、起吊点指挥员、卸料口指挥员、装卸人员要充分做好沟通协调工作，在卸料时，特别要注意控制好牵引钢丝绳的张紧程度及收放时机，确保设备材料能从卸料平台准确装卸。装卸人员需要严格按照指挥员的指令行事。卷扬机操作员和指挥员应密切关注吊运起点及吊运终点两处极限位置。指挥员在吊物即将到达限位开关动作点之前，应及时向卷扬机操作员发出停车指令，卷扬机操作员应集中注意力，按照指挥员的指令操控卷扬机，避免吊钩滑轮超过限位点。指挥员与卷扬机操作司机必须经过专业安全知识培训教育，在熟悉卷扬机的性能和指挥信号后，方可上岗。

吊装过程中，50kN卷扬机通过吊绳牵引吊钩沿导绳上下移动，达到吊运材料的目的；30kN卷扬机通过卷筒的收放，控制导绳的松紧，引导吊物到达指定位置卸货。吊装流程：牵引卷扬机拉紧牵引钢丝绳；起重卷扬机通过起重钢丝绳牵引吊钩滑轮从地面吊起吊斗；吊斗沿牵引钢丝绳轨道吊运至卸料口上方适当位置；起重卷扬机停车；牵引卷扬机逐渐放松牵引钢丝绳；起重卷扬机缓慢释放起重钢丝绳使吊斗下放至卸料口上方；卸料口装卸人员使用杆钩勾住吊斗，控制吊斗下放至卸料平台；吊斗与设备材料分离；牵引卷扬机再次拉紧牵引钢丝绳；起重卷扬机释放吊装钢丝绳，使吊钩滑轮下放至地面起吊点。

从卸料平台处将设备材料从高处吊运至地面，也可参考上述吊装流程。对于散件设备材料，必须使用吊斗进行吊装，同时吊斗需要覆盖篷布进行封闭吊装。

4 结束语

佛山电视塔维修改造工程创新采用的悬索式起重吊装系统由轨道部分和吊装部分组成，是一种在施工现场组合拼装的吊装系统。经过工程实践检验，该系统具有安装简便、操作简单、安全稳定、造价低廉、不受地形限制、可跨越障碍物吊装运输等优点，适用于结构复杂、造型特殊、跨度较大的高耸结构工程。悬索式起重吊装系统作为吊装技术领域的创新成果，成功解决了高耸结构工程吊装难的问题，同时也为其他工程建设项目提供了重要参考经验。