大型群体工程塔吊规划及设计技术研究

1 引言

为提高施工效率， 大部分建筑工程场地会出现多台塔吊同时施工的情况，因此，塔吊群位置规划对施工场地平面布置非常重要。 群塔的传统布置方案存在难以定量、 效率低等问题，为此，设计一种简单易操作、计算效率高的群塔布置优化方法对于工程安全和社会经济发展具有重要的现实意义[1]。

2 工程概况

山西省长治市小常片区小常村、 泽头村城中村改造建设项目，是集住宅楼、社区服务综合楼、配套商业用房、地下车库等，以及配套基础设施为一体的工程。 本工程位于滨湖大道以东、漳泽南路以南、长北干线以西、规划北环路以北，总用地面积112 172.85 m2，总建筑面积370 301.29 m2，其中，地上建筑面积281 284 m2，分为B 和C 地块，B 地块占地160 434 m2，C 地块占地120 850 m2；地下建筑面积86 480 m2。

3 工程施工条件

3.1 基坑条件

B 区正负零绝对标高为922.300 m，地库筏板顶标高为-6.050 m；C 区正负零绝对标高为921.300 m，地库筏板顶标高为-6.050 m。

3.2 现场实际施工情况及群塔规划设计

1）现场塔机平面布置规划设计：B 区共计布置10 个塔吊，C 区共计布置7 个塔吊。 具体位置如图1 所示。

图1 塔吊位置图

2）现场实际施工情况：B 区为10 栋楼加地下车库，C 区为7 栋楼加地下车库，为满足施工要求，塔吊需要能尽量覆盖到每一个区域，每栋楼均需配备1 台塔式起重机。 受楼栋距离限制， 各塔机在施工作业过程中均存在与其他塔机交叉的情况。 在整个施工过程中，塔吊承担着吊运各种建设所需材料的工作，由于其使用频率高、持续时间长，可能会在人、机器或物体中出现突发的不利状况。 为保证施工顺利进行、施工现场及周围车辆人员的安全，科学规划塔群位置至关重要。

3）为保证施工顺利进行，防止垂直运输中发生吊装事故，最大限度地确保人、机、物的安全，应尽可能采取措施将风险降至最低。 所有塔机均配备安装安全监控管理系统，本系统主要功能有：吊钩视频、塔机数据监控、风速监控、防碰撞、区域限制、人脸识别，辅助功能可以接入风速传感器、倾角传感器、4G 远程通信模块、防碰撞通信模块、温度控制模块等。 （1）提供三维碰撞报警保护， 以数字和进度条的形式显示塔机当前运行状态和额定能力状态，重量、力矩、幅度、高度、回转、风速、倾角等参数全方位接入。 （2）拥有空间限制功能，对静态的区域限制和动态防碰撞，吊装提醒功能可以精确定位，提高驾驶员工作效率。（3）远程4G 通信、北斗定位功能可在线随时查看塔机实时运行状态和位置信息。 （4）高度及回转限位功能更精准，同时还带有预警减速、工作循环记录、实时数据记录、系统修改日志记录等“黑匣子”功能。 钢丝绳倍率可轻松切换，方便日常使用。（5）塔机数据、视频可以通过网桥、4G、5G 传输给项目部和建筑工地，实现数据和视频的远程查看和控制，融合人脸识别功能，可远程对司机进行人脸识别。

塔吊操作过程中，转动塔机会使电缆线处于中间位置，所以，不能有任何缠绕，应避免连续的转动使电缆线绞断。 当塔机之间的相对高度发生变化时，会发出提醒，避免发生碰撞危险[2]。

4 施工方法及工艺要求

4.1 施工要点

各塔机在作业过程中，均与其他相邻塔机有交叉现象，因此，需考虑群塔关系，对塔机工作状态下的危险情形进行分析：

1）多台塔吊位置规划不合理时，多台塔机起重臂处于同一高度时易发生碰撞；

2）多台塔吊在交叉区域内同时作业，吊臂与钢丝绳或起吊物之间存在碰撞风险。 在非工作条件下，吊钩定位不当可能会导致塔式起重机因风力而旋转， 从而造成吊臂与吊钩碰撞的风险；

3）如相邻建筑物距离太近导致塔吊之间距离过近，在运行过程中也容易造成碰撞。

主要安全措施：

1）将各塔吊间的距离及高度错开，合理规划位置，控制施工进度，针对塔吊群作业情况制定了避让规则，增加了安全报警装置，并规定了工作和非工作状态下吊钩的停置位置；

2）塔吊群作业时，各塔吊需设置回转限位装置与机械制档装置，以保障施工顺利进行。

4.1.1 B 区群塔作业情况简述

B 区：1#塔机与2#、3#、5#3 台塔机交叉；2#塔机与1#、4#、5#3 台塔机交叉；3#塔机与1#、5#、6#3 台塔机交叉；4#塔机与2#、5#、7#3 台塔机交叉。 5#塔机与1#、2#、3#、4#、6#、7#、9#7 台塔机交叉；6#塔机与3#、5#、8#3 台塔机 交叉；7#塔机与4#、5#、9#、10#4 台塔机 交叉；8#塔机与6#、9#两 台 塔 机 交 叉；9#塔机与5#、7#、8#、10#4 台塔机交叉；10#塔机与7#、9#两台塔机交叉。

4.1.2 C 区群塔作业情况简述

C 区：1#塔机与2#塔机交叉；2#塔机与1#、3#、4#、5#4 台塔机交叉；3#塔机与2#塔机交叉；4#塔机与2#、5#、6#3 台塔机交叉；5#塔机与2#、4#、7#3 台塔机交叉；6#塔机与4#、7#2 台塔机交叉；7#塔机与5#、6#两台塔机交叉。

4.1.3 塔机交叉作业原则

本工程涉及多台塔吊同时施工的情况， 且每台塔机都与几台塔机有交叉，为保障施工顺利进行，在塔机作业前应做好塔机位置规划以及各项避免交叉的施工规则， 特制定以下塔机交叉作业规则：

1）低塔让高塔：低塔起重臂进入交叉作业区域之前，应先观察高塔的工作情况，向高塔按喇叭示意，确认安全后方可进行操作；

2）后塔让先塔：较晚进入交叉作业区域的塔吊应对最先进入该区域的塔吊进行避让；

3）动塔让静塔：当一台塔式起重机在交叉作业区没有旋转吊臂或固定小车或吊钩， 而另一台塔式吊车有旋转吊臂和固定小车时，移动的塔式起重机应避开固定的塔式起重机；

4）轻塔让重塔：当两台塔式起重机同时运行时，轻载塔式起重机应避开重载塔式起重机；

5）客塔让主塔：根据不同施工主体的实际工区进行划分，客运塔台需要通过主塔区时，必须注意主塔的运行情况，地面指挥必须通知主塔司机。

在塔吊运行过程中， 塔吊司机和信号工人应始终关注检查塔吊吊钩的位置，并注意操作过程中相邻塔吊的工作状态。如有必要，信号工作人员需及时发出信号，提醒塔吊司机应控制转速并低速操作。

为了防止高塔吊绳与低塔臂碰撞， 每台交叉塔吊在运行过程中必须采取定位、定向、定时、定速、定人等安全措施。

1）定位：根据施工现场实际情况，将现场划分为4 个区域进行作业[3]。

2）定向：每台塔式起重机的旋转操作应采用相同的方向。如果选择顺时针方向，则每台塔式起重机应同时顺时针旋转；如果使用逆时针方向， 则每台塔式起重机应同时逆时针旋转以进行操作。

3）定时：根据施工进度需要，合理安排每台塔吊在公共区域的作业时间，并交替错开每台塔吊的作业时间。 如果需要延长作业时间， 项目安全员应首先组织各塔吊的信号工人进行协商和沟通，然后信号工人应通知各自的塔吊司机。

4）定速：在公共区域多塔吊同时作业时，应对每台塔吊采取限速措施，4 台塔吊的旋转操作必须使用最低档位。

5）定人：如果必须多台塔吊同时在公共区域施工，项目部应安排一名指挥人员统一协调指挥， 并确保每台塔吊信号工之间的信息畅通。

4.1.4 技术措施

1）开工前，应分别对塔吊司机和指挥人员进行安全技术交底。 在操作塔式起重机之前，驾驶员应首先打开电源，检查塔机的操作部件、限制器和配电箱，确保安全后再进行操作。

2）为了保证施工的顺利进行，在地面上指定了一个安全操作区，每台塔吊都被限制在自己的操作区内进行安全操作。

3）项目部控制施工进度，统一调度、合理安排各类劳务队伍，在不同时间、不同地点进行塔吊作业，避免塔吊在交叉区域同时起吊物体；每个塔机之间始终保持一定的垂直距离，为2 个标准截面高度（6 m）；施工进度控制的关键是相邻建筑物施工进度高差不宜超过5 层，即不得超过20 m 的落差，当出现相邻建筑施工进度有落差时， 应及时召开项目施工进度协调会，对施工进度进行协调，确保相邻建筑施工进度落差不超过塔机自由高差限度，以防止出现塔机碰撞问题。

4）操作塔机之前，塔吊司机必须首先观察周围塔机的运行情况， 确保安全后再启动起重臂。 在未确定安全性的情况下，严禁高速旋转。

5）拆除塔机的高速齿轮（三档和四档），只启动第一档，运行第二档，以减少旋转惯性。

6)在塔吊上安装控制旋转的木楔、备用电源等，并将24 V电池连接到旋转制动电路。 停电时，它还可以确保旋转制动器正常工作。 由各塔机司机班长具体负责备用电源的充电工作，定期提醒、监督和及时检查司机备用电源的带电状态。 此外，还需要安装强制停止装置。 当设备限位失效或备用电源失效时，可作为确保施工安全的最后保护措施。

7）有必要定期检查安全注意事项，如限位器、吊钩是否在非工作条件下升高到安全高度，回转限制是否有效，小车是否已缩回到吊臂根部。

8）在每个施工区域和道路一侧修建安全防护棚和安全通道，如果塔机吊臂需要在其上方旋转，应先将小车收到吊臂的根部，主钩应上升到上限位置，然后再旋转吊臂。 严禁在每个施工区域和道路上旋转起重物体。

9）应在安全防护棚上悬挂醒目的警示标志。在高架旋转时，确保塔机处于负载和空载状态，同时将小车收回至吊臂根部。

10）在每台塔吊的承台处设置沉降观测点，安全员应定期做好记录和记录， 防止因承台基础土剪而造成塔吊碰撞或基础倾斜，及时发现并防止事故发生。

11）如遇恶劣天气不能施工时，不可强制施工。

12）根据工程进度和楼层的实际结构情况，有必要适当调整附墙之间的距离或增加附墙， 但两座塔楼之间的距离必须始终保持在2 个标准截面左右的高度。

5 结语