大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法适用范围

《大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法》适用于储量在10000立方米及以上大型双壁双顶低温储罐拱顶（及其内吊平顶）气压顶升安装。

大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法工艺原理

《大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.气压顶升工法是利用空气压差产生的推力使拱顶从地面上升到设计位置。

2.利用外罐筒体与拱顶结构，通过采取密封措施形成相对密闭的空间的结构特点，通过鼓风设备向此密闭空间强制送入大量的空气从而在内外产生压力差，当压力差产生的总浮力大于需要顶升的重量并克服摩擦阻力后，拱顶开始上浮直至安装高度，从而达到顶升拱顶的目的，可以通过风门控制进风量使气顶升的速度得到控制。

3.平衡系统的主要作用是保证拱顶在上升过程中保持平衡，并维持上升过程中的平稳性，同时对拱顶起定位和导向作用，防止倾翻、旋转错位和卡死。

大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法施工工艺

• 工艺流程

《大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法》的工艺流程见图1。

• 操作要点

《大型低温储罐拱顶气压顶升施工工法》的操作要点如下：

一、外罐筒体施工和拱顶组装

1.外罐筒体采用正装法施工，按照从下到上的顺序施工。

2.拱顶组装前根据设计图纸将拱顶预制成半成品并妥善存放，存放应根据结构特点制作存放支架避免拱顶预制件在存放期间变形。

3.预制完成后，根据拱顶结构在储罐基础上安装拱顶组装的临时支撑，支撑应与拱顶弧形结构相符，且能够完全支持拱顶重量和保持拱顶外形尺寸。支撑安装完成后按照对称施工方法利用吊车将拱顶预制件吊装到位，并采取临时固定措施防止发生意外。

二、安装平衡系统

1.平衡系统有两种系统：贯穿式平衡系统（图2）和发散式平衡系统（图3）。

2.平衡系统的主要作用是保证拱顶在上升过程中保持平衡，并维持上升过程中的平稳性，同时对拱顶起定位和导向作用。

3.贯穿式平衡系统

贯穿式平衡系统由平衡钢缆、双导向滑轮组、A形架、花篮螺丝等组成。

1）施工工艺流程（图4）

2）平衡系统定位

平衡系统中平衡钢缆数量一般成偶数，平衡钢缆在圆周上均匀分布，以保证拱顶上升的平稳。

为保证平衡系统定位准确、分布均匀，一般使用全站仪进行精确定位。

3）安装A型架

A形架直接焊接在抗压板上，A形架安装时应保持竖直状态（图5平衡系统A形架）。

4）开贯穿孔

平衡钢缆穿过拱顶的位置，开设椭圆长孔，孔应保证拱顶在上升过程中平衡钢缆不与拱顶发生摩擦而影响吹顶。孔的长度可根据拱顶上升距离计算确认，随着拱顶的上升，平衡钢缆与拱顶板间的夹角α将逐渐变小，平衡钢缆与壁板间的距离L将逐渐变小，如图6。

5）安装双导向滑轮组

双导向滑轮组应根据贯穿孔的位置进行安装，同时保证平衡钢缆位于贯穿孔中间，防止钢缆与拱顶摩擦。

6）安装平衡钢缆

平衡钢缆从一点开始沿着一个方向顺序安装，单根平衡钢缆中间不得有接头。钢缆一端固定在罐内侧的锚固点上，一端通过花篮螺丝固定在抗压板或者外罐外侧的吊耳上。

在吹顶前对每根平衡钢缆施加相同的预紧力。

4.发散式平衡系统

发散式平衡系统由顶部支撑架、底部固定块、滑车、滑轮等组成。

1）施工工艺流程（图7）

2）平衡系统定位

与贯穿式平衡系统相同。

3）安装T形架

（1）确保支架是垂直安装并沿圆周对称分布；

（2）确保支架上部的横向部件的方向是沿罐的径向，并通过罐的中心轴线。

以上两项是气压升顶的重要元素，必须确保其安装的正确性。

4）安装中心滑轮

（1）单个滑轮的走绳方向都是指向同一个中心；

（2）每个滑轮都能自由的旋转；

（3）滑轮的内侧走绳应从镗孔垂直的穿过，不会与镗孔边缘产生摩擦；

（4）每个滑轮轮轴都应涂上润滑油。

中心滑轮是由单滑轮构成的组合件，在制作过程中须严格控制以上各项。

5）安装底部固定块

底部固定块安装在中心滑轮的正下方，与罐底中心的预埋螺栓相连接，是平衡钢丝绳下部的固定点。

6）安装支撑滚轮及滑车

支撑滚轮作用是支撑钢丝绳不与拱顶接触，并引导钢丝绳运转。

（1）滚轮底座与拱顶可靠的焊接固定；

（2）滚轮与侧板之间有合适的间隙，轮子与轴之间能自由的旋转；

（3）滚轮安装方须指向罐的中心，并与对应的中心滑轮成同一直线；

（4）滚轮表面应清理干净，保持光滑，保证运行中不会损坏钢丝绳。

导向滑车是改变钢丝绳走向的部件，在升顶过程中改变钢丝绳走向和引导钢丝绳运转。导向滑车安装在拱顶的外边缘，并在"T"形架的下方，与对应的支撑滚轮成同一直线。

7）安装平衡钢缆

（1）平衡钢丝绳安装

平衡钢丝绳的一端固定在外罐，然后跨过"T"形支撑架，绕过拱顶上侧边缘的滑轮，再跨过拱顶上部的支撑滑轮，最后绕过拱顶中心的滑轮，与罐中心底部的固定块连接固定。

首先安装有拉力计的四个钢丝绳，并对此四个钢丝绳施加相同的预紧力，然后以四个有拉力计的钢丝绳为基准安装其他各组钢丝绳。

（2）钢丝绳的预紧和检测

①为了使每根钢丝绳的预紧力保持一样力度，在气升顶前必须检测钢丝绳的预紧力。以四组装有拉力计的钢丝绳的状态检测其他各组钢丝绳。可用以下两种方法进行检测∶

②弯曲量检测法。

检测方法：使用拉力计，检测其弯曲量δ。其他每根钢丝绳都按此方法检测，通过调节花篮螺丝，使弯曲量与基准钢丝绳的弯曲量数值δ相同。

③振动数检测

振动检测是给立面上的基准钢丝绳以10秒的振动数值，并以此为准，通过调整花篮螺丝，使其他钢丝绳的振动数与其相同。这种方法需要在一定的高度才能够检测，对于操作比较复杂，仅作为一个参考的方法。

三、密封系统

1.密封系统是在吹顶过程中在罐内保持一个密闭的空腔，使得罐内部保持一定的压力，从而产生浮力使拱顶上升。良好的密封系统能够保证吹顶的质量、提高工作效率和减少能耗。

2.密封位置主要包括拱顶与壁板之间的密封、外罐施工通道的密封及其他需要密封的位置。

1）拱顶板和壁板间存在的缝隙是吹顶时空气泄露的主要原因，在吹顶前必须封闭。由于拱顶和壁板都是圆弧形式，且壁板与拱顶板在吹升过程中有相对运动，所以此处的密封也是整个密封系统中的重点和难点。

2）两块密封板之间采用搭接形式，必须保证足够的搭接长度。用于密封的薄膜拼接处亦采用搭接形式，并用胶带粘牢。

3）外罐施工通道采用钢板进行密封，钢板与壁板及底板之间的缝隙采用焊接进行密封。密封使用的钢板与外罐壁板间采用搭接形式。在临时钢板上开设进风口、压力测试系统和人员通道。

四、压力监测系统

在吹升拱顶时为了保证拱顶的平衡，拱顶的上升速度有严格的限制，就必须严格控制风压和风量。则就需要一个能够有效的监控内部压力的系统，可采用连通管作为压力监测系统。

1.为了能够保证测量的准确性选择直径为12毫米的玻璃管，玻璃管中间用透明软胶管连接。

2.计算玻璃管长度∶L:H=P/ρg。

式中H——顶升压力产生的水柱高度；ρ——水的密度，ρ=1000千克/立方米；g——重力加速度，g=9.8牛/千克。

3.用透明软胶管将两根玻璃管连接成U形管形式，并固定在木板上，在木板上标出刻度线或固定卷尺来观察水柱的上升情况，水柱应达到玻璃管长度的1/3，中间不得有气泡存在。

4.在水柱的最低点处做标记，并在压力达到要求时水柱应在的位置处用红色笔做出标记；如果清水不利于观察可在水中加入少量的红色墨水。

5.玻璃管一头通罐内，一头接大气。

6.压力测试系统在整个吹顶系统中设两个，一个设在风机操控人员旁边，让风机操控人员更好的控制风量、风压。一个设在顶部平台上，以便上面的监控人员随时监控整个顶升过程。

五、动力系统

动力系统是为吹顶提供动力，由若干风机组成。

风机的选择原则应能保证吹顶过程中最大风量和风压的要求，为保证吹顶顺利进行，通常满足吹顶要求的情况下增加1~2台风机作为备用。

1.风压计算∶P=N/S。

式中P——风压；N——吹顶总重；S——顶升作用的面积（按拱顶最大横截面积计算）。

2.风量计算：Q=kV/T。

式中Q——顶升需要的风量；k——风量泄漏系数；V——顶升所需要的空气量；T——顶升所需要的时间。

3.根据计算的风压和风量选择风机，并确定需要的风机数量。风机安装在外罐施工通道密封板上，风机与外罐施工通道密封之间根据实际情况制作风道进行连接。

六、吹顶

1.吹顶由于存在一定的风险，为保证吹顶顺利进行，选择经验丰富的人员组成吹顶工作小组，主要负责吹顶各准备工作情况的检查，各系统安装质量，吹顶工作的协调。

2.吹顶前会同有关人员共同检查密封系统、平衡系统、压力测试系统及吹顶施工准备工作。

3.在拱顶上升的初始阶段拱顶可能会有轻微的震动，会对平衡系统和密封系统产生影响，并有可能使部分工装夹具产生松动，罐内需要4~6个人在里面检查密封系统和平衡系统，以确保其功能正常。

4.如果当压力已经达到所需压力后而拱顶还未上升，则应停止吹顶工作，待进一步检查确认后再进行吹顶工作。

5.如果在顶升过程中拱顶失去平衡，在平台上的工作人员必须在工作小组组长的指挥下利用花篮螺丝通过拉紧或放松钢缆的方式来调整拱顶。

6.所有的检查工作和准备工作应在吹顶的前一天结束。

7.在吹顶前确认每个人都知道自己的职责和工作，并清楚在何种情况下开始自己的工作。

8.吹顶工作应在工作小组组长的统一指挥下进行。

9.吹顶前确认所有的对讲机是否都能正常工作，并检查电池是否充满电。

10.准备一台发电机备用、并确保在停电的情况下能马上正常工作。

11.吹顶过程中拱顶的上升速度必须严格按照要求执行，在拱顶上升过程中或拱顶还没有完全用卡具与抗压环连接前，不允许有人员在拱顶上。如果由于特殊原因需要人员在上面工作时必须将安全带固定在可靠的位置上。

12.在吹顶过程中人员不能站在A形架后面。

13.当平衡钢缆离开抗压环后，将用于保护钢缆的钢管拿掉。钢管见图8。

14.当拱顶与抗压环紧密接触后，控制风机的风量，保持拱顶处于平衡状态，并迅速用卡具将拱顶与抗压环固定，并将拱顶点、焊在抗压环上。卡具在拱顶上应均匀分布，每隔1.2米设一个卡具。在吹顶前将U形卡焊接在拱顶板上。

15.在拱顶与抗压环焊接牢固后关闭风机。

《大型钢结构整体提升与滑移施工工法》的工法特点是：

1.采用液压提升系统垂直提升主桁架一端与主桁架另一端沿地面水平滑移同步协调就位。

2.钢结构形式奇特，为多点支承的空间网壳结构，两榀主桁架结构对称，主析架地面拼装成整体对称的两片，采用液压提升系统整体提升主桁架空中对接。

3.现场安装的吊装复杂，形式多样，80%构件拼装为高空作业，共有16个管口在高空同时准确对接，难度很大。

4.结构曲线复杂、各测量基准点均处在三维空间。测量难度较大，制作和安装现场采用全站仪等先进的测量设备。

5.节点为空间多维钢管结构，钢管规格多样，节点各管段长度、方向不同，结构复杂，节点球最多连接11根钢管。

钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法适用范围

《钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法》适用于当大型起重机械无法进入建筑物内部，又须在建筑物内进行整体起吊安装的一般工业与民用建筑工程的大跨度钢梁施工。

钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法工艺原理

《钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法》的工艺原理叙述如下：

1、当建筑物内安装空间窄小，场地条件只能满足大型钢构件逐根进场、定点拼接、逐根提升的情况下，构件从一个固定的位置采用液压同步提升到安装高度，然后再分别高空平移到各安装位置，使液压同步提升与高空平移技术两项技术有机结合，如图1所示。

注：1一提升油缸；2一提升平台；3一钢梁；4一卸载千斤顶；5平移轨道；6一结构柱；7一钢绞线；8一锚具；9—可拆卸轨道。

2、液压同步提升技术是利用两台套的液压提升设备分别安装于两个承力平台上，采用钢绞线承重、计算机控制、液压同步提升的工作原理。该系统的核心设备是液压提升设备，它主要由钢绞线承重系统、液压提升油缸、液压控制系统、传感器检测系统和电气控制系统组成。

3、高空平移就是在钢梁的两端设置4个平移滚轮，钢梁提升到预定高度后滚轮落座在轨道内，再利用手拉葫芦或慢速电动卷扬机进行牵引，使钢梁两端同步平移至安装位置，待钢梁安装就位后拆除平移滚轮。

钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法施工工艺

• 工艺流程

《钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法》的工艺流程如图2。

• 操作要点

《钢大梁液压同步提升与高空平移施工工法》的操作要点如下：

1、施工准备

（1）提升承力平台安装：由柱、悬臂梁、横梁及操作平台组成的提升承力平台，其上放置液压提升机，泵站及计算机控制系统等，其安装高度应高于构件就位后的顶面高度约2.5米。承力平台的预埋件安装在结构受力允许的混凝土柱上，平台的柱、梁等构件应与预埋件电焊连接，整个平台焊接结束后应进行焊缝检测。

（2）高空平移轨道安装：高空平移用的钢制轨道梁须经强度、刚度、稳定性验算复核后才能使用，相关预埋件安装在结构受力允许的混凝土柱上，并采取有效的加固措施提高其整体稳定性，焊接安装结束后应进行焊缝检测；钢制轨道梁安装结束后在其面上进行钢梁平移轨道安装，轨道安装应成一条直线，接头应平滑保证移动时顺利通过，轨道末端设置挡块防止平移时钢梁冲出轨道。

（3）液压提升机应安装在承力平台的前端接近中间位置，两端提升机的中心连线应保证位于钢梁提升区域的中间位置，防止提升时单向偏移。

（4）对钢梁进场路线与焊接组装区域的路面、楼板进行验算，并采取有效的加固措施，防止路面或楼板坍塌、断裂。

（5）对拼焊成型的钢梁按要求进行无损检测检测合格后安装行走滚轮及吊点锚具。锚具、滚轮的安装位置应根据现场液压提升机中心位置、轨道位置及安装轴线进行实测后确定。

2、钢梁预提升

第一根钢梁在正式提升前应进行预提升，将钢梁提升悬空50~100毫米，并在空中悬停，同时对各系统进行调试，对承力平台的变形及钢梁的挠度进行实测，并重复提升下降循环2~3次。

3、钢梁正式提升

在提升设备调试检验完毕后，拆除轨道梁的可拆装梁段，钢梁开始正式提升，当钢梁正式提升至梁底面比平移轨道面高时200~300毫米时安装可拆装梁段；用高强螺栓将可拆装轨道梁与轨道梁固定段连接，而后将提升的钢梁逐渐下降，使钢梁下端平移滚轮进入预先设置的轨道上。

4、钢梁高空平移

钢大梁平移时可利用手拉葫芦或慢速电动卷扬机进行牵引，在钢梁前进方向两端各设一台牵引装置，后方设反向缆风绳随移随放。在钢梁安装位置上安设两台激光测距仪，根据定时测量的距离，由两个指挥员通过对讲机协调移动的速度，做到两端同步平移，不同步时应及时调整。

5、钢梁就位

钢大梁平移到位后，由4千斤顶将钢梁托起，拔出平移滚轮后将钢梁徐徐放下就位，完成一根钢梁安装就位。

• 劳动力组织

起重工4人、电焊工2人、指挥工2人、测量工人、电工1人、辅助工4人、电脑操作员2人。