顶部天线桅杆安装

第三章顶部天线桅杆安装方案

第一节天线桅杆安装总体技术路线

天线桅杆总高156米，上下分成两部份。下部变截面格构式90.8米，上部阶梯箱型实腹式65.2米，总重约1300吨。结构座落在楼层顶部转换层上。

1.1 安装难点及关键点

1）天线桅杆总高156米，并且处于454米的高空安装，对起重设备、安装工艺选择提出很高要求；

2）如何解决结构构件的超高空的垂直运输，怎样充分利用塔吊进行桅杆的安装是可研究的课题之一；

3）在采用提升或顶升工艺时，桅杆的重心高于提升（顶升）点，在桅杆提升过程中如何保持垂直度，以及克服风荷载等是施工的关键；

4）采取必要的结构加强措施是保证提升（顶升）工艺可实施的前提；

5）在安装桅杆过程中，如何解决登高和操作安全，亦是难点之一；

6）610m的桅杆顶部在风荷载作用下随机晃动，且受日照影响大，如何解决桅杆整体垂直度控制和固定也是难点之一。

（详见第一章之第三节有关章节）

1.2 天线钢桅杆安装的总体技术路线

在塔楼顶指定位置，布置一台1200t·m（M900D）外附自升式（自立式）塔式起重机，进行天线桅杆格构结构和临时辅助钢结构的安装；并在格构结构内适当部位(+480.0m)设置承重组装平台，分段组装实腹式天线桅杆；设三组导轮和八根导轨作导向及抗风纠偏装置，以四组(八只)穿心式液压千斤顶及钢绞线为提升设备，由计算机多参数自动控制，实现实腹段天线的超高空连续提升，快速就位安装。

1.3 天线钢桅杆安装技术路线的说明

1.3.1 格构结构的临时调整与补强

根据最新版招标图，天线桅杆的结构作了较大调整，最小截面格构结构为对边距3.5m 的八边形，其上边长2.5m的正四边形箱形桅杆已无法置于格构结构内，为了实现实腹钢桅杆的连续提升，快速就位，减少施工风险，拟在6.5m宽八边形截面以上设置临时钢框筒结构（采用Φ400钢管）通过抱箍（避免焊接）与原4.5m及3.5m格构结构组成一体，不仅解决井字形平撑后装及3.5m宽八边形截面四角斜杆后装造成的不完整，形成可靠的提升承重结构，使实腹段钢桅杆在格构结构内顺利组装，而且该临时结构又可作为安全登高和操作脚手的支承结构，一举两得。临时钢结构在天线钢桅杆安装完成后，由塔吊拆除。

另外，由于设置滑道等要求，也增加了部分临时结构。详见下图：

图3.3.1.1 格构结构临时补强示意图1

图3.3.1.2 格构结构临时补强示意图2

1.3.2 利用塔吊进行格构结构安装的必要性.

尽可能利用塔吊来直接安装或辅助安装钢天线桅杆是一个积极的思路，否则构件的垂直运输将变的十分困难。塔楼安装时布置的两台外挂塔吊因平衡压铁将与天线杆相碰，无法作全回转作业，故须进行塔吊的置换。利用两台外挂塔吊实现此种置换是容易实现的。置换后的塔吊座落在塔顶桁架上，经验算桁架经适当处理后完全能承受塔吊传来的施工荷载。塔吊改为自升式外附塔吊，以尽可能满足吊装高度和便于拆除。其安装位置的确定，既要考虑到满足天线桅杆的安装，又要考虑到今后拆除的便利，施工时塔吊的起重能力为≤30t。

考虑到格构部分结构不宜进行顶升或提升作业。故拟用塔吊分段或分件安装至标高+541.700处。塔吊随着结构安装的高度而升高，并设附墙杆与桅杆连接，经验算，此工况能保证结构的安全和塔吊的正常使用。

1.3.3 钢桅杆实腹部分连续提升安装

实腹式天线桅杆一般内部装有天线设备，拟采用分节组装、整体提升的安装方法。即根据塔吊的起重能力和设备的允许条件分成若干段，由塔吊自下而上组装于+480.000m格构结构内部设置的承重平台上。为了适当减少提升的距离，桅杆的顶端超过格构段之上约18米。

实腹式一体化天线杆，结构自身重160t，考虑设备重20t，总重约180t，采用“钢绞线承重，液压千斤顶集群作业，计算机同步控制”的提升工艺，即在适当部位设置八只穿式液压千斤顶，以钢绞线作为动力传递物，在计算机的控制下作连续垂直提升。液压千斤顶的配置提升能力应为提升荷载的1.5倍以上；钢铰线的荷载为抗拉强度的三分之一以下。计算机可根据垂直度、油压等多项参数，实现多目标实时控制和自动连续作业。每小时提升速度6～12m。

天线杆提升过程中除结构自重外，最敏感的荷载是风荷载。为了保证高重心细长杆在提升过程中的稳定，不致倾斜，设置专用导轮导轨系统，以强制对中，确保提升过程中的垂直度控制和抗倾覆。导轨固定在格构结构的适当位置，共设三组。在提升过程中，确保其中两组同时工作。根据导轮对导轨的反力，应对格构结构的适当部位作必要的加强。为了使天线桅杆提升至设计位置时能作临时固定，天线桅杆底部须增设起嵌固作用的接长段，接长段长为14.5米，待提升段与下部结构可靠连接后，再行拆除。

天线杆提升前应对组装完毕的结构和提升装置作全面的检查验收，并对提升阶段的气候条件作详细跟踪预测，选择适当的气候条件（特别是风速情况），才能实施提升。

天线杆的校正，利用事先设计于接长段上的两组导轮装置，增加其液压纠偏功能，进行桅杆的垂直度校正，并用楔块进行临时固定。天线杆垂直度的控制，在提升阶段装有垂直度传感器，作实时检测并将数据传递至计算机进行控制；在最终垂直度校正时，拟在天线杆的顶端和底端事先设测量标志（正交的两个方向），利用GPS进行定位测量，并在周围适当位置设置经纬仪进行复测。值得一提的是天线杆的垂直度在阳光照射下不断变化。上海东方明珠电视塔天线桅杆安装时，天线杆顶端日夜位移最大达300～400mm，而本工程对日照温差的影响更为敏感，故应选择无阳光直射条件下测校。

天线杆垂直提升工艺虽然是成熟的，但毕竟存在一定风险，尤其是气候条件的影响尤为显著。关键是缩短提升作业的时间，减少天气变化的不确定性。我们采用实腹段天线杆一次连续提升，估计4～6小时即可完成，再加上校正和临时固定，总共作业时间也不会超过10～12小时。相对于每节逐段顶（提）升的方法，时间成倍缩短，风险也大为减少，可确保提升安装作业的安全可靠。

如果根据连续提升施工工艺要求，对天线桅杆的3.5m格构结构可作适当调整的话，则整个天线桅杆的施工过程将更为完善和快速。

第二节天线桅杆安装技术

2.1 机械设备选用和布置

选用M900D外附自升式塔吊进行安装。

将先前拆除的M900D-2塔吊改装成采用外附自升式进行天线安装，针对本工程天线的结构形式而言是比较适合的。因为天线桅杆下部格构式高度达90.8米，如果塔吊固定，

不采用自升，则由于受到吊装高度限制，势必部分格构式结构也将采用提升工艺。而格构式结构提升将大大加大提升的难度，同时还需分段组拼、分段提升，在如此高空，这样施工无疑增加了相当的风险，对工程进度、质量、安全都带来不利。自升塔吊用毕还可降至一定的位置，便于塔吊的拆除。

2.1.1 机械平面布置

图3.3.2.1 天线安装机械平面布置

2.1.2 塔吊的基础形式

我们利用10米高的转换桁架作为塔吊基础，此时塔吊为自立式。局部进行转换加固后，经过计算，完全满足塔吊的荷载要求。随着桅杆结构安装高度的不断增加，塔吊转为外附形式，并自升至预定位置，经过计算，桅杆下部结构亦能承受塔吊附墙传来的施工荷载（详见计算书）。

图3.3.2.2 塔吊转换框架示意图

2.2 总体施工流程

2.2.1 在安装下部格构式天线时，M900D作为外附自升式塔吊，自身进行爬升，并以已完成的天线作为依附结构，直至安装完格构式部分。塔身总高68米。

图

图3.3.2.5

2.2.2 安装至结构标高+541.700米，然后在已完成天线内部组装上部实腹式结

构，进行提升。

图3.3.2.6 实腹式拼装立面图

2.3 安装实施技术

2.3.1 格构式天线安装

1）截面型式：

图3.3.2.7

全部采用钢管型式，立柱最大截面Φ1000×50。

2）构件吊装单元划分

由于塔吊当时的吊装性能最大为30吨，因此，吊装单元重量不得超过此重量。

图3.3.2.8 构件吊装单元区域划分

a）区域1：底部16根斜立柱，由于单件都较重，进行散件安装；

b）区域2：两根立柱组成一个吊装单元，地面组拼，整体吊装；再将环向杆件补齐。其中+480.000处设组装承重平台，其上两副井格对撑与滑道结构结合，改为环状内撑。

图3.3.2.9

c）区域3：两根立柱带一侧斜杆、水平杆组成一个吊装单元，地面组拼，整体吊装。

斜杆

单

元

4

单元1

单元2

单元3

图3.3.2.10

d）区域4：吊装方法同区域3，但斜杆与柱用螺栓临时连接，待结构（包括临时结构）形成后拆除，以满足2.5m方形截面桅杆在格构结构内组装和提升完毕，待提升完毕再补装斜杆及井格对撑。

图3.3.2.11

3）由于顶部实腹式天线采用提升安装，根据组装和提升需要，须对格构式天线局部进行结构加强。

2.3.2实腹式天线安装

1）高空拼装

为了充分利用塔吊的起吊高度，尽可能减小提升滑道长度，并且考虑提升接长段，我们将拼装平台搭设在+480.000平台。

图3.3.2.12

根据实腹段重量，结合塔吊起重量，将实腹段分成5-6段进行拼装。

天线桅杆+480.000标高以上格构段里面的水平杆件先不安装，留出内部空间。

图3.3.2.13

同时由于箱型实腹段最大截面2500×2500，为了顺利通过格构段，从标高+520.700～+541.700正八边形（3500×3500）部分水平杆及斜杆也需后补，如图：

图3.3.2.14

2）整体提升

整体提升天线工艺，我们在上海东方明珠电视塔天线安装时已经成功实施。为确保广州电视塔天线安装的安全可靠，成熟工艺的运用至关重要。

a）提升接长段设置

为了天线杆整体提升到位,即65.2米的天线箱形段全部伸出格构段时的安全稳定和最后的调整定位，在天线箱形段的下面必须安装提升接长段，接长段的长度为14.5米，提升接长段的截面为2.0米×2.0米，接长段最下面为提升底座。

为了天线箱形段通过天线格构段的顶面，从标高+541.700～+544.700部分结构需后做，在提升到位，测量调整定位之后再补成一体。

图3.3.2.15

b）提升设备设置

天线箱形段的整体提升前，先要在537.200标高的格构柱上安装提升支架，在提升支架上安装液压提升器，承重钢绞线通过液压提升器下垂，然后通过钢绞线锚具与箱形接长段底部的提升底座锚固。提升时液压提升器向上收起承重钢绞线，使与钢绞线锚固的提升底座托着天线箱形段上升，直至天线箱形段的安装固定位置。

c）滑道导向轮设置

初步计算箱形段天线重心位置距提升底座底面约33米左右，由于是高重心提升（构件重心在提升点之上），为保证提升时的安全稳定，在天线格构段的里侧布置了八根滑道，在天线箱形段及提升接长段的上下布置了A、B、C三档导向轮，提升时每侧导向轮与滑道之间有10mm间隙，保证天线箱形段既不会倾覆，又不会卡轨。在箱形段提升到位尚未与格构段完全连接固定之前，由A、B两档导向轮（距离10米）来抵抗风载荷等水平力，保证天线箱形段的安全稳定。

图3.3.2.16 提升立面工况

提升滑道及设备布置见图3.3.1.1～2格构结构临时补强图。

图3.3.2.17 实腹箱型接长段及导轮设置

2.3.3 临时辅助结构的拆除：

天线钢桅杆安装完成后，用塔吊和辅助起重机具将临时辅助结构拆除。拆除过程自上而下，逐节进行。因为临时结构通过抱箍与桅杆连接，故能保证不损伤原有结构，对有损伤的防腐涂层进行修补，确保其耐久性。

2.3.4 自升外附式塔吊的安装和拆除：

1）拆除外附式塔吊，则先进行自身下降，再安装一台屋面吊QM-18于转换桁架上，拆

除塔吊。

图3.3.2.18 立面布置

图3.3.2.19 平面布置

2）再布置一台QW-6，拆除QM-18。QW-6则人工散件拆除，从施工电梯运下。

图3.3.2.20立面布置

图3.3.2.21平面布置

由于QM-18、QW-6的荷载远比M900D塔吊的荷载小，因此对原结构的的影响要远比M900D塔吊。只需对QM-18、QW-6的固定进行适当的结构处理既可。

第三节提升设备及计算机同步控制系统

提升设备为8台400kN穿心式液压千斤顶，共分为4组，每组2只，布置在+537.200标高的格构柱内侧4个正边处（避开+541.700标高格构结构和实腹结构的连接部位，以便于连接节点的施工）。液压油缸行程280mm。每组千斤顶配一台泵源提供动力，每台千斤顶配有4根Φ15.24高强度低松弛钢绞线，左旋和右旋钢绞线各2根，另外每台千斤顶还配置安全锚一付，一旦千斤顶有故障，即可自动锁定钢绞线，确保系统安全。

计算机液压同步整体提升系统介绍:

由液压同步提升设备（主要为提升油缸、液压泵站组成）和计算机实时网络控制系统(包括电气系统)两部分组成。

3.1 液压提升设备

3.1.1 提升油缸

计划采用400kN级穿心式液压千斤顶,见下图。

锚具虚拟装配

主油缸虚拟装配提升油缸实体

图3.3.3.1 提升千斤顶模型图

3.1.2 液压泵站

液压系统（液压泵站）是提升设备的动力驱动部分，其性能和可靠性对提升系统的性能

影响极大。根据本工程特点，计划采用如下的液压系统：

液压泵站的布置方面，共布置4台液压泵站，每个吊点布置1台，采用间歇式的作业方式，提升速度可达10m/h。

3.2 计算机实时网络控制系统

计算机系统是同步提升的控制机构，电气系统则是同步提升的驱动机构，是计算机系统与液压系统之间的联系和中介。计算机系统通过电气系统采集液压系统的工作状态和吊点数据，经过运算后发出控制指令，电气系统将计算机系统的指令放大传递给液压系统，使液压系统按规定的程序和要求进行提升作业。

图3.3.3.2 同步提升系统的原理框图

同步提升的控制功能主要包括由千斤顶集群动作控制（顺序控制）、吊点高差控制（偏差控制）、提升力均衡控制（偏差控制）、操作台控制，以及安全控制等。

3.2.1 千斤顶集群作业的动作控制

要控制4个吊点8个液压千斤顶同步动作，主要的动作有上下锚具的紧与松，油缸的伸与缩，同时还要控制紧锚、松锚、伸缸、缩缸等各步动作持续时间的长短，保证提升载荷在上下锚具之间的平衡转换。

因此，要通过传感器不断检测锚具的状态和油缸的位置，信号输入计算机后，经判断与决策，再由计算机发出控制信号，开关锚具和油缸的电磁阀，实现集群控制。所以，这是一个位置反馈的闭环控制子系统。

3.2.2 吊点提升力的均衡控制

要保持提升的稳定可靠，必须控制提升过程中各吊点的提升力，使之保持均衡。

为此，要通过传感器不断检测各提升器的荷载，信号输入计算机后，经计算与决策后，再由计算机发出控制信号，调整各吊点的动力载荷比。所以，这是一个压力反馈的控制子系统。

3.2.3 桅杆在提升过程中的垂直度控制

提升前，在桅杆中设置垂直度传感器，并进行标定，垂直度传感器输出的数字信号由计算机系统实时处理后，调节各提升点的提升速度，来保持天线桅杆的垂直度。

计算机实时控制系统可进行多目标控制，并进行加权处理。由于天线杆的垂直度有导轮

导轨系统基本保证，故在上海东方明珠电视塔的桅杆提升过程中是以提升力均衡控制为主进行的。这样做不仅提升顺利，而且对导轮导轨系统的受力也是有利的。

3.2.4操作台控制

操作台控制的功能主要是：系统的启动、停止、异常时的紧急停车；系统操作方式切换；系统工作时各类状态、参数、数据等实时信息监视；吊点偏差超限时报警，并决定采取停升、微调等措施；控制策略转换或修正；系统设定值和控制参数修正；各类图表打印；自动存储各类重要数据；历史数据查阅、分析等。

实时监控的画面：控制系统和执行系统状态图、吊点高度直方图、系统控制量直方图、偏关与控制量对比直方图、吊点平面布置图及偏差指示、偏差一时间曲线图、各吊点数据表、系统工作数据表、PID响应曲线图、总体载荷分布图、整体平衡度分析图等。

图3.3.3.3 同步提升系统的计算机子系统原理框图

3.2.5 安全控制

1) 防止误操作措施

电气系统设置了各种安全闭锁，防止手动误操作。

系统启动、停止、操作方式转换等均用主控台的硬旋钮，不用监控微机的键盘和鼠标，防止误触键、碰撞等引致的误动作。

软件具有各种检验算法，防止操作者修改系统参数时误操作。

2) 断点保护措施

系统控制逻辑中设置了各种互锁算法，确保在任何情况下以任何方式中断系统运行都不会引发系统紊乱。

系统的断点保护功能，确保系统不会因停电或其它硬件故障引起的中断而丢失数据。恢复供电后系统自动恢复断点现场，并能自动检测系统状态，决定从断点处恢复运行，还是从行程第一步重新运行。

3) 数据镜像备份

系统对重要数据自动作在线的镜像备份，数据损坏时自动提示，便于操作者及时发现问题，并恢复正确数据。

4) 抗干扰措施

在易受干扰的物理层面上采用抗干扰性能好的可编程控制器(PLC)。

信号线采取屏蔽措施。

采取电源抗干扰措施。

采取软件抗干扰措施。

5) 系统连接的可靠性

系统的连接严格按有关规范进行，并采用各种接插件，做到简捷可靠。

6) 辅助检测手段

为确保万无一失，在实际提升时采用与计算机控制系统完全独立的辅助检测手段，防止传感器和控制系统的意外故障。

第四节天线桅杆安装过程中的测量、校正和定位措施

4.1 测量

桅杆天线安装是在塔楼结构工程完成之后进行的，首先利用核芯筒内的投影点定位天线根部控制位置。在分段安装过程中，逐节控制天线顶部空间坐标，并时时校核。天线安装测量控制以GPS控制和经纬仪场外测校同步进行。

天线桅杆整体测量校正宜选择阴天或适当时机进行。以保证其测校精度。

天线桅杆箱形段在下面拼装时可以在外围用经纬仪测量调整箱形段拼装的垂直度，或在箱形段里面用天顶仪来测量调整箱形段的拼装垂直度。

4.2 校正

天线桅杆箱形段提升到位后需要与下面的格构段进行对中定位和垂直度调整。此时在天线桅杆格构段的顶面（+541.700标高）与+537.2标高处围着箱形段四周设置调整千斤顶，通过+541.700标高上的千斤顶进行箱形段对格构段的对中定位，通过+541.700标高和+537.2标高处的千斤顶协同操作进行箱形段的垂直度的调整。

4.3 固定

一旦完成测量和定位工作，立即用预先准备的铁锲和临时定位板对天线桅杆进行可靠固定，并连续进行变截面过渡段的连接工作，减少天气因素造成的施工风险。

第五节安装过程中的安全保证措施

5.1 提升工艺安全保证

整体提升的天线箱形段连同下面的接长段、天线设备初步估算重量为180吨。准备采用8台400KN级的液压提升器分四组布置在天线杆的四个正边上，2台提升器为一组，每一组提升器由一台液压动力源供油。每只液压提升器的额定提升能力为400KN，总提升能力为3200KN。每个液压提升器穿4根Φ15.24的Ⅱ级低松弛钢绞线，每根钢绞线的破断载