液压吊装技术的开发及应用

1液压吊装技术的开发及应用中国化学工程第三建设公司程志1、现代大型构件和设备安装技术的动向1.1现代大型构件和设备安装技术的产生与演变大型构件和设备安装技术（简称大件安装技术），是建设工程重要的技术组成部分。起重吊装技术是大件安装技术的主要内容，它是人类在广泛生产活动的基础上形成的，并在人们反复实践认识的基础上发展完善起来的。现代工业技术的发展，促使大件安装水平飞跃，形成当今种类繁杂、手段先进、装备强大的一门专业学科。大型构件和设备安装技术分为整体吊装、综合整体吊装和散件吊装三种情况。整体吊装就是将独立工件在不分解的前提下吊装就位；综合整体吊装是将相对独立而又相关的若干工件单元先组合成一个综合体，然后一起吊装就位。整体吊装的优势在于提高工件的工厂化制造程度、有利于产品的质量控制、减少高空作业量、缩短施工现场的安装工期以及减少工程造价等，整体安装代表了大件安装的一个发展方向。当今的大件安装技术是以确保安全作业为前提，以解决高、重、大、精、尖、特、新等吊装难题为目的，有机结合了材料科学、经典力学、计算机控制技术、液压技术、机械工艺学等多门学科而形成的实用专业技术。所谓“高”，这里指工件本身很高大或者工件安装位置很高。例如上海东方明珠电视塔发射天线，重量为450t，长度达118m，需整体安装在350m高空的钢筋混凝土塔座上，总安装高度达468m，这是一个世界性的安装难度。所谓“重”，是指工件吊装荷载巨大。例如山东齐鲁石化公司炼油装置改建工程中的核心设备——精制加氢反应器，自重937.2t，整体吊装荷载为1033.5t（含吊装附加重量）。在当今世界各国，能够整体吊装千吨级设备的国家为数很少。所谓“大”，是指工件体积庞大，例如南京国际展览中心钢桁架梁，梁跨度75m，长度达90m，截面高度5m，自重量最大为138t，是该工程一个突出的施工难点。所谓“精”，是指工件安装就位的精度要求高。最典型的要数热电厂大型发电机组转子的起重吊装，重达几十吨的庞然大物贯穿于定子的安装过程中，始终要保持转子与定子之间的间隙为几毫米，吊装过程复杂。所谓“尖”，主要是指当今许多大型设备代表了当代的尖端技术，价格昂贵，因此整个吊装工作责任重大。例如运载火箭吊装到发射塔架上、航天飞机垂直测试时的吊装等。所谓“特”，是指大型工件的安装位置比较特殊，常规的吊装方法不能解决问题，需要采取特殊的技术措施。例如在高压电线附近作业或在有毒环境中作业所采取的防护措施、水下吊装作业等。所谓“新”，是指现在与将来，大件安装行业会不断遇到新课题，仅仅依靠现有的技术还不能满足发展的需要，要求不断革新工艺，技术创新，推动施工技术进步，更好地为建设工程服务。21世纪国内外建设项目有以下特点：高（技术要求高、投入高）、大（大型、2超大型）、难（地形地质复杂、技术要求高、施工难）、新（需要高新技术），这个发展方向是经济发展和技术进步的必然结果。因此研究与发展大件安装技术，也是时代赋予我们的任务。1.2大型构件和设备安装的基本程序与关键环节大型构件和设备安装是将大型构件或设备按照设计图纸及相关技术文件的要求，严密进行施工组织设计，有条不紊地将工件运送到安装现场，然后将工件按要求吊装就位，最后进行调整和试运转。大型构件和设备安装技术分为整体吊装、综合整体吊装和散件吊装三种情况。整体吊装就是将独立工件在不分解的前提下吊装就位；综合整体吊装是将相对独立而又相关的若干工件单元先组合成一个综合体，然后一起吊装就位。整体安装的优势在于提高工件的工厂化制造程度、有利于产品的质量控制、减少高空作业量、缩短施工现场的安装工期以及减少工程造价等，整体安装代表了大件安装的一个发展方向。大型构件和设备安装的一般工艺流程如下：熟悉施工图及施工条件→编制施工组织设计文件→大型工件运输→基础验收及安装放线→工件吊装就位→工件找正找平→工件连接（包括设备配管、设备电气安装、调试及试运转等）。大型构件和设备安装的整个过程中，工件的装卸、场内水平运输以及吊装就位等起重工序的工期长，风险大，技术含量高，因此大件吊装是大型构件和设备安装技术的关键环节。1.3国内外大型构件和设备吊装技术应用现状根据近年来我国施工企业从事国外工程施工的经验以及对相关资料的研究，工业发达国家大型构件和设备吊装技术水平体现以下几个方面：第一，自行式起重机的装备非常强大，并且形成了完善的租赁与服务体系。例如在德国，千吨级的汽车吊是比较容易承租的。第二，起重行业的专业分工很细，种类繁多。例如有些公司专门从事港口集装箱起重机的桥梁提升却不负责其他部分的吊装，有些公司专门从事钢屋盖的液压提升。第三，直升机吊装工件比较普遍。对于一般起重机械不能够完成的吊装工作，往往考虑使用直升机，有些直升机的起吊能力达到几十吨。例如世界第一高塔——加拿大多伦多电视塔，其发射天线钢桅杆就是采用直升机分段吊装而成的。第四，起重机械的自动化程度高，安全报警系统先进。一般的起重机械都由微电脑控制，能够准确测量工件的重量，监控机械的工作状态，并有报警与自锁功能，以及其他辅助功能。第五，发达国家的起重机械充分考虑了操作者的适应性和舒适性，强调“以人为本”的理念。我国的吊装行业，在建国初期只能用木制桅杆和手动绞磨来吊装18t重的反应塔和蒸发塔。经过多年的发展，特别是改革开放以来，大型构件和设备吊装技术突飞猛进，现在已经跻身于世界先进行列，并且有些方面处于国际领先水平。如今，我国吊装行业已经形成了以自行式起重机械吊装工艺、桅杆式起重机吊装工艺、液压提升（顶升）技术、滑移法起重工艺及其他工艺方法为内容的大型构件和设备吊装技术体系，并且取得了令人瞩目的成绩。从起重机械装备方面讲，我国已经拥有多台500t级以上（含500t级）汽车式起重机和履带式起重机。100～400t级大型汽车吊和履带吊装备的数量可3观，分布范围广泛。在核电建设行业，我国已经有650t起重量的履带吊用于施工。在桅杆吊装实践中，我国已经多次利用桅杆整体吊装了1000t以上的工件。1999年1月9日，在山东齐鲁石化公司炼油装置改建工程中，中石化第十建设公司利用我国自行研制改造的双门式桅杆，采用滑移法吊装工艺，将千吨级精制反应器整体吊装就位。工件吊装技术参数为：外径4341mm，高度35555mm，本体质量937.2t，吊装总荷载达到1033.5t。该项目的实施，使我国成为第四个能够整体吊装千吨级设备的国家，标志着桅杆吊装的能力取得了突破性进展。特别是中石化系统施工企业，在大型构件和设备吊装技术应用方面已有较为先进的施工装备和施工技术。我国的集群千斤顶液压提升技术在世界上处于领先地位。1994年，上海东方明珠电视塔天线钢桅杆的吊装，上海机械化施工公司与同济大学合作开发长距离连续整体提升安装工艺，将长度为118m，重量为450t的电线天线整体安装到350m高的钢筋混凝土塔座上，安装后电视塔总高度达到了468m。工程中采用了集群千斤顶液压提升技术、计算机同步控制技术、钢绞线悬挂承重技术、高重心不用配重自找稳定工艺、高重心抗倾覆技术等多项创新技术，其主要技术特征、工艺性能和经济指标超过了现有的国际水平。我国是较早使用滑移法施工工艺的国家，经过将滑移法与液压技术的结合，该技术已经取得突破性进展。1998年，在上海浦东国际机场航站楼特大型斜挑悬索拱形钢屋盖安装工程中，上海机械化施工公司对主楼和高架进厅两部分的钢结构，采用区段整体滑移法施工工艺，仅用半年时间就完成了主楼和高架进厅的钢结构安装，牵引的最大单元重量为1400t，牵引钢结构总吨位为11000余吨。1.4大型构件和设备吊装技术的发展趋势与研究方向①、安全吊装始终是吊装施工的中心环节。从大型构件和设备吊装技术的产生开始，对吊装安全的研究就没有停止，未来对大型构件和设备吊装的安全管理、安全评估、安全监控等方面的研究还将进一步深入。②、吊装机械化程度进一步提高。随着经济建设的深入发展，大型的自行式起重机械将越来越多。对于传统的桅杆吊装方法，也将越来越依赖于现代化吊车的配合以提高工作效率。③、提高智能化程度是一个重要的发展方向。例如：对桅杆式起重机的关键受力部位可以设置传感器进行安全报警，减少误操作；对于吊装过程可以事先进行计算机模拟演示分析，以便优化吊装方案。随着自动化程度的提高，操作工人的劳动强度将下降，主观性错误将减少。④、液压提升技术应用前景广阔。液压千斤顶推力极强，动作平稳，且容易与计算机控制技术相结合，值得大力开发与推广。⑤、对“以小吊大”工艺的研究。当前，在大型构件和设备吊装中存在着一种现象，即用于吊装大型工件的机械设备、工具、索具等本身就很庞大，严重制约了工地上其他专业的施工作业，机具进退场成本也很高。因此有必要研究制造轻便、易造、高效、多能的新机械、新机具，采用“以大吊小”的先进吊装方法来吊装大型、超重的构件和设备。⑥、继续发展符合中国特色的桅杆吊装技术。桅杆吊装具有一定的技术优势和效益优势，是符合中国国情的传统工艺，随着新材料、新工艺的运用，桅4杆吊装技术还有进一步发展的空间。2、集群千斤顶液压提升技术2.1集群千斤顶液压提升技术发展现状集群千斤顶液压提升技术是近年来在我国施工行业逐步发展起来的新兴的大件整体安装技术。该技术已成功地应用到国内影响较大的代表性、标志性工程当中，解决了一些世界性的工程难题，显示了该技术的巨大提升能力和其他优越性能，因而受到工程界的广泛关注，并被建设部列为重点推广的建筑业施工新技术。以下是该技术应用的典型实例简介：上海机械化施工公司利用并开发该技术，将长度为118m、重量达450t的上海东方明珠电视塔钢天线桅杆整体提升，安装到350m高的塔座上，安装总高度达468m；北京西客站门楼45m跨度的预应力钢桁架，在地面组装后总重达1800t，利用穿芯千斤顶与钢绞线同步整体安装到50.4m高的框架上；上海证券大厦跨度为63m、重量1200t的钢天桥采用液压提升技术整体安装，安装高度达74m；在厦门造船厂和江苏靖江造船厂，采用液压提升技术安装特大龙门式起重机，上横梁整体提升重量超过1200t；跨度150m的波音747维修车间钢网架屋盖整体提升，总重量达到3200t，等等。集群千斤顶液压提升技术是由传统的液压千斤顶技术发展演变起来的。液压千斤顶已经有多年的应用历史，其工作原理简单，推力强大。经过近十几年的革新与发展，液压传动由手工操作发展到机械驱动，动作方式由液压顶升演变为液压提升，控制方式已经可以实现计算机同步控制。目前，集群千斤顶液压提升技术受到各施工单位装备水平的限制，因具体工程的不同需要，应用水平也不平衡。集群千斤顶液压提升技术的发展体现在以下几个方面：(1)千斤顶的作业方式由传统的顶升方式演变为提升方式是本项技术最关键的技术革新。千斤顶最原始的作业方式是将千斤顶置于工件顶升部位的下方，通过手工操作将工件顶升一段高度（约为油缸的一个行程）以后，将工件垫实，将千斤顶回油，再将千斤顶垫高。然后再通过千斤顶将工件顶升一段高度，再将工件垫实，千斤顶再回油并将自身垫高。如此反复以达到顶升物体的目的，参见图1。这种作业方式，千斤顶动作的自由方式非常有限，工作效率低，适用范围很小，特别是要频繁改变千斤顶的位置，给施工作业带来了不便。5图1千斤顶顶升工件示意图为克服千斤顶传统作业方式的弊端，拓展千斤顶的使用潜力，对集群千斤顶的工作机构作了多种改进，最成功的革新是将千斤顶的顶升动作转化为提升动作。其基本原理是将集群千斤顶置于两层钢平台中间，通过千斤顶的顶升带动固定在上平台的吊杆，工件悬挂在吊杆上。当千斤顶行程已满时，将下平台上的吊杆固定螺母与下平台拧紧靠实，随后千斤顶开始回程，上平台在自重作业下回落，同时上平台的吊杆固定螺母随着千斤顶行程回零，再把上平台的螺母拧紧，然后松开下平台的固定螺母开始下一行程的提升。如此反复动作，将千斤顶的反复顶升转化为吊杆的提升，带动物体上升到指定位置。这种革新的意义在于将“顶”的作业方式转变为“吊”的作业方式，增大了作业自由度。千斤顶在固定位置作业不需要提高自身的高度，工件也不需要多次垫实，从而提高了工效，拓展了适用范围。但此方法也