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北京建工:优方案 强管理 狠抓落实控安全

发布日期:2015-12-17来源:本站编辑:刘梦怡

[摘要]奥林匹克公园瞭望塔工程是一个超高层柔性钢结构,由塔座、塔身和塔冠三部分组成。本文分塔身、塔冠施工两个阶段对施工过程中的主要安全防护风险进行分析。项目部通过对技术方案进行不断优化调整,将施工安全风险降至最低,同时兼顾节约成本;通过加强针对火灾、高坠、物体打击等危险源制定了相应的管理措施,从制度上提供安全保障;将各项技术措施、管理措施贯彻到每一个角落、每一个人,狠抓落实,保持现场施工安全始终处于受控状态。

  优方案 强管理 狠抓落实控安全

  ——北京建工集团有限责任公司奥林匹克公园瞭望塔工程项目

  文\焦 勇 徐德林 郭 峰 孙连学 付雅娣 徐 淼 黄榜伦

  一、成果背景及选题理由

  1、工程简介

  北京奥林匹克公园瞭望塔工程是一个超高层柔性钢结构,建筑高度248m,由塔座、塔身和塔冠三部分组成,整个平面由5个直径6.5~14m的塔组成。塔身高度在165~228m不等,每42m设置1道桁架层,将1号塔与其他小塔连接起来,以增强整体抗侧移刚度。塔冠为树枝状结构,平面尺寸远较塔身大,安装难度大,施工风险高。如图1所示:

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  本工程结构全部采用焊接节点,施工难度大。超高层结构施工的一个共同特点就是超高作业时高处坠落、物体打击、火灾等安全问题极易发生。尤其是5个塔顶部塔冠结构呈树枝状,上部大下部小,大部分处在200m以上的悬空作业,防护难度大,施工安装风险高。

  2、成果背景及选题理由

  随着我国城市化进程的步伐不断加快,资源紧缺的问题日益明显,为提高资源的利用率,超高层“城市综合体”项目不断涌现。据不完全统计,至2011年,全球300米以上超高层建筑(包括在建工程)共75栋,其中43栋在中国大陆,港台地区9栋。前十名中国大陆占8名,台湾占1名。

  超高层建筑的不断涌现,给施工技术带来了飞速发展,也给施工安全防护技术提出了更高的要求。因此,在超高层建筑结构施工中,安全防护的技术措施和管理措施,显得尤为重要。

  通过研究超高层施工安全防护技术,总结过程中的经验教训,对保证作业人员的生命财产安全,推动超高层施工技术的发展,为企业占领超高层施工这一高端市场,有着极为重要的意义。

  二、实施时间

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  三、 管理重点和难点

  作为超高层结构施工,施工安全防护是重中之重。安全防护必须适应施工方法,如果无法保证安全,则施工方法必须调整。超高层结构施工,外防护通常采用爬架。目前国内爬架技术日臻成熟,安全性也在不断提高,相关规范也于2010年出台。爬架使用过程中,与主体结构施工的协调,与塔吊、卸料平台、结构突出部分的关系处理,是本工程要研究的重点。

  1、 塔身

  塔身是指结构直线段。5个塔共计48根钢柱,1号塔直线段最高,达到213m。具体各塔结构参数如表2所示。

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  (1)施工外防护的风险点

  根据钢结构安装方案,1,4,5号塔竖向分段单元高度为9m,2,3号塔竖向单元高度为6m,竖向各单元间的连接全部采用高空焊接。因此,施工防护的风险点主要有:①工人高空作业高处坠落、物体打击风险;②大量焊接作业的火灾风险;③防护构造的高空抵抗风荷载的风险;④突出于结构外立面的构件对防护构造的影响。

  (2)室内防护风险点

  室内、室外划分单元相同。在钢结构施工过程中,随着主体结构的升高,室内防护的风险点主要有:①施工作业面上,结构楼板封闭前,工人高空作业高处坠落、物体打击风险;②已施工完楼层高处坠落、物体打击风险;③大量焊接作业的火灾风险。

  (3)层间施工硬防护风险点

  与其他超高层结构一样,本工程在上部结构未完成时,下部外檐装修就要插入施工。因此,必须解决上下交叉施工给下部幕墙安装带来的安全问题。下部幕墙提前插入施工最大的风险就是上部结构施工时的物体打击。

  2、塔冠

  塔冠为树枝状结构,构件为扭转箱形截面,塔冠平面投影为环状,塔冠的尺寸远较塔身大,其中1号塔外挑最多,达18.6m。

  塔冠结构构件无法像塔身构件那样整层形成单元,因此,不可避免地存在高空拼装。从平面上看,结构拼接处均为200m左右的高空悬挑,如何保证高空操作工人的安全,是安全防护的重中之重。塔冠结构安装的风险点与塔身结构施工内容相同,只是风险更高,防护难度更大。

  四、 管理策划及创新特点

  1、塔身安全管理策划

  瞭望塔工程钢结构采用地面散件拼装、高空单元安装的方法,拼装单元高度有6m和9m两种。塔身直线段钢结构施工时,单元之间的安装、焊接、探伤等是防护工作的重点。

  (1) 施工外防护

  最早考虑的外防护脚手架为液压爬架,这种爬架体系是目前国内超高层结构施工使用频率最高的外防护体系,但本工程结构平面尺寸小且为圆形,每两个外柱间需要设置两个机位,且由于架体构造原因,架体顶端悬挑高度只能做到3m,因此,结合工程特点,经过性能、价格等综合考虑,最后确定该塔身结构施工外防护采用导轨桁架式电动爬架。这种架体自重轻,安装、爬升、拆卸等简单灵活,完全能满足本工程的要求。此方案经北京市模架领域顶级专家论证,一致通过。其主要内容如下:

  1)根据结构竖向分段高度,爬架的上端悬挑高度确定为6m,固定点间距6m,架体总高度21m,能同时满足本单元探伤和上一单元的焊接安装工作。每榀爬架在爬升阶段有两个连墙点,使用阶段有3个连墙点。

  爬架底部设置小翻板。爬架提升前,翻板翻起,不影响爬架提升;爬架爬升就位后,翻板放下,将爬架与结构间的间隙完全封闭,有效地阻止了高处坠落的物体从爬架与结构间的缝隙下落,大大降低了爬架下方人员遭受物体打击的风险。翻板防护构造如图2所示。

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  本工程塔式起重机采用外附着式,两台动臂式塔式起重机对称附着在1号塔上。塔式起重机最大自由高度为54m,相邻附着点间距36m,爬架的爬升滞后于塔式起重机锚固点安装。

  塔1每侧有两榀爬架与塔式起重机锚固杆干涉。经过爬架公司详细的计算以及与现场各方协商,采取方案如下:两榀主框架能通过塔式起重机锚固杆间隙的爬架,爬升通过锚固杆时,连接杆拆除,待连接节点通过锚固杆标高后重新进行连接,确保了爬架的整体性受影响不大;两榀主框架无法通过锚固杆间隙的爬架,爬架搭设时该位置采用双排架进行防护,高9m,使其既满足防护要求,又保证塔式起重机锚固杆位于其下方,不影响爬架爬升。如图3所示。

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  2)为了从根本上避免施工面上出现火灾,必须将架体设计成不可燃架体。爬架设置了3层脚手板,为了减少火灾隐患,处理措施如下:①防护网采用不燃材料钢丝网;②脚手板上满铺1层镀锌铁皮,防止高温电焊渣引燃脚手板。

  3) 结构外水平防护

  结构施工期间,从18m标高开始,向上每9m设置1道3m宽水平安全网,塔间用钢丝拉通,水平网在钢结构周围用三角架与结构梁柱节点连接锁定,安全网外侧均用直径12.5mm通长钢丝绳拉结。如图4所示。

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  (2 )室内防护

  室内的防护主要为楼梯口、电梯井口的防护。结合结构为全钢结构的特点,室内楼梯、电梯井口均采用钢筋作护身栏杆,钢筋与主体焊接连接。钢楼梯及其休息平台周围用钢筋制成防护栏杆,横杆与立杆之间采用点焊,立杆与钢楼梯踢面面板进行焊接,横杆(扶手杆)与结构柱进行点焊。所有与钢结构焊接的部位均刷2道防锈漆。

  (3 )层间施工硬防护

  为满足总工期要求,按照总体进度计划进行分段施工,钢结构施工至123m时插入幕墙施工。幕墙施工与钢结构施工采取交叉作业。现场需在结构标高102.000m位置设置硬性防护棚。

  本工程硬防护除了满足防护功能外,还须满足防火要求,因此,硬防护面板选用50mm厚脚手板+0.3mm厚镀锌铁皮复合而成。挑梁采用[10号,靠近结构一端焊接两根钢筋卡,间距根据现场实际尺寸确定,卡在梁上防止出现挑梁径向滑移;另一端焊接短钢管,便于连接防护栏杆。挑梁间的连接杆件采用直径48钢管,间距不超过1200mm,与槽钢用四号铅丝绑扎连接。

  为满足硬防护平台安装过程中及使用过程中的需要,其上部、下部均设钢丝绳与结构悬挂。如图5所示。

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  室内作业层下,满铺两层脚手板,脚手板表面也采用与外侧硬防护相同的防火构造。

  2 、塔冠安全管理策划

  如表2所示,各塔冠的直径远较塔身大,1号塔塔身直径14m,而塔冠直径达51.2m,塔冠大部分的施工作业位于200m高的悬空。安全防护要求极高。塔冠结构安装是结构工程最难点,最初主流方案是搭设钢平台的方法,工人在平台上操作,每个塔冠搭设两次钢平台。如图6所示:

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  钢平台主要采用型钢悬挑、钢丝绳斜拉的方式,最大外挑尺寸达到了19.5m,预计型钢、钢管用量近400吨,安装、拆除人工费近200万元。

  钢平台方案虽然比较方便结构安装,但是钢平台自身的搭设难度太大,目前国内还未见有200m以上如此大跨度的悬挑架,且搭设周期长,成本高。经过多次专家论证,反复讨论,综合了多方意见,放弃了钢平台方案,确定了护栏随吊装单元同步安装的方案。具体方案介绍如下:

  (1)防护栏杆地面安装

  塔冠施工时主要采取的大部分技术措施与塔身施工时相同,因斜挑结构无法继续使用爬架,故在

  结构上焊接专用操作平台。

  塔冠树枝状结构的防护栏、爬梯随构件吊装。构件单元在地面组焊时,将防护构造焊接在构件单元上,随构件吊装。本单元的防护栏,用于下一安装单元的安装、焊接工作用。待下一单元安装、焊接、探伤、防腐等工作完成后再进行拆除。如图7所示。

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  塔冠结构连接处,防护构造焊接在主体结构上,既满足安全要求,还可以在不同塔间周转使用。

  (2)高空水平安全防护

  塔冠的水平防护网采用双层大眼网,随在构件起吊前安装在结构上,每个吊装单元的防护网独立设置,吊装就位后,与相邻单元的防护网连成整体,塔冠合拢后,下部的防护网也连成整体。如图8所示。

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  3、安全管理创新特点

  (1)施工防护:由于本工程焊接工作量大,因此爬架必须能够防火。所以,在进行爬架方案编制时,即提出“不燃架体”这一概念,采用钢丝网取代了传统的密目网,木脚手板上均包裹了一层镀锌铁皮。

  (2)由于两台施工塔吊采用外附着形式,每42m左右即与结构进行锚固,因此,爬架与塔吊锚固杆间的矛盾也非常突出。在计算爬架的承载能力后,减少了两榀受塔吊附着杆影响的爬架,进而将其相邻两榀爬架上部9m高范围用脚手架连成一体,每次需要锚固时,调整后的架体刚好爬过塔吊附着点位置,解决了塔吊附着杆与爬架间的矛盾。

  (3)外防护架体的悬挑高度达到了国标上限为6m,架体总高度达到了21m,与主体结构分段单元匹配,能同时满足顶部结构安装以及下部结构的焊接、探伤、涂装等工作。

  (4)钢筋作为护身栏杆,既方便施工,也充分利用了现场废钢筋头。且钢筋护身栏的焊接可在地面胎架内即焊接在主体钢结构上,减少了高空作业工作。

  (5)耳板、焊丝盘等的回收奖励制度,提高了工人的参与积极性,作业面基本能做到活完、料尽、脚下清,大大减少了高空坠物的风险。

  (6)塔冠吊装单元防护构造同步吊装,大量的安装工作在地面进行,工人安全有保障。而且防护栏可在各塔冠间周转使用,提高了材料的利用效率。相对于钢平台方案,成本降低至少100万元。

  五、 管理措施实施及风险控制

  1、塔身结构施工

  塔身结构施工期间,除严格执行既定的施工方案外,还有以下管理措施:

  (1)操作工人必须经过严格的岗前培训,优先考虑有超高层钢结构施工经验的工人,恐高或有心理、生理疾病的工人,不得安排登塔作业。

  (2)高空焊接时,作业面下必须设置接火盆,且必须保证接火盆能正常使用,否则不得进行焊接作业。

  (3)施工期间,硬防护上由专职安全员进行定期、不定期巡查,发现杂物堆积立即清理,发现破损立即进行修复。除维护人员外,硬防护平台严禁堆料,也不得用作其他工种施工平台。

  (4)进塔设岗,不带安全带者禁止登塔。

  (5)未开动火证,不得进行焊接、气割等作业。

  (6)切割安装耳板切割前铁丝栓住,一人切割,一人拴住,每切一块,马上放入专用铁笼。

  (7)焊丝盘采用回收奖励制度,提高了工人清理工作面上可燃废弃物的积极性。

  (8)爬架的每次爬升,都必须有爬架公司技术人员,操作班组长,总包专职安全员在场。爬升前,塔根部总控电闸箱合闸通电;爬升完成后,爬架总闸断电,避免闲杂人员误操作随爬架电箱,造成爬架在使用状态下的爬升或下降,造成重大危险。

  (9)每次吊装作业时,项目生产负责人、专职安全员必须到岗监督。

  2、塔冠结构施工

  塔冠施工时,除了采取与塔身施工相同的管理措施,要求也更为严格。

  塔冠施工期间,使用防坠器作为安全带,既保证了工人操作的安全,也方便工人操作。管理措施:塔冠安装过程中,投影面半径50m范围内,设警戒线,禁止无关人员进出;生产负责人、专职安全员在构件吊装过程中必须旁站监督管理。

  3、其他管理措施

  (1)积极开展落实各项活动组织工作。

  瞭望塔工程作为北京市和集团公司的重点工程。从现场的集团VI宣传到每一名工人的教育试卷,全部从严从优的要求落实。工程积极开展安全教育月、安全生产月、安全生产大检查、消防安全“铁拳”行动、“119”消防日等活动,严格贯彻落实第三次文明城区创建工作。组织现场施工人员进行了防汛应急演练、灭火应急演练、疏散演练等演练活动。通过以上活动的开展,参加人次达到1200人次,发放奖品和书籍价值约为5000元。对现场工人加深了安全防范意识,进一步提高了现场工人应急自救能力。

  (2)狠抓专业分包单位的安全管理工作,提升现场整体安全管理水平。

  针对进场的分包单位安全管理力量的参差不齐的现状,总包项目部从自身做起,严格各分包单位安全管理工作,通过抓现场分包单位专职安全管理人员到岗到位,业务水平和安全内业资料等方面工作,切实履行总包安全管理责任,提升分包单位安全管理水平。通过每周安全例会形式,既是检查督导的平台,也是学习交流的平台。针对重点工序,总包实行安全旁站制度,即总包分包专职安全管理人员全程旁站施工过程。并且强化班前讲话制度,项目部会参加重点班组的班前讲话,并且提出针对当天作业内容的安全管理要求。狠抓班组长一级的安全管理工作,通过提高班组长安全意识来带动其所属班组整体的安全意识的提高。利用农民工夜校,项目部经理、书记和总工会轮流进行授课,通过讲解具体案例形式传播安全生产知识。积极开展“安康杯”活动,进一步提高施工作人员的安全生产意识和自我保护意识。

  (3)生产安全配合,最大限度保证工程安全。

  瞭望塔工程难度众所周知,交叉作业、高处作业不可避免。项目部工程部门合理安排施工工序,采取分区域、分时段施工等措施,最大限度避免交叉作业的发生。同时,总包分包单位的安全管理人员旁站监督。高处作业时,项目部工程和安全部门共同对作业单位的区域及防护设施进行验收,并且移交给作业单位。明火作业时在设置接火措施的同时,区域内和塔下同时设置看火人员。为保证安全隐患及时整改到位,各分包单位的现场生产经理为主要责任人。针对整改不及时的单位,在扣除安全保证金的同时,对于工程款将暂缓拨付。

  六、过程检查和监督

  1、爬架使用情况良好。爬升速度在80mm/每分钟,每次爬升6m,一般不到2小时就能完成一次爬升。完全满足施工进度要求。

  2、从地面监测的情况看,爬架在大风作用下非常稳定,采用钢丝网,网眼尺寸较大,兜风作用减弱很多。

  3、爬架在爬升通过塔式起重机附着杆的过程中,由于管理得当,共计通过5次塔式起重机附着杆,每次均顺利通过。

  4、爬架脚手板在大风作用下也未出现翻板现象。

  5、钢筋作为护身栏杆,既方便施工,也充分利用了现场废钢筋头。且钢筋护身栏的焊接可在地面胎架内即焊接在主体钢结构上,减少了高空作业工作。

  6、耳板、焊丝盘等的回收奖励制度,提高了工人的参与积极性,作业面基本能做到活完、料尽、脚下清,大大减少了高空坠物的风险。

  七、管理效果及评价

  通过施工过程中采取各项安全技术措施及管理措施,有效地降低了施工中安全防护的风险,保证了工程施工的顺利进行。自2011年6月钢结构开始安装,到目前为止,钢结构已全部完成,未发生一起着火事件,未出现一次物体打击事故、高处坠落事故。

  工程在整个施工过程中严把安全关,先后荣获中国建筑业协会颁发的“AAA级安全文明标准化工地”的称号、“北京市文明安全样板工地”的称号和“中国钢结构金奖”的称号。

  这些成绩的取得,除了因为采取了一系列的安全防护构造措施外,与现场一系列的管理措施是密不可分的,更为重要的是,如何将各项技术措施、管理措施贯彻到每一个角落、每一个人,狠抓落实,这才是保持现场施工安全处于受控状态的重中之重。

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