超高层建筑液压顶模安全技术运用分析

超高层建筑液压顶模安全技术运用分析

顾鲁宁

中交一公局集团有限公司北京建筑分公司，北京 100024

摘要：本文以某高层建筑工程实际施工为案例，对液压顶模施工技术的运用进行分析，阐述了液压顶模施工技术的工作原理、安装技巧、使用方法以及拆除工艺，并深入研究其安全施工方法，希望通过本文阐述，能够为专业人士提供参考，为类似工程提供借鉴，从而充分发挥高层建筑工程的社会效益和经济效益。

关键词：超高层建筑；液压顶模；安全技术；运用

引言：

高层建筑施工中应用液压顶模控制系统，通常由集中控制台、开度仪、泵站、电磁换向阀、主油缸等组成。其中集中控制台连接系统中的数据线、主油缸、各种电磁转向阀等部件，通过收集压力和行程信号，为系统动作提供正确指示，有效控制和监控液压顶模系统的电磁阀动作以及主油缸顶升压力，并全过程控制主油缸顶升行程^[1]。在高层建筑施工中应用该技术，能够有效提高施工效率和施工质量，是施工企业未来发展的必然趋势。

1. 工程简介

本文以某高层建筑实际施工为例，该工程功能定位为甲等写字楼，共76层，其中包括地下共5层，地上共71层，建筑高度为314m左右，总高度能够达到343米左右。地上建筑面积为18*10⁴㎡，地下建筑面积为1.75*10⁴㎡。机构为混凝土框架核心筒结构，标准层高为4.18m。设计风格为欧式风格，立面为玻璃幕墙和仿石材幕墙。该工程建成后为该地区地标性建筑。

2. 核心筒施工中液压顶模系统的应用

该工程在核心筒施工过程中，将液压油缸作为主立柱，该液压油缸具有支点少、形成大等特点。在上部结构施工中，将钢桁架模架系统作为顶升模架，下文将该施工技术简称为液压顶模系统，在该高层浇筑施工中应用液压顶模系统，其优势可以从以下几点进行分析：

1. 在实际施工中，施工人员可以将顶模体系作为一个安全、可靠、封闭性较高的作业空间^[2]。

2. 顶模体系中的钢桁架。不仅能够作为挂架和悬挂模板，还能够将底梁平铺的平台作为堆放材料和施工机械的支架。

3. 利用液压顶模系统，能够实现平台、模板以及挂架自动爬升作业，有利于降低施工中塔吊使用率，同时减少人力劳动强度，并提高施工效率和施工质量。

4. 液压顶模的支撑点通常在已经浇筑完毕并且强度满足标准需求的混凝土墙顶上，并且支撑点之间没有步距限制，同时可以结合施工实际情况任意调节高度。建筑工程完成混凝土浇筑作业后，可以立即绑扎钢筋，并且钢筋绑扎时间与混凝土养护期限相同。

5. 钢桁架平台下部分的挂架，其范围覆盖了工程半层楼，因此在施工过程中，可以将下层作为模板操作平台，将上层作为钢筋操作平台。

6. 施工人员可以结合工程墙体截面变化情况以及平面内收情况，调整模架系统，可以看出，模架系统具有适应力较强的特点。

7. 在施工过程中，钢桁架始终位于建筑工程墙体结构上，不会受外界因素影响发生顶模坠落问题，具有安全性和稳定性特点。

3. 超高层建筑液压顶模系统概述

1. 工作原理

该工程中使用的液压顶模系统，其组成部分包括：钢桁架、顶升系统、支撑、防护四部分组成。其工作原理如下：在核心筒液压顶模顶升过程中，通过系统对钢桁架平台进行提升，在此过程中，下挂模板和防护架也会在钢桁架平台带动下上升^[3]，在120t、4.5m液压油缸驱动下的支撑立柱，也会在钢桁架平台支撑作用下，提升到已经浇筑完毕，并且强度达到13MPa的混凝土墙顶，同时对其上部分的桁架体系进行提升。桁架体系的上部，可以为施工人员作业提供广泛空间，桁架体系下部，可以作为钢筋绑扎或模板安装、拆卸的工作平台。在自爬过程中，在桁架支撑作用下，桁架会固定在顶墙上，在此基础上需要展开混凝土浇筑、钢筋绑扎、拆卸顶模等一系列施工任务，完成以上内容后自爬，并再次重复上述施工过程。这种施工方式能够降低塔吊使用率，并有效提高模板竖向施工水平，有利于在保证施工质量的同时提高施工效率，为施工人员提供安全保障^[4]。

2. 超高层建筑支撑、顶升系统

超高层建筑液压顶模中的支撑顶升系统，顾名思义可以分为支撑、顶升两项内容。其中支撑部分，是指支腿，主要支撑主立柱以及上部结构。而顶升部分，包括同步控制系统和较长行程的顶升油缸。

具体来说，支撑部分主要由内外方管组成，并且内部安装液压缸，本身具备控制阀、电控系统以及液压油源。在设计过程中，主要应用液压油缸对垂直负载进行顶升，其中的方管的作用是缓解横向风荷载。支撑腿具有横向伸缩特点，需要将其安装与外管相连接的桁架中，同时将支撑腿的伸缩腿挂在预留孔中。伸缩柱共四个方向，每个方向都装设导向腿，为了充分发挥导向腿和支撑腿的导向、支撑与调直作用，需要分别在导向腿和支撑腿上安装控制器。除此之外，内管需要与桁架紧密连接在一起，同时将支腿与立柱外观连接在一起。通过顶升，保证4个主立柱中的所有支腿，分别与墙上的支点位置相对应。

3. 超高层建筑钢桁架平台

该工程在实际施工中，主要利用2根长度为3.4米的主桁架和4根长度为1.6米的次桁架构建核心筒钢桁架平台。并且在主桁架和次桁架拼接过程中，均采用了长度为6m的桁架单元。其中主桁架使用了5根桁架单元，长度共30米。次桁架在拼接时，1-4排使用了5根桁架单元，长度共30米。为了避免平台堆载过多超出负荷，导致平台变形，施工单位采用多点支撑方式支撑钢桁架平台。上文提到，钢桁架平台上部可以作为人工操作平台，下部分可以摆放施工材料或施工机械，同时可以作为挂架，这也对钢桁架的刚度和强度提出更高要求，需要其具备充足的安全性和稳定性。

4. 超高层建筑模板系统

该工程在实际施工过程中，采用的模板系统为专业公司设计和加工的。其高度为270厘米，宽度为30-24厘米，每平方米的重量大约在140斤左右。主桁架和次桁架下方位置固定模板挂梁。同时，在模板吊梁下方位置，利用滑动小车对模板吊链进行连接。

5. 超高层建筑防护系统

超高层建筑中的安全防护系统，包括电线电缆、盘梯安全、水平、立面、液压装置油路等多个防护内容。该工程中，挂架体系主要应用装配式施工方式，其中包括：脚手架、三角支架、上下楼梯、兜底防护等。其主要作用是为施工人员作业提供空间，同时能够为施工人员上下提供通道^[5]。

4. 超高层建筑液压顶模拆装工艺安全技术

在超高层建筑液压顶模系统安装过程中，第一步需要对液压支撑立柱进行安装。具体操作方式是：施工人员需要在地面将桁架进行组装，而后利用吊装设备，将组装完成的桁架结构调至顶部，而后将主桁架和主立柱连接在一起，连接完毕后将次桁架与主桁架连接在一起。接下来连接次桁架、模板、内外架体搭设，在保证所有连接体系具有牢固性和安全性的基础上安装平台。

在加工完钢平台和支撑系统后，需要对其进行预拼装，有利于及时发现支撑系统及钢平台中存在的问题，并针对性采取措施优化和调整，以便为正式施工顺利拼装奠定基础。在钢平台和支撑系统拼装过程中，其流程为以下几点：第一，在施工现场地面对液压支撑立柱、导向腿等结构进行拼装。第二，在施工现场地面对主桁架和次桁架进行拼装。第三，利用吊装设备将拼装完毕的结构逐一就位。第四，严格按照相关规范对控制系统进行安装。第五，将拼装完成的主桁架和次桁架吊装到相应位置。第六，将支撑立柱和主桁架连接在一起。第七，将次桁架下部的型钢进行合理安装。第八，构建外防护系统。第九，合理安装内挂架，同时铺设模板，悬挂防护网。第十，安装上部操作平台。

5. 超高层建筑液压顶模安全技术分析

在上述工程案例中，施工单位采用专业软件对高层建筑液压顶模系统中的钢桁架等进行科学计算，并结合计算结果，确定重点风险管理内容，并针对性采取措施进行防护。具体来说：第一，建立模型。在该工程液压顶模系统模型建立过程中，主要应用两榀一级桁架水平摆放和四榀二级桁架垂直摆放方式进行构建，并通过焊接方式将桁架连接在一起。其中一级桁架长度为2.4米，二级桁架长度为1.6米^[6]。通过科学计算，可以充分保证钢桁架平台、支撑柱的安全性。第二，制定安全管控措施。本工程在实际施工中，存在的风险有液压顶模系统高空坠落、倒塌、倾覆等危险，所以需要针对风险因素，针对性制定管理措施，以此来提高施工的安全性和稳定性。

在超高层建筑液压顶模安装过程中，还应合理采用安全管控措施，严格按照《安全评价通则》做好施工风险评估工作，并组织专业人员通过头脑风暴法、预先危险性分析法等方式，分析施工中可能存在的风险，以及风险危害程度和影响范围。同时结合风险评估结果对液压顶模系统中的液压顶升系统、钢桁架平台系统进行重点管控，具体如下：

1. 液压顶模系统安装安全管控。在安装前，工作人员需要对支撑主立柱进行出厂试验，重点检查支撑主立柱负载效率，同时对其他重要部件进行科学验收，严格审核部件之间合格证。另外，在液压顶模系统安装中，涉及到大构件起重吊装作业，在作业过程中，需要工作人员全面遵循技术规范，并在安装完毕后做好质量检验工作，同时对液压系统进行加压调试，保证其密封性良好。同时保证检验数据允许偏差在合理范围内，具体来说，但隔离柱两支腿偏差范围需要小于8mm，所有支腿标高需要小于50mm，主立柱垂直偏差小于20mm。

2. 液压顶模系统应用安全管控。可以在液压顶模立柱上紧挨装智能控制系统，并设置数据采集模块，保证系统全过程监督立柱位移情况和应力情况，及时发现其中存在的不足之处，并自动调整。另外，需要保证液压顶模装置受力处混凝土强度大于13MPa。

结束语：

综上所述，在高层建筑施工中应用液压顶模体系，有利于提高施工效率和施工质量，同时为施工安全奠定良好基础。为充分发挥液压顶模体系的作用和功能，需要施工单位强化监控测量水平，提高应急管理力度，将液压支柱稳定性、垂直度、水平偏差等控制在合理范围内。另外，通过以上分析可以看出，采用液压顶模施工技术能够有效节约人力、物力、财力，并缩短施工工期，在建筑工程施工中有较为显著的前景。

参考文献：

[1]谭青明.超高层建筑液压顶模安全技术应用分析[J].建筑安全,2020,35(03):4-9.

[2]王肄颖,陈昌灿,石磊,黎金原,刘锐,李林轩.南宁华润中心东写字楼液压顶模机电预留预埋施工技术[J].施工技术,2017,46(20):11-15.

[3]巴鑫,王开强,刘晓升,刘威.超高层建筑结构施工平台液压顶升系统关键技术[J].施工技术,2017,46(03):80-84.

[4]吕婷,徐蔺.超高层建筑模板体系的优化设计[J].山东农业大学学报(自然科学版),2018,47(05):749-752.

[5]詹沁霖,张欣,董俊里,梁劲松.浅析超高层顶模施工技术[J].中华建设,2019,12(06):95-97.

[6]洪坡,王建春,陈先明,陈阳武,胡琴.“可拼装”低位液压顶升模架体系在超高层建筑中的应用[J].福建建筑,2017,14(01):68-69+14.