江苏大剧院项目位于长江之滨的南京河西新城核心区, 是集演艺、会议、展示、娱乐等功能为一体的大型文化综合体, 总建筑面积27万m², 最大建筑高度47.3m。建筑形体似八方汇聚而来的水珠, 饱满光润、晶莹剔透, 尽显水之灵动。大剧院项目主要由4颗水珠形建筑组成, 分别为2 300座的歌剧厅、1 000座的戏剧厅、1 500座的音乐厅和1个可供3 000人举行会议的综合厅及公共大厅等, 是江苏省境内最大的文化工程, 被定为世界级艺术作品的展示平台、国际性艺术活动的交流平台、公益性艺术教育的推广平台。总体结构如图1所示。

歌剧厅、戏剧厅、音乐厅和综合厅4个单体的外罩钢结构由斜柱、摇摆柱、中环梁、顶环梁以及内凹顶盖的钢拉梁与环梁等主要部分组成。斜柱柱底为向心关节铰支座, 支承于下方钢骨混凝土框架柱柱顶上, 柱顶设大截面混凝土环梁拉结成框架体系。

本项目为密集不规则造型钢结构工程, 各单体布置紧凑, 构件数量多, 单件吊装质量大, 安装高度较高, 现场施工工期要求紧, 且存在大量的混凝土与钢结构交叉作业, 安装机械的合理布置将直接影响成本、工期等目标的顺利实现。

通过对结构特点、场地布置情况、密集型建筑的周围环境、作业面提交状态、施工总体进度安排等多项因素分析后, 确定本项目安装机械为2台履带式起重机 (型号为LR1400) 与2台行走式塔式起重机 (型号为ZSC70160) , 均布置于混凝土结构首层楼面, 施工机械行走通道如图2所示。

根据项目总体进度安排, 平面上总体施工顺序呈逆时针方向, 钢结构安装主要分为6个阶段, 各阶段施工机械布置如下。

1) 第1阶段音乐厅、戏剧厅钢结构安装。该阶段在轨道A, B处各设置1台行走式塔式起重机;在起重机加固通道1和通道2处各布置1台履带式起重机, 通道2处履带式起重机完成作业半径内构件安装后, 开行至通道3处进行作业半径内的构件安装。

2) 第2阶段音乐厅与戏剧厅之间公共大厅一区钢结构安装。该阶段使用轨道B处行走式塔式起重机进行公共大厅一区钢构件安装。

3) 第3阶段综合厅钢结构安装。将轨道A处塔式起重机移至轨道D处进行综合厅钢构件的安装, 通道3处履带式起重机在完成上阶段工作后安装综合厅钢构件, 通道1处履带式起重机按逆时针方向行走至通道4处、5处及北侧地面通道处安装综合厅钢构件。

4) 第4阶段戏剧厅与综合厅之间公共大厅二区钢结构安装。继续使用通道3处履带式起重机进行安装, 部分钢构件由轨道D处行走式塔式起重机进行安装。

5) 第5阶段歌剧厅钢结构安装。轨道B处行走式塔式起重机移至轨道C处进行歌剧厅钢构件安装, 北侧地面通道处履带式起重机行走至歌剧厅外围通道进行钢构件安装。轨道D处行走式塔式起重机移回至轨道A处进行歌剧厅钢构件安装。

6) 第6阶段歌剧厅与音乐厅之间公共大厅三区钢结构安装。采用轨道A处行走式塔式起重机进行。

以上各施工阶段环环相扣, 基本形成流水作业, 便于施工组织与管理。

本项目钢结构采用大吨位履带式起重机与行走式塔式起重机进行安装, 充分发挥了2种机械的优点, 履带式起重机接地面积大、通过性好、起重能力强、可负载行走;行走式塔式起重机作业位置灵活, 增大了作业范围, 可以根据单体结构安装进度移位使用。由于履带式起重机与行走式塔式起重机经常变化作业位置, 增加了机械作业安全管理的难度, 为此, 专门成立了现场安装机械作业安全管理小组, 在项目经理统一指挥下, 进行钢结构工程安装全过程作业安全指导、管理及协调等工作。安全管理小组根据国家、省、市相关法律法规要求, 根据总平面布置、施工进度计划安排、钢结构安装特点, 编制《安装机械作业安全管理专项方案》, 经专家评审后实施, 其主要内容包括:危险源分析与处理、安全管理目标、岗位职责、安全管理制度、安全管理措施、应急预案等。

1) 机械作业通道

履带式起重机负载行走, 对自然地面的压力大, 对起重机行走道路及通道处的自然地面进行了夯实加强处理, 防止路基承载力不足而引起倾覆。在首层楼面上的履带式起重机行走通道处根据地下室柱网设置专用加固通道, 经设计计算, 局部采取加固措施, 确保混凝土楼面不直接受力, 压力通过柱网和加固结构直接传至地下室底板, 确保了结构安全并满足履带式起重机作业需求。戏剧厅处履带式起重机行走通道2加固如图3所示。

行走式塔式起重机利用首层混凝土柱柱顶布置钢支墩和行走钢梁, 并在行走钢梁上布设行走路轨, 形成塔式起重机的行走轨道, 受力全部由混凝土柱来承担, 避免了混凝土楼面板受力。另外, 对于轴距较大的位置, 在混凝土梁下方加设钢管柱进行加固处理, 同时, 为了防止行走钢梁出现侧向失稳, 经计算, 在行走钢梁两侧均加设钢管撑。行走轨道B处加固如图4所示。

2) 群塔群机作业

由于现场采用2台行走式塔式起重机同时进行钢结构安装作业, 行走式塔式起重机行走轨道间距为10.2, 15, 18m, 塔式起重机臂长为70m。与此同时, 土建单位还预留了6台固定式塔式起重机进行倒料, 极易形成群塔群机作业。

为确保群塔作业安全, 采取以下措施: (1) 对各塔式起重机之间的水平距离进行控制, 为了保证钢结构安装进度, 优先对固定式塔式起重机的塔臂长度进行严格控制, 保证各塔臂长度小于各塔式起重机之间的水平距离, 防止塔臂碰撞塔身安全问题的出现; (2) 对塔身高度进行控制, 在保证行走式塔式起重机满足安装高度的情况下, 对固定式塔式起重机的塔身高度进行错位控制, 保证低位塔式起重机塔帽顶部至相邻高位塔式起重机吊钩底部距离≥2m的安全距离; (3) 当控制水平距离和塔身高度均无法解决碰撞问题时, 采取塔式起重机限位或拆除措施防止塔式起重机碰撞。塔式起重机限位如图5所示。

同时, 群塔群机运行应遵循以下原则:低塔让高塔、后塔让前塔、动塔让静塔、空载让重载、客塔让主塔、前臂让后臂。塔式起重机在运行中, 各条件同时存在时, 必须按以上排序原则执行。

机械作业零倾翻、零碰撞、零事故、零伤亡, 机械作业施工噪声控制达到南京城市管理要求。

机械作业安全管理小组由项目经理统一指挥, 小组成员 (技术人员、安全员、机械工长、机械驾驶员、电工) 负责监督机械的安装、使用、拆卸、转场, 对机械租赁单位与安装劳务单位进行协调, 加强现场动态管理, 发现违章、违规行为及时予以制止和纠正, 确保机械安全作业。

1) 技术人员职责 (1) 编制机械安装 (拆除) 安全技术方案, 并做好安全技术交底; (2) 机械日常技术问题处理及日常检查工作; (3) 相关机械设备的技术资料管理、收集、整理、总结。

2) 安全员职责 (1) 负责监督机械作业的规范性, 防止出现机械违规作业; (2) 发现安全隐患, 有权要求停止作业, 并组织作业人员撤离危险区域。

3) 机械工长 (1) 积极配合生产任务; (2) 积极组织人员对机械进行安装、拆除、转场; (3) 积极组织安全检查、制止违规作业。

4) 机械驾驶员尽职尽责, 坚守岗位, 按规定作业, 做好机械日常维护保养工作。

实行机械安拆备案制度、使用登记制度、特种人员持证上岗制度、安全技术交底制度、安全检查制度、安全教育与培训制度、安全用电制度、班组安全活动制度、安全报告制度等。

行走式塔式起重机严格执行《塔式起重机》《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》《塔式起重机安全规程》中有关安全管理措施;履带式起重机组装完成后, 经自检合格, 报安监站备案后方可使用。

坚持“安全第一, 预防为主”及“保护人员安全优先, 保护环境优先”的方针, 贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。安全管理小组编制机械事故及风险控制计划表, 成立应急组织体系及明确各主体职责, 做好预防与预警工作, 对机械钢构件吊装区域、机械行走区域予以明显标识, 实现规范化、标准化管理。编制应急响应程序、应急处置及预防措施。准备充足的应急物资与救援装备。在明显位置张贴联络电话和急救电话及附近医院的救护电话。

江苏大剧院钢结构在安装阶段, 采取在场厅外围布置行走式塔式起重机与履带式起重机, 通过轨道及加固通道增大了机械作业范围, 降低了钢结构施工对内部土建施工的影响, 减少了交叉作业范围;为保证机械作业安全, 成立专门的管理小组, 对机械作业进行指导、管理, 实现了既定的安全管理目标, 保证了钢结构安装工程如期顺利完成, 为后续金属屋面、室内装修、机电安装、幕墙安装等工程提前进场创造了有利条件。本工程采用履带式起重机与行走式塔式起重机相结合的机械布置可为同类工程提供参考。