超高煙囪電動(dòng)升模平臺(tái)安裝技術(shù)

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 武漢 430074

1 工程概況

某火電廠2×600 MW機(jī)組高240 m，Φ8.5 m煙囪系外嵌多層窗洞、中布夾層平臺(tái)與分段直爬梯、內(nèi)置組疊式耐酸排煙筒、上閉式壓頂?shù)匿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)工程，采用技術(shù)較為先進(jìn)的電動(dòng)升模工藝。

依據(jù)筒身結(jié)構(gòu)結(jié)合電動(dòng)升模工藝的特點(diǎn)，并考慮方便施工作業(yè)和工期安排，擬在筒身翻模至7.20 m標(biāo)高后，開始組裝施工平臺(tái)。整個(gè)操作平臺(tái)由輻射型平臺(tái)鋼梁、網(wǎng)狀平臺(tái)鋼圈、300 mm×250 mm桁架支撐、雙5 mm下弦拉板及Φ21 mm輔助柔性拉索、緊湊型四轂多耳式中心鼓圈、雙孔隨升式井架、獨(dú)立式搖頭扒桿、滯后下掛圓形筒子模工具式砌筑平臺(tái)與內(nèi)環(huán)形支模、砌筑廊道等部件組成，呈多三角桁架組合空間輻射體系，鋼圈上鋪以枋板作為主要施工作業(yè)平臺(tái)。整個(gè)操作平臺(tái)托體為專用爬模設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要由提升架、操作架、提升動(dòng)力系統(tǒng)、附壁裝置、隨升模板及安全防護(hù)結(jié)構(gòu)等組成。

2 電動(dòng)升模原理簡介[1-3]

電動(dòng)升模的工藝原理是以筒壁為承力主體，通過附著于已具有較高強(qiáng)度的鋼筋混凝土筒壁上的支模操作架和提升架，及聯(lián)結(jié)操作架和提升架的電動(dòng)提升設(shè)備，一架固定，一架相對(duì)運(yùn)動(dòng)，交替爬升，從而帶動(dòng)模板及整個(gè)施工平臺(tái)提升。采用該工藝施工支模、扎鋼筋、澆筑混凝土均在靜態(tài)下工作，與常規(guī)施工一樣，每模施工高度1.6 m，每模可對(duì)各工序的施工質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查，保證施工質(zhì)量。

3 升模平臺(tái)工藝概要

3.1 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

煙囪整個(gè)升模平臺(tái)設(shè)8主8從共16 根雙拼20 mm槽鋼輻射梁、8 道10 mm槽鋼鋼圈、8 根主撐桿、8 單元下弦拉板、16 道輔助下弦柔性拉索、10 m高雙孔隨升井架1 座、3.10 m×3.14 m桁鼓式中心鼓圈1 個(gè)、13.5 m變幅式搖頭扒桿1 座（起重能力1.5 kN）、32 榀專用爬架。

圖1為完成組裝的施工平臺(tái)全景示意。

3.2 施工平臺(tái)受力分析

施工平臺(tái)受力分析如圖2所示。

3.3 輻射梁撓度驗(yàn)算

輻射梁受力簡支示意如圖3所示。根據(jù)計(jì)算，力G的擾度值為8.36 mm，力F的擾度值為5.78 mm。根據(jù)撓度疊加原理則最大撓度為14.14 mm，因此，此施工平臺(tái)輻射梁的擾度與梁跨長的比值小于建設(shè)實(shí)踐中許用的擾度與梁跨長的比值，完全滿足設(shè)計(jì)使用要求。

3.4 提升系統(tǒng)附壁裝置穿墻桿的受力驗(yàn)算[4]

電動(dòng)升模系統(tǒng)在靜態(tài)工況時(shí)有192 根Φ40 mm穿墻桿承受施工平臺(tái)的總載荷，則每根穿墻桿受力為1 898 N，其受力工況如圖4所示。

圖1 施工平臺(tái)全景示意

圖2 平臺(tái)受力簡支示意

圖3 輻射梁受力簡支示意

圖4 穿墻桿受力工況示意

電動(dòng)升模系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)工況時(shí)有128 根Φ40 mm圓鋼（穿墻桿）承受施工平臺(tái)的總載荷，由16 榀內(nèi)提升架傳力，外提升架（亦為16 榀）只承擔(dān)爬架自重和外模板系統(tǒng)的質(zhì)量，內(nèi)、外提升過程是分步錯(cuò)開進(jìn)行的。則每根穿墻桿受力為4 502 N。 綜合上述分析，穿墻桿最大受力工況在動(dòng)態(tài)時(shí)發(fā)生，且主要應(yīng)力為抗剪。

穿墻桿材料為Q235，其許用剪切應(yīng)力為 115 N/mm2，其截面面積為1 256.64 mm2，截面實(shí)際承受的剪應(yīng)力為3.58 N/mm2＜115 N/mm2，因即便考慮不均衡受力情況，單根穿墻桿的受力比較小（不到4 502 N），施力偏心力矩90 mm就顯得極小，所以對(duì)穿墻螺桿無需進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核，僅作抗剪切校核計(jì)算即可，由上計(jì)算過程可得知抗剪強(qiáng)度足夠。同理，與之對(duì)應(yīng)的專用掛鉤（系懸臂梁結(jié)構(gòu)長250 mm）其抗彎強(qiáng)度亦足夠。

4 升模平臺(tái)組裝

結(jié)合工藝流程，施工平臺(tái)總的安裝順序應(yīng)分為四個(gè)階段。第一階段為爬升靴→內(nèi)支承腳手→中心鼓圈→提升爬架→輻射梁；第二階段為操作平臺(tái)→井架及撐桿→電氣→下弦及輔助平臺(tái)→扒桿；第三階段為各部走道→內(nèi)外模板單元→立體全方位安全防護(hù)；第四階段為垂直運(yùn)輸系統(tǒng)→地面防護(hù)隔離體系→內(nèi)壁環(huán)梁吊裝系統(tǒng)。

4.1 組裝前的檢查、試驗(yàn)[5,6]

組裝前檢查、試驗(yàn)共分5 個(gè)步驟：

（a）檢查煙囪筒壁高3 層穿墻預(yù)留孔洞位置是否符合要求；

（b）檢查煙囪內(nèi)±0.00 m層，預(yù)設(shè)并組焊好地輪架及導(dǎo)向滑輪，設(shè)置好集中控制室并將設(shè)備準(zhǔn)確就位；

（c）在地面將提升架與操作架組裝成一個(gè)提升操作單元，檢查每榀提升架和動(dòng)力系統(tǒng)的裝配是否合格，并臨時(shí)通電作單榀試驗(yàn)，檢查動(dòng)力系統(tǒng)狀況是否正常、螺母螺桿副嚙合之同心度與垂直度是否符合要求、小架導(dǎo)軌與大架導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)是否良好；

（d）檢查每套穿墻螺桿副配合間隙是否正常、提升靴尺寸及焊接質(zhì)量是否正確良好；

（e）檢查標(biāo)準(zhǔn)件及其他備品備件的準(zhǔn)備情況。

4.2 安裝穿墻桿及爬升掛靴

在下部筒壁施工腳手架拆除前，在筒壁相應(yīng)預(yù)留位置上安裝穿墻桿并掛上爬靴。

4.3 吊裝工況、順序及人員分工

4.3.1 吊裝工況

最遠(yuǎn)吊裝單元構(gòu)件為中心鼓圈，吊裝時(shí)的回轉(zhuǎn)半徑大于17 m，質(zhì)量約為1.3 t。內(nèi)外爬架的吊裝回轉(zhuǎn)半徑小于14 m，且一個(gè)址位可以安裝6～8 件內(nèi)外爬架。內(nèi)爬架的吊裝障礙為煙囪筒壁上鋼筋，其標(biāo)高約為11.5 m，在實(shí)際安裝就位過程中可以采取配合人力拉開慢速越過；所有爬架的吊裝結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為1.3 t；中心鼓圈為首吊。

4.3.2 煙囪升模平臺(tái)吊裝人員組織及順序

參與此次安裝人員包括起重指揮2 人、機(jī)械2 人、木工10 人、架子工10 人、電工2 人、冷作6 人、副工4人 、地勤2 人。吊裝順序?yàn)椋簜浜玫跹b用的所有索具、常規(guī)手持普通工具與電動(dòng)工具（如角磨機(jī)），以及安裝用的標(biāo)準(zhǔn)件；所有構(gòu)件轉(zhuǎn)移至預(yù)定區(qū)域，布局要合理；首吊為中心鼓圈，按預(yù)定方位準(zhǔn)確就位；按構(gòu)件吊裝順序與吊車的行駛路線將內(nèi)外爬架、主次輻射梁等構(gòu)件依次安裝就位，同時(shí)將輻射梁與中心鼓圈用銷軸聯(lián)結(jié)好，中間穿插吊裝1/2平臺(tái)鋼圈，按順序吊裝共51 吊次，吊車裝位置初定為3 個(gè)位置；按指定順序?qū)⑵脚_(tái)鋼圈分2 次起吊，分別堆放在中心鼓圈的兩側(cè)。

4.4 提升架的安裝

沿筒壁優(yōu)選的起始吊裝部位，用500 kN履帶吊車將32 榀提升架牢固地安裝在筒壁上的掛靴上，使其與環(huán)周16等分中線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)；使每榀提升架的小架處于最上位置，即處于預(yù)提狀態(tài)，同時(shí)檢查動(dòng)力系統(tǒng)及提升架導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)狀況是否良好；安裝提升架間各層走道板，并檢查其平整與穩(wěn)固情況；安裝內(nèi)外圍安全攔繩及電源干線，使每榀提升架做好受電準(zhǔn)備。

4.5 操作平臺(tái)的安裝

在筒內(nèi)+7.2 m標(biāo)高處搭設(shè)中心鼓圈臨時(shí)支承平臺(tái)，中心鼓圈的支承腳手為4.8 m×4.8 m立柱結(jié)構(gòu)，立桿間距控制在800 mm以內(nèi)，頂面鋪滿木方及腳手板（或膠合模板），腳手支承必須穩(wěn)固。按預(yù)定方位吊裝中心鼓圈，準(zhǔn)確就位，并借助水平儀使鼓圈上平面水平；吊裝主次輻射梁，一端用銷軸將其與中心鼓圈聯(lián)結(jié)，一端搭在操作架頂部滾輪正中位置，并使其外端處于同一水平圓平面，根據(jù)煙囪的直徑特點(diǎn)，安裝后的效果是平臺(tái)中心部位起拱約15 cm，組裝好的平臺(tái)呈拱狀；焊接組合8 道下弦拉板及16 道柔性輔助拉索。平臺(tái)8 道鋼圈的圍焊，接頭盡量搭接在輻射梁上，否則要作接頭加強(qiáng)處理措施。在鋼圈焊固后，即可進(jìn)行平臺(tái)板的鋪設(shè)，先是呈徑向輻射型地鋪攤80 mm×（60～2 000）mm木方，排距@1 800 mm×@180 mm，交錯(cuò)搭接量不得小于200 mm，同時(shí)還必須充分考慮施工過程中最外圍鋼圈割除后平臺(tái)方板的抗翹功能，并用12#～14#鐵絲牢靠的綁扎在鋼圈上。滿鋪厚30 mm的鋪板，用70 mm鐵釘釘牢在木方上，鋪設(shè)過程中應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，同時(shí)留出井架撐桿收分挪移槽。

4.6 隨升井架與撐桿的安裝及起重扒桿

安裝完高10 m雙孔隨升井架及撐桿梁后可同時(shí)安裝好天輪支架梁，用臨時(shí)纜索拉正井架。安裝井架撐桿，調(diào)節(jié)撐桿螺栓，使之受力均勻，并檢查井架的垂直度。安裝天輪梁及天輪、避雷針。在隨升井架旁預(yù)定方向安裝好搖頭扒桿，安置好回索配重，擱置固定好其變幅卷揚(yáng)機(jī)。

4.7 電氣系統(tǒng)的安裝[7]

按電氣原理圖規(guī)范地安裝電氣系統(tǒng)，搭設(shè)固定的照明系統(tǒng)，保證施工作業(yè)區(qū)域的空間照度，內(nèi)外圍流動(dòng)施工作業(yè)燈必須采用低壓行燈變壓器。調(diào)試好上平臺(tái)提升系統(tǒng)的單升與聯(lián)動(dòng)，架設(shè)越空電纜天梯。完成上平臺(tái)、砌筑平臺(tái)（此階段只能預(yù)留）、下平臺(tái)、搖頭扒桿、電梯等部位的控制體系。調(diào)試好集控室內(nèi)所有卷揚(yáng)機(jī)；

4.8 敷設(shè)安全網(wǎng)系統(tǒng)

按規(guī)范架設(shè)各部空間結(jié)構(gòu)處的安全防護(hù)欄桿及圍網(wǎng)（平、立網(wǎng)），要求牢靠結(jié)實(shí)，具體做到能兜住上部絕大部分建筑垃圾與40 mm以上顆粒物，平網(wǎng)能承受100 kg以上的沖擊。

4.9 垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的安裝

垂直運(yùn)輸系統(tǒng)由2 臺(tái)電梯與1 座長13.5 m、Φ159 mm、壁厚8 mm的鋼管搖頭扒桿，電梯負(fù)責(zé)防腐隔熱內(nèi)襯材料、混凝土的垂直運(yùn)輸和人員上下，搖頭扒桿負(fù)責(zé)筒壁鋼筋的垂直運(yùn)輸。電梯在柔性滑道導(dǎo)索上升降、起落，導(dǎo)索采用Φ21 mm鋼絲繩，由2 臺(tái)電動(dòng)環(huán)鏈葫蘆張緊，整個(gè)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)均由設(shè)在地面的集中控制室控制。其安裝順序?yàn)椋壕頁P(yáng)機(jī)就位→天地輪的安裝→所有的起重鋼絲繩的穿繞→導(dǎo)索→安全裝置的固設(shè)。

4.10 內(nèi)外模板系統(tǒng)的安裝[8]

模板由固定段、收分段模板組成，模板體系采用單元式大面積構(gòu)造，單元之間設(shè)收分模板。圍檁采用8 mm槽鋼制作，共3 道，圍檁兩端采用鉸接，并用M16雙頭螺栓調(diào)節(jié)適應(yīng)煙囪筒壁的弧度，模板通過頂緊絲桿支撐于操作架（或內(nèi)吊架、平臺(tái)中心鼓筒）內(nèi)柱上，利用絲桿螺旋副將模板固定或脫離煙囪筒壁。

模板系統(tǒng)的制安，在地面按所在標(biāo)高的煙囪筒壁半徑將模板與圍檁組合并調(diào)節(jié)好其初始曲率。在爬模架上安裝好頂緊絲桿與背桿，將做好的單元模板與背桿聯(lián)結(jié)并懸掛在吊掛體系上。

按所在組裝標(biāo)高時(shí)的煙囪內(nèi)外半徑，調(diào)整聯(lián)結(jié)好各單元模板，緊貼煙囪筒壁。裝好對(duì)拉絲桿，在單元爬架之間擱置200 mm×（180～3 200）mm模板加固頂撐的大木方，對(duì)內(nèi)外圍模板均作加固處理，使之具備混凝土的澆搗條件，下圖為單元模板組裝示意。

5 施工平臺(tái)安裝技術(shù)處理

此次提升操作架布局有4 榀位于煙道口，呈半邊著力狀態(tài)，為此，必須在洞口搭設(shè)豎向加密鋼管腳手架夾扣于內(nèi)外煙囪筒壁，局部做焊接加強(qiáng)處理，以增加其穩(wěn)定性。在腳手架上模擬預(yù)留洞用以安裝穿墻螺桿及爬升靴，作為煙道口處提升操作架的著力點(diǎn)，洞口處操作架與相鄰操作架同步提升（圖5）。

圖5 過煙道口爬架空滑示意

6 電動(dòng)升模系統(tǒng)驗(yàn)收

電動(dòng)升模系統(tǒng)安裝完畢后，即需進(jìn)行全面的自檢自查工作。按“施工平臺(tái)組裝分部結(jié)構(gòu)自檢表項(xiàng)”進(jìn)行自檢，按“垂直運(yùn)輸系統(tǒng)驗(yàn)收檢查表”有關(guān)各項(xiàng)進(jìn)行全面驗(yàn)收后才能投入使用。

6.1 施工平臺(tái)組裝分部結(jié)構(gòu)自檢

煙囪電動(dòng)升模系統(tǒng)采用了非標(biāo)工裝，由操作架、操作平臺(tái)及隨升井架、懸掛式單元大模板、垂直運(yùn)輸系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成。

其施工平臺(tái)組裝過程中進(jìn)行自檢主要目的是：考核主要技術(shù)性能及參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；是否符合有關(guān)規(guī)定；考核整機(jī)及主要部件制造和裝配質(zhì)量。為進(jìn)一步調(diào)試完善系統(tǒng)提供實(shí)在依據(jù)，為安全生產(chǎn)提供了可靠保證。

6.2 垂直運(yùn)輸系統(tǒng)驗(yàn)收

垂直運(yùn)輸系統(tǒng)驗(yàn)收檢查表中包括梯籠鋼絲繩、扒桿與鋼絲繩、梯籠導(dǎo)索、天輪、地輪、集控卷揚(yáng)機(jī)及制動(dòng)器、搖頭扒桿與卷揚(yáng)機(jī)、環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆、電梯梯籠、供電配電、照明及信號(hào)控制、電梯控制、空載試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)等檢查項(xiàng)目。

7 升模平臺(tái)試壓

7.1 試驗(yàn)施工步驟

首先對(duì)試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作和施工平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、聯(lián)結(jié)件、焊接質(zhì)量、提升架導(dǎo)軌、通訊系統(tǒng)進(jìn)行檢查和測量。然后對(duì)施工平臺(tái)做空載試驗(yàn)，并達(dá)到動(dòng)力系統(tǒng)平穩(wěn)，無明顯沖擊、振動(dòng)，平臺(tái)提升平穩(wěn)，無明顯傾斜、扭轉(zhuǎn)、飄移。之后開始進(jìn)行額定載荷（靜載）試驗(yàn)（平臺(tái)及隨升井架）。平臺(tái)靜載試驗(yàn)堆載布置如圖6所示。

平臺(tái)自重為36.45 t，在做靜載試驗(yàn)時(shí)，按照平臺(tái)自重的120%荷載進(jìn)行靜載試驗(yàn)，即為43.74 t，Ⅱ區(qū)載荷20.74 t，Ⅰ區(qū)載荷為23 t。當(dāng)加載到額定質(zhì)量后，靜置24 h，留待觀查。

圖6 平臺(tái)靜載試驗(yàn)堆載布置

載荷試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到金屬結(jié)構(gòu)件無永久變形，無可見裂紋，聯(lián)接件無損壞松動(dòng)現(xiàn)象；平臺(tái)沉降量42 mm，輻射梁撓度28 mm，中心鼓圈下沉量≤50 mm，輻射梁跨中撓度≤30 mm。

7.2 試驗(yàn)技術(shù)檢驗(yàn)記錄要求

金屬構(gòu)件無永久變形，無可見裂紋，聯(lián)結(jié)件無損壞松動(dòng)現(xiàn)象，施工平臺(tái)沉降量42 mm，輻射梁撓度28 mm，中心鼓圈下沉量50 mm，輻射梁跨中撓度30 mm。

8 結(jié)語

在上文的工程實(shí)踐中，超高煙囪可以大幅提升施工效率，從而在保證安全的情況下，大幅縮短工期，能滿足工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全文明施工的要求，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。