超高煙囪電動升模平臺安裝技術

中建三局第二建設工程有限責任公司 武漢 430074

1 工程概況

某火電廠2×600 MW機組高240 m，Φ8.5 m煙囪系外嵌多層窗洞、中布夾層平臺與分段直爬梯、內置組疊式耐酸排煙筒、上閉式壓頂的鋼筋混凝土結構工程，采用技術較為先進的電動升模工藝。

依據筒身結構結合電動升模工藝的特點，并考慮方便施工作業和工期安排，擬在筒身翻模至7.20 m標高后，開始組裝施工平臺。整個操作平臺由輻射型平臺鋼梁、網狀平臺鋼圈、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、獨立式搖頭扒桿、滯后下掛圓形筒子模工具式砌筑平臺與內環形支模、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平臺。整個操作平臺托體為專用爬模設備，其結構主要由提升架、操作架、提升動力系統、附壁裝置、隨升模板及安全防護結構等組成。

2 電動升模原理簡介[1-3]

電動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度的鋼筋混凝土筒壁上的支模操作架和提升架，及聯結操作架和提升架的電動提升設備，一架固定，一架相對運動，交替爬升，從而帶動模板及整個施工平臺提升。采用該工藝施工支模、扎鋼筋、澆筑混凝土均在靜態下工作，與常規施工一樣，每模施工高度1.6 m，每?？蓪Ω鞴ば虻氖┕べ|量進行認真檢查，保證施工質量。

3 升模平臺工藝概要

3.1 主要結構參數

煙囪整個升模平臺設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、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全景示意。

3.2 施工平臺受力分析

施工平臺受力分析如圖2所示。

3.3 輻射梁撓度驗算

輻射梁受力簡支示意如圖3所示。根據計算，力G的擾度值為8.36 mm，力F的擾度值為5.78 mm。根據撓度疊加原理則最大撓度為14.14 mm，因此，此施工平臺輻射梁的擾度與梁跨長的比值小于建設實踐中許用的擾度與梁跨長的比值，完全滿足設計使用要求。

3.4 提升系統附壁裝置穿墻桿的受力驗算[4]

電動升模系統在靜態工況時有192 根Φ40 mm穿墻桿承受施工平臺的總載荷，則每根穿墻桿受力為1 898 N，其受力工況如圖4所示。

圖1 施工平臺全景示意

圖2 平臺受力簡支示意

圖3 輻射梁受力簡支示意

圖4 穿墻桿受力工況示意

電動升模系統在動態工況時有128 根Φ40 mm圓鋼（穿墻桿）承受施工平臺的總載荷，由16 榀內提升架傳力，外提升架（亦為16 榀）只承擔爬架自重和外模板系統的質量，內、外提升過程是分步錯開進行的。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態時發生，且主要應力為抗剪。

穿墻桿材料為Q235，其許用剪切應力為 115 N/mm2，其截面面積為1 256.64 mm2，截面實際承受的剪應力為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?。ú坏? 502 N），施力偏心力矩90 mm就顯得極小，所以對穿墻螺桿無需進行抗彎強度校核，僅作抗剪切校核計算即可，由上計算過程可得知抗剪強度足夠。同理，與之對應的專用掛鉤（系懸臂梁結構長250 mm）其抗彎強度亦足夠。

4 升模平臺組裝

結合工藝流程，施工平臺總的安裝順序應分為四個階段。第一階段為爬升靴→內支承腳手→中心鼓圈→提升爬架→輻射梁；第二階段為操作平臺→井架及撐桿→電氣→下弦及輔助平臺→扒桿；第三階段為各部走道→內外模板單元→立體全方位安全防護；第四階段為垂直運輸系統→地面防護隔離體系→內壁環梁吊裝系統。

4.1 組裝前的檢查、試驗[5,6]

組裝前檢查、試驗共分5 個步驟：

（a）檢查煙囪筒壁高3 層穿墻預留孔洞位置是否符合要求；

（b）檢查煙囪內±0.00 m層，預設并組焊好地輪架及導向滑輪，設置好集中控制室并將設備準確就位；

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

（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量是否正確良好；

（e）檢查標準件及其他備品備件的準備情況。

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，在筒壁相應預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

最遠吊裝單元構件為中心鼓圈，吊裝時的回轉半徑大于17 m，質量約為1.3 t。內外爬架的吊裝回轉半徑小于14 m，且一個址位可以安裝6～8 件內外爬架。內爬架的吊裝障礙為煙囪筒壁上鋼筋，其標高約為11.5 m，在實際安裝就位過程中可以采取配合人力拉開慢速越過；所有爬架的吊裝結構質量約為1.3 t；中心鼓圈為首吊。

4.3.2 煙囪升模平臺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。吊裝順序為：備好吊裝用的所有索具、常規手持普通工具與電動工具（如角磨機），以及安裝用的標準件；所有構件轉移至預定區域，布局要合理；首吊為中心鼓圈，按預定方位準確就位；按構件吊裝順序與吊車的行駛路線將內外爬架、主次輻射梁等構件依次安裝就位，同時將輻射梁與中心鼓圈用銷軸聯結好，中間穿插吊裝1/2平臺鋼圈，按順序吊裝共51 吊次，吊車裝位置初定為3 個位置；按指定順序將平臺鋼圈分2 次起吊，分別堆放在中心鼓圈的兩側。

4.4 提升架的安裝

沿筒壁優選的起始吊裝部位，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，使其與環周16等分中線嚴格對準；使每榀提升架的小架處于最上位置，即處于預提狀態，同時檢查動力系統及提升架導軌運動狀況是否良好；安裝提升架間各層走道板，并檢查其平整與穩固情況；安裝內外圍安全攔繩及電源干線，使每榀提升架做好受電準備。

4.5 操作平臺的安裝

在筒內+7.2 m標高處搭設中心鼓圈臨時支承平臺，中心鼓圈的支承腳手為4.8 m×4.8 m立柱結構，立桿間距控制在800 mm以內，頂面鋪滿木方及腳手板（或膠合模板），腳手支承必須穩固。按預定方位吊裝中心鼓圈，準確就位，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結，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，根據煙囪的直徑特點，安裝后的效果是平臺中心部位起拱約15 cm，組裝好的平臺呈拱狀；焊接組合8 道下弦拉板及16 道柔性輔助拉索。平臺8 道鋼圈的圍焊，接頭盡量搭接在輻射梁上，否則要作接頭加強處理措施。在鋼圈焊固后，即可進行平臺板的鋪設，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，交錯搭接量不得小于200 mm，同時還必須充分考慮施工過程中最外圍鋼圈割除后平臺方板的抗翹功能，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，鋪設過程中應對稱進行，同時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安裝好天輪支架梁，用臨時纜索拉正井架。安裝井架撐桿，調節撐桿螺栓，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機。

4.7 電氣系統的安裝[7]

按電氣原理圖規范地安裝電氣系統，搭設固定的照明系統，保證施工作業區域的空間照度，內外圍流動施工作業燈必須采用低壓行燈變壓器。調試好上平臺提升系統的單升與聯動，架設越空電纜天梯。完成上平臺、砌筑平臺（此階段只能預留）、下平臺、搖頭扒桿、電梯等部位的控制體系。調試好集控室內所有卷揚機；

4.8 敷設安全網系統

按規范架設各部空間結構處的安全防護欄桿及圍網（平、立網），要求牢靠結實，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，平網能承受100 kg以上的沖擊。

4.9 垂直運輸系統的安裝

垂直運輸系統由2 臺電梯與1 座長13.5 m、Φ159 mm、壁厚8 mm的鋼管搖頭扒桿，電梯負責防腐隔熱內襯材料、混凝土的垂直運輸和人員上下，搖頭扒桿負責筒壁鋼筋的垂直運輸。電梯在柔性滑道導索上升降、起落，導索采用Φ21 mm鋼絲繩，由2 臺電動環鏈葫蘆張緊，整個垂直運輸系統均由設在地面的集中控制室控制。其安裝順序為：卷揚機就位→天地輪的安裝→所有的起重鋼絲繩的穿繞→導索→安全裝置的固設。

4.10 內外模板系統的安裝[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造，單元之間設收分模板。圍檁采用8 mm槽鋼制作，共3 道，圍檁兩端采用鉸接，并用M16雙頭螺栓調節適應煙囪筒壁的弧度，模板通過頂緊絲桿支撐于操作架（或內吊架、平臺中心鼓筒）內柱上，利用絲桿螺旋副將模板固定或脫離煙囪筒壁。

模板系統的制安，在地面按所在標高的煙囪筒壁半徑將模板與圍檁組合并調節好其初始曲率。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結并懸掛在吊掛體系上。

按所在組裝標高時的煙囪內外半徑，調整聯結好各單元模板，緊貼煙囪筒壁。裝好對拉絲桿，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，對內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 施工平臺安裝技術處理

此次提升操作架布局有4 榀位于煙道口，呈半邊著力狀態，為此，必須在洞口搭設豎向加密鋼管腳手架夾扣于內外煙囪筒壁，局部做焊接加強處理，以增加其穩定性。在腳手架上模擬預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，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 電動升模系統驗收

電動升模系統安裝完畢后，即需進行全面的自檢自查工作。按“施工平臺組裝分部結構自檢表項”進行自檢，按“垂直運輸系統驗收檢查表”有關各項進行全面驗收后才能投入使用。

6.1 施工平臺組裝分部結構自檢

煙囪電動升模系統采用了非標工裝，由操作架、操作平臺及隨升井架、懸掛式單元大模板、垂直運輸系統、操作系統、電氣系統等部分組成。

其施工平臺組裝過程中進行自檢主要目的是：考核主要技術性能及參數是否達到設計要求；是否符合有關規定；考核整機及主要部件制造和裝配質量。為進一步調試完善系統提供實在依據，為安全生產提供了可靠保證。

6.2 垂直運輸系統驗收

垂直運輸系統驗收檢查表中包括梯籠鋼絲繩、扒桿與鋼絲繩、梯籠導索、天輪、地輪、集控卷揚機及制動器、搖頭扒桿與卷揚機、環鏈電動葫蘆、電梯梯籠、供電配電、照明及信號控制、電梯控制、空載試驗、靜載試驗、動載試驗等檢查項目。

7 升模平臺試壓

7.1 試驗施工步驟

首先對試驗前的準備工作和施工平臺的動力系統、電氣系統、操作系統、聯結件、焊接質量、提升架導軌、通訊系統進行檢查和測量。然后對施工平臺做空載試驗，并達到動力系統平穩，無明顯沖擊、振動，平臺提升平穩，無明顯傾斜、扭轉、飄移。之后開始進行額定載荷（靜載）試驗（平臺及隨升井架）。平臺靜載試驗堆載布置如圖6所示。

平臺自重為36.45 t，在做靜載試驗時，按照平臺自重的120%荷載進行靜載試驗，即為43.74 t，Ⅱ區載荷20.74 t，Ⅰ區載荷為23 t。當加載到額定質量后，靜置24 h，留待觀查。

圖6 平臺靜載試驗堆載布置

載荷試驗應達到金屬結構件無永久變形，無可見裂紋，聯接件無損壞松動現象；平臺沉降量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 試驗技術檢驗記錄要求

金屬構件無永久變形，無可見裂紋，聯結件無損壞松動現象，施工平臺沉降量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 結語

在上文的工程實踐中，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，能滿足工程進度、質量和安全文明施工的要求，產生良好的社會效益和經濟效益。