重型薄壁管吊裝技術研究與應用

摘 要：某水泥廠生產過程出現三次風管的三個鋼結構門架焊縫開裂，導致不同程度的傾斜，如不及時加固處理三次風管將有斷裂倒塌的危險。由于整個三次風管處于多約束、受力邊界條件難以確定的超靜定狀態，針對這種大口徑薄壁鋼管，無施工經驗可循。三次風管外形尺寸為Φ4020mm×88000mm，內含耐火材料，設備總重約480t，管壁由8mm至20mm不同厚度鋼板焊接而成，與水平面傾斜10°，高端標高38m。文章以此工程為研究對象，針對狹窄施工場地，論證了常規起重機吊裝無法滿足施工條件下，采用了筒吊筒節及液壓提升裝置進行設備吊裝的方案，對施工過程中涉及的鋼結構等進行詳盡受力分析和設計優化，實現設備安全可靠吊裝，成本低工期優的目標。

關鍵詞：大型薄鋼管；吊裝；臨時門架；超靜定

1 概況

在狹窄空間內將重型設備經濟可靠地吊裝，已成為特種吊裝技術課題，并隨著起重工程新技術新設備應用而得到快速發展。特別在薄壁管吊裝技術研究方面，國內通常做法采用龍門架或流動式起重機；龍門架結合液壓提升裝置，起重能力大；流動式起重機機動靈活，作業時負荷率裕量一半控制在30%左右。

由于本工程三次風管處于多約束、受力邊界條件難以確定的超靜定狀態，而流動式起重機在此類吊裝條件不明，風險較高的施工作業，負荷率裕量一半控制在30%以上，經核算至少需要兩臺千噸級的流動式起重機才能滿足施工。經過分析論證最終采24節筒節組成4點支撐架，與吊裝梁形成整體穩定井字結構，結合液壓提升裝置形成吊裝臨時門架。

如何將三次風管一次布置兩次提升是整個吊裝工程的重點和難點。文章將結合某水泥廠三次風管吊裝對該技術進行探討和論證，希望為國內大型施工項目（特別是在化工行業、電建行業）大型管道設備吊裝提供一種思路驗，為今后的研究和方案設計提供借鑒。

2 吊裝方案可行性分析

2.1 吊裝方案可行性分析

三次風管重約430t，跨度長達88m，壁厚8～20mm，傾斜10°安裝，高端標高38m，屬于重型薄壁管，檢修工期緊張，吊裝難度相當大。

方案一：是使用大吊機抬吊，經初步分析，需要使用一臺900t和兩臺600t履帶吊抬吊，但是場地無法滿足三臺大吊機的組裝，且工期長，費用昂貴，因此該方案否決。

方案二：是使用筒節+液壓提升裝置進行吊裝，采用由24節筒節組成4點支撐架，與吊裝梁形成整體穩定井字結構，結合LSD-350液壓提升裝置形成吊裝系統，該吊裝系統吊裝能力滿足要求，現場也具備組裝條件，關鍵是吊點的選擇及整個系統穩定性控制。

2.2 方案的確定

經過對現場情況的詳細考察，結合工期、施工難度、風險控制等相關因素，決定先對三次風管進行臨時加固，然后選擇在P3與P4支架之間布置筒節+液壓提升裝置吊裝系統，在P2處用兩臺300t汽車吊抬吊，分兩次提升作業，先修復好P4支架，再修復P3、P2支架。各個吊點的受力大小先由計算機軟件模擬分析得出，并根據三次風管的實際受力狀態進行調整。

3 吊裝方案實施

3.1 概述

如圖2所示布置吊裝系統：基礎壓實承壓達15t/m2，在其上并排布置兩塊6m均載板，在均載板上布置筒節，筒節加到三節高度時，用圓鋼和工字鋼加固后再繼續往上加節，布置好筒節后再用工字鋼和圓鋼加固，形成框架穩定結構。最后在筒節頂部布置24m吊裝梁及LSD-350液壓提升裝置。在布置吊裝系統的施工過程中要嚴格控制筒節的垂直度，保證安裝好后垂直度不大于H/1500。

3.2 吊裝重點難點

3.2.1 筒節-臨時門架

采用筒節-臨時門架，對地基要求平整壓實，且并排鋪設兩塊6m×2.4m×0.3m均載板，地壓要求：吊裝系統重約545t，三次風管重約480t，則對地壓強為（545+480）/（6×2.4×0.7×2×4）=12.8t/m2（式中0.7為均載板與地面的接觸率），因此地基承壓需達到15t/m2。筒節與筒節之間通過20顆高強螺栓連接，筒節安裝好后的垂直度根據相關規范應不大于H/1500。

3.2.2 水平力分析與控制

如圖4所示，吊具直接作用在三次風管上的力為F，由于三次風管與水平面成10°傾角，作用力F可分解為垂直分力F1與水平分力F2，根據作用力與反作用力關系可知，三次風管在吊裝受力過程中，會對吊裝系統產生水平作用力F2'，因此臨時門架式吊裝系統必須具備抵抗傾翻的能力，由于筒節與地基沒有固定連接，單座筒節抗傾翻能力是不足的，需要將四座筒節連成一個整體框架結構。

加固措施。在筒節與均載板之間，吊裝梁與均載板之間均用“7”字板焊接，左右筒節之間在第三節上孔穿Ф219mm無縫鋼管連接，前后筒節之間通過32#工字鋼水平連接和交叉連接，頂部兩條24m吊裝梁通過32#工字鋼連接，這樣整個吊裝系統形成穩定的框架結構。

3.2.3 鞍座設計制作

三次風管質量重，直徑大，壁薄，傾斜10°，對吊點吊具設計要求苛刻。結合以往的經驗，設計制作了兩個加寬型鞍座，接觸面寬度1500mm，單個承載能力200t，并在鞍座的表面墊5mm厚橡膠皮，這樣可以保證三次風管受力良好，不會發生過大變形。

3.2.4 超靜定結構加固

三次風管共有五處支撐點，為超靜定結構。三次風管由8mm～20mm不同厚度鋼板焊接而成，跨距大，如何保證其在吊裝過程中不因過度變形而發生破壞是難點。采取了如下措施：

三次風管本身加固，對三次風管全長范圍內的每道焊縫加焊三塊鋼板，防止焊縫在受力后爆裂；

對三次風管三通管處進行加固處理，在其底部安裝一個托架，與廠房立柱固定，防止三次風管進一步下垂；對已發生傾斜的三個鋼結構門架焊接斜撐及拉設攬風繩，防止其進一步傾倒，并且保證在三次風管提升離空后門架不會倒塌。

3.2.5 超靜定結構受力分析

作業時每個吊點的選擇及受力大小直接影響著整個超靜定結構受力情況，對施工過程吊點受力及三次風管穩定性情況進行預判，顯得非常重要，把各種風險降到最低。由于三次分管處于多約束超靜定結構模式下，常規的手工計算已無法精確得出結果，通過SMSolver軟件可以模擬分析得出數據，指導現場施工。

為確保三次風管在提升預定位移的過程中不因變形過大而發生破壞，需要確定各個提升點的受力大小，并轉換成液壓提升裝置的提升壓力值。

第一次提升，經過計算機多次模擬分析，確定各提升點的最佳受力值（液壓提升裝置壓力）為：第1提升點勞辛格提升30t（2×1.0MPa），第2提升點勞辛格提升180t（2×6.3MPa），第3提升點輔助汽車吊提升35t。（如圖4，表2）

第二次提升，按照加固點未移除的情況下計算，確定各提升點的最佳受力值為：第1提升點勞辛格提升175t（2×6.1MPa），第2提升點勞辛格提升100t（2×3.5MPa），第4提升點兩臺汽車吊提升135t。（如圖5，表3）

通過三次風管多約束超靜定結構模式狀態下的受力分析，指導了施工；液壓提升裝置實際受力大小與模擬計算結果出入不到，很好地從技術方面保障了施工的安全。

經過三次風管吊裝方案的優化設計，降低起重機作業的風險，降低成本，節省工期，安全可靠吊裝，效益相當明顯。文章提到的解決方案是個例，能為類似大型工程項目中的設備吊裝提供一種思路，為今后方案設計提供很好借鑒。

4 社會經濟效益

針對狹窄施工場地，特別在常規起重機吊裝無法滿足施工條件下，采用非常規吊裝的方案，對施工過程中涉及的鋼結構等進行詳盡受力分析和設計優化，為類似施工提供一個施工案例。三次風管的成功吊裝，檢驗了該套重型薄壁管吊裝技術的可行性及優越性，該吊裝技術具有通用性，極具推廣使用價值。