單點懸掛式煙囪鋼內筒液壓頂升法施工

(中國能源建設集團江蘇省電力建設第三工程有限公司,江蘇 鎮江 212003)

單點懸掛式煙囪鋼內筒液壓頂升法施工,首先在煙囪零米制作頂升鋼架,在頂升鋼架上布置16臺35 t的穿心千斤頂,每臺千斤頂配高強度鋼拉桿1根。千斤頂、油泵等提升設備置于頂升鋼架操作平臺上,從上至下采用倒裝法完成煙囪鋼內筒的安裝。

1 工程概況及施工難點

新疆某煤基新材料項目動力裝置電廠建有雙鋼套筒式鋼筋混凝土煙囪,兩只鋼內筒彼此獨立、各自對應1臺機組。煙囪鋼內筒結構懸掛式筒體鋼結構,鋼內筒內徑為5.2 m的直筒,高度為210 m。每個內筒筒體共分兩段,上部段為懸吊段,段長158 m,布置于52 ～210 m標高范圍,為10+1.2 mm厚鈦鋼復合板材料,懸吊在195 m層的平臺大梁,在懸吊段局部195 ～198 m加厚為20+1.2 mm厚鈦鋼復合板材料。下部段為自立段,段長17.295 m,支撐在33 m層平臺混凝土支墩上,材料為12+1.2 mm厚鈦鋼復合材料。上部段與下部段在標高51.1～52 m間通過膨脹伸縮節相連。當鋼內筒頂提升到210 m時,千斤頂承受最大荷載為314 t,起重量超大。頂升過程中豎直度控制非常關鍵。頂升到頂后,在鋼內筒上開煙道孔。千斤頂和漲圈下移至下一節鋼內筒時,鋼內筒落地的穩定性是施工的難點,下部自立段支撐平臺以下頂升用的臨時鋼結構標準節質量控制是關鍵所在。

2 煙囪鋼內筒頂升法施工技術

2.1 工藝流程

第一步： 煙囪筒體分段在加工廠制作,每節高4 m。

第二步： 鋼內筒采用頂升倒裝法施工,鋼平臺安裝完成后,再安裝提升支架及提升設備,安裝鋪設操作平臺,運輸小車及其軌道。

第三步： 采用行走小車將筒段運到安裝點,利用頂升裝置逐段安裝。2個鋼內筒依次安裝,采用倒裝法施工,先安裝筒首部分,之后提升4 m,在下部再拼接一段,循環往復直到內筒上升到210 m為止。再依次安裝第二個內筒。33.8 m以下無筒體部分采用鋼結構標準節替代筒體,安裝完成后拆除標準節。

第四步： 煙囪鋼內筒倒裝結束后,安裝煙囪鋼內筒懸掛點。將千斤頂移至2#鋼內筒處并安裝好,準備下一個內筒的施工。及時安裝33 m平臺上因施工需要而未安裝完的鋼梁,澆灌內筒基礎支墩,支墩砼強度達到要求后,擰緊地腳螺栓。同設備安裝單位協調后,在鋼煙囪上開煙道孔。錨栓固定后,進行膨脹節、止晃點等安裝,最后拆除導向裝置,安裝完所有的止晃裝置。

煙囪節段就位、頂升流程見圖1。

圖1 煙囪節段就位、頂升流程

2.2 煙囪零米布置

在煙囪外零米地面布置頂升鋼架,運輸小車及其軌道,具體見圖2。

2.3 頂升系統安裝

頂升鋼架平面及剖面圖見圖3。

2.3.1 千斤頂安裝

提升用的千斤頂擬采用專用千斤頂,其相關參數如下：額定提升力350 kN,行程100 mm,穿心孔徑50 mm,外形尺寸φ300 mm,提升速度6 m/h。

同步提升千斤頂安裝是將千斤頂置于要求的部位,安裝需要滿足承力、便于操作、滿足符合千斤頂機械性能要求。油管接口和各電器接口朝向安裝,其位置的方向性須符合連接要求。千斤頂須放置穩妥,保證受力后不發生滑移或其他機械問題。

利用汽車運輸筒節進入砼煙囪筒內,利用16t卷揚機卸車及安裝提升支架,點焊牢固后,進行施焊。經現場檢測符合施工要求后,再進行安裝千斤頂及相關設備安裝。

圖2 煙囪內零米平面布置圖

圖3 頂升鋼架平面圖、剖面圖

千斤頂安置完成后,按照要求布設鋼拉桿,具體根據實際情況確定。鋼拉桿穿設完成后,每一根鋼拉桿需要預先張拉到相同的受力狀態,保證提升時,每根鋼拉桿受力一致,拉升長度大致相同。初預緊采用5 t倒鏈施加,達到千斤頂受力要求即可。

2.3.2 導向輪安裝

煙囪頂升過程中,為保證煙囪節段的重心在提升吊點組成的幾何范圍內,讓其垂直頂升,需要設立導向裝置。導向裝置在煙囪倒裝過程中,在煙囪提升的適當位置布置,分四次設立。

第一次在1號平臺主梁上(33 m層)設置3個,沿內筒平面外周長三等分布置。第二次在3號平臺主梁上(88 m層)設置3個,沿內筒平面外周長三等分布置。第三次在4號平臺主梁上(115 m層)設置3個,沿內筒平面外周長三等分布置。第四次在5號平臺主梁上(155 m層)設置3個,沿內筒平面外周長三等分布置。

頂升過程中,導向裝置采用滾輪裝置和煙囪壁板表面接觸,承受的軸向力不小于2 t。鋼內筒導向鋼平臺的止晃點在內筒施工完后再安裝,確保鋼煙囪的加固圈能順利通過。

2.3.3 頂升過程中鋼內筒平穩落地措施

在頂升過程中,上一節鋼內筒頂到預定位置時,下一節鋼內筒通過運輸小車運至頂升架內并與上一節鋼內筒對口焊接好后,千斤頂和漲圈下移至下一節鋼內筒時,施工中的鋼內筒落在運輸小車的一瞬間,零米設置的落地平臺需要保證鋼內筒平穩落地,否則將造成鋼內筒失穩,本工程在運輸小車平臺下方設置8臺50 t千斤頂,很好地解決了煙囪鋼內筒平穩落地的問題。

2.4 臨時標準節

33 m平臺以下采用臨時標準節來完成頂升過程。

由于鋼內筒下面一段是座在33 m平臺上,內筒在頂升時33 m以下加臨時標準節,共7節,標準節詳圖見圖4。

圖4 頂升臨時標準節平面及立面

2.5 漲圈

采用20 mm厚鋼板焊接成400 mmh300 mm箱形梁,閉口處用千斤頂收緊,在頂升過程中布置在上筒與下筒接縫的上口處。

2.6 頂升鋼架和千斤頂受力計算

當鋼內筒頂提升到210 m時,千斤頂承受最大荷載為3135.79 kN,具體計算如下。

2.6.1 千斤頂驗算

選定16臺350 kN穿心式千斤頂,額定提升能力為16h350=5600 kN。

根據《煙囪工程施工驗收規范》(GB50078－2008)要求,多臺頂升設備同時工作時,最大荷載不得超過設備允許總額定荷載的80%,即5600h0.8=4480 kN。本次作業千斤頂承受最大荷載為3135.79 kN,符合起重要求。

2.6.2 煙囪地面承載力驗算

頂升架底面墊20 mm厚6.4 mh6.4 m鋼板,鋼內筒傳至煙囪地面的總荷載為3345.49 kN,地基承載力為114 kPa,小于地基承載力特征值120 kPa。

經驗算,煙囪地面承載力符合要求。

2.6.3 提升支架鋼立柱和鋼梁

(1)351h12鋼柱每個鋼內筒處布置4根,單根長6.3 m,每根立柱承受最大荷載為783.95 kN。

根據鋼結構設計規范(GB50017－2003),柱計算如下。

強度驗算：

式中：N為軸心壓力,取值1.1h103kN；An為凈截面面積,取值1.28h104mm2；f為鋼材抗壓強度設計值,取值215 N/mm2。

穩定性驗算：

式中：N為軸心壓力,取值1.1h103kN；A為構件的毛截面面積,取值1.28h104mm2；φ為軸心受壓構件的穩定系數；f為鋼材抗壓強度設計值,取值215 N/mm2。

查鋼結構設計規范(GB50017－2003)附錄C得φ=0.907

經驗算351h12鋼柱符合要求。

(2)主 鋼 梁(HN700 mmh300 mm h13 mmh24 mm)共4根,單根長5765 mm,受力示意圖見圖5。

圖5 主鋼梁HN700h300h13h24受力

抗彎強度驗算：

式中：M為彎矩,取值1.1h109N·mm；w為凈截面模量,取值5.64h106mm3；γ為為截面塑性發展,對工字形截面取值1.05；f為鋼材的抗彎設計值,取值215 N/mm2。

抗剪強度驗算：

式中：v為剪力,取值553.4 kN；Am為構件凈截面面積,取值231.5 cm2；fv為鋼材抗剪強度設計值,取值125 N/mm2。

撓度驗算：

式中：E為鋼材彈性模量,取值2.06h105N/mm2；I為慣性矩,取值 1.97h109mm4；F為主鋼梁受的集中荷載,取值2.77h105N；l為主鋼梁跨度,取值5765 mm。

經驗算主鋼梁HN700h300h13h24符合要求。

(3)次 鋼 梁(HM588 mmh300 mm h12 mmh20 mm)共 4根 ,單根長 2389 mm,受力示意圖見圖6。

圖6 主鋼梁HM588h300h12h20受力

抗彎強度驗算：

式中：M為彎矩,取值1.7h108N·mm ；w為凈截面模量,取值3890 cm3；γ為截面塑性發展系數,對工字形截面,取值1.05 ；f為鋼材的抗彎設計值,取值215 N/mm2。

抗剪強度驗算：

式中：v為剪力,取值2.77h105N；fv為鋼材抗剪強度設計值,取值125 N/mm2；Am為構件凈截面面積,取值1.87h104mm2。

撓度驗算：

式中：F為主鋼梁受的集中荷載,取值2.77h105N；l為主鋼梁跨度,取值2389 mm。E為鋼材彈性模量,取值2.06h105N/mm2；I為慣性矩,取值1.14h109mm4。

經驗算次鋼梁HM588h300h12h20符合要求。

2.7 鋼內筒穩定性驗算

鋼內筒按最下面一節進行計算

式中：N為軸心壓力,取值3.14h103kN；A為構件的毛截面面積,取值1.96h105mm2；φ為軸心受壓構件的穩定系數；f為鋼材抗壓強度設計值,取值215 N/mm2。

查鋼結構設計規范(GB50017－2003)附錄C得φ=0.668

3 結語

煙囪單點懸掛式煙囪鋼內筒液壓頂升法施工技術解決了煙囪鋼內筒高聳構筑物高空作業的難題,液壓頂升的工藝有效避免了因提升方法造成的鋼絲繩超長打卷、鋼絲繩易損等危險。運輸小車行至頂升鋼架下,設置液壓千斤頂,保證了每節鋼內筒頂升轉換過程中鋼內筒落地受力的穩定性,為施工提供了安全保障。充分利用導向輪、頂升鋼架施工平臺,高效地完成了施工任務。