大型鋼結構間冷塔展開平臺施工技術

周 銘

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程資料

1.1 工程概況

陜能麟游鋼結構間冷塔項目位于陜西省寶雞市麟游縣兩亭鎮(zhèn)園子坪村，西靠S210省道，東鄰天堂河。項目位于凹地，四面高坡，距離甘肅省靈臺縣20 km，距離陜西省寶雞市100 km。

間冷塔為純鋼結構，底部為錐體，上部為圓柱塔體，塔體結構與基礎通過預埋件進行連接[1-5]。間冷塔主要包括6個部分：下部錐體底部直徑為147.5 m，高度55.0 m；圓柱塔體直徑98.5 m，高度114.5 m；加強環(huán)共4道；展開平臺環(huán)繞錐段第2、3層；檁條及鋁蒙皮布設于第4層至塔頂以及展開平臺；上塔爬梯從展開平臺延伸至塔頂（圖1）。

1.2 間冷塔

間冷塔是用水作為循環(huán)冷卻劑，從系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷卻原理是利用水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產生蒸汽，蒸汽揮發(fā)帶走熱量達到蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱等來散去工業(yè)上或制冷空調中產生的余熱，從而降低水溫，以保證系統(tǒng)的正常運行，裝置一般為桶狀。

圖1 間冷塔結構

本工程間冷塔采用蒙皮內置結構形式，即鋼構件在外，蒙皮在內，此種形式在世界上暫未看到相關應用的案例。這種結構形式能把煙氣和鋼構件完全隔離開，杜絕了煙氣對鋼構件的腐蝕，保證了鋼塔在整個服役期間的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 展開平臺

間冷塔展開平臺從3層水平橫桿處外伸，撐至1層水平橫桿處，整體寬度約18.5 m，整體高度約24.0 m。展開平臺共包括33個標準單元、1個爬梯處特殊單元和1個煙道處特殊單元（圖2）。展開平臺由桁架結構、斜立柱、檁條、隅撐、拉條、天溝及外覆鋁蒙皮等組成。桁架結構高1.92 m，長18.50 m；煙道處展開平臺最大，寬26.10 m，長18.50 m，下撐桿長17.93 m，總質量24.8 t。

鋁蒙皮厚度2 mm依靠自攻螺釘固定在檁條上。展開平臺鋁蒙皮總面積7 020 m2，總質量64.4 t。

圖2 展開平臺示意

2 展開平臺地面拼裝技術

2.1 地面拼裝

安裝地面組拼展開平臺，展開平臺在胎架上進行組對、拼裝。拼裝胎架要求場地平整度較好，鋪設型鋼作為基礎，在型鋼上根據展開平臺不同位置、不同坐標設置型鋼支撐點。首先根據展開平臺關鍵點局部坐標確定桁架結構、斜立柱位置，將桁架結構、斜立柱拼裝到位并微調；然后利用工裝件安裝檁條、隅撐等桁架之間的構件，調整到位后完成焊接工作；再安裝拉條，并利用花籃螺栓拉緊拉條；之后安裝天溝；最后安裝外覆鋁蒙皮，形成一個模塊化單元板塊。

胎架拼裝場地需平整壓實，胎架拼裝要求結構穩(wěn)固，滿足拼裝要求，地面拼裝按照拼裝精度要求控制，根據圖紙中三角支架關鍵點局部坐標進行拼裝，局部拼裝節(jié)點結合模型進行控制。

2.2 拼裝單元控制點坐標

間冷塔展開平臺外觀為一個環(huán)形，整體吊裝難度大，故現場拆分成33個標準單元、1個爬梯處特殊單元和1個煙道處特殊單元。單元板塊地面拼裝成形，高空吊裝。

地面拼裝時，模型中調整展開平臺狀態(tài)至水平，桁架結構下弦桿為水平參照桿件，由此取得展開平臺單元板塊其余位置的三維坐標，利用三維坐標體系空間定位每根構件的相對位置，指導地面拼裝，保證高空安裝的精確度。

地面拼裝重點有以下兩個：一是控制桁架結構位置，保證桁架銷軸與塔體結構的精確對接；二是控制拼裝單元的外圍尺寸，保證拼裝單元之間的高空精確對接。

3 展開平臺高空安裝技術

3.1 展開平臺安裝技術

展開平臺在R1加強環(huán)完成后開始安裝，采用200 t履帶吊吊裝，先將展開平臺單元地面拼裝在一起，整體吊裝，展開平臺桁架采用四點吊裝，確保吊裝過程中構件不因自重作用而變形。吊裝完成后拉纜風繩固定，然后進行展開平臺單元之間的連接補缺工作，完成一跨的所有安裝工作后，再進行下一跨的安裝，逐跨進行。

展開平臺安裝流程主要分為地面拼裝、高空吊裝、連接補缺等步驟。

1）地面拼裝展開平臺單元。

2）吊裝組合構件，并拉纜風繩固定角度。

3）安裝組合構件，并拉纜風繩固定。

4）進行展開平臺單元之間的連接補缺工作。

5）完成一跨展開平臺全部安裝工作，進行下一跨展開平臺安裝，逐跨完成。

6）完成所有展開平臺的安裝工作，并完成所有節(jié)點的焊接工作，拆除纜風繩。

3.2 高空控制點坐標

為滿足間冷塔鋼結構定位需要，需構建穩(wěn)固的鋼結構專用平面控制網，選擇控制點時應選擇穩(wěn)定的不受施工影響的地點，同時考慮今后使用方便及通視問題。

采用內控及外控相結合的策略解決間冷塔鋼結構測量定位問題。因此，利用基礎施工方提供的基準點，在間冷塔外圍利用全站儀布設鋼結構測量外部控制網點，同時在間冷塔內部加強環(huán)上布設4個內部測量控制點。不論是外部點還是內部點，都要確保相互間通視，便于相互校核。

控制網須精確觀測嚴密平差后方可使用，控制點觀測墩采用強制歸心形式，減少對點誤差。

展開平臺僅一層，但外部懸挑較大，標高控制主要測量和控制各預拼單元的懸挑端頂標高，由于構件自重下撓、基礎沉降及鋼材線脹變形等的綜合影響，實際標高與設計標高差會有偏差，因此采用上拉下撐的形式以保證達到設計標高。

4 蒙皮補缺技術

4.1 補缺鋼掛籃安裝

補缺鋼掛籃長約21 m，總質量約1.3 t，上端通過L形勾頭構造掛置于P3層水平橫桿的下弦桿內，下端通過三角形支架擱置于天溝上（圖3）。

補缺鋼掛籃選用2臺50 t汽車吊雙機抬吊配合安裝。

主吊50 t汽車吊在主臂36.0 m吊裝半徑18 m時，其最大起重量為3.3 t，可滿足單獨吊裝鋼掛籃要求。副吊50 t汽車吊在主臂40.1 m吊裝半徑14 m時，其最大起重量為4.6 t，可滿足單獨吊裝鋼掛籃要求。因此上述配置可滿足雙機抬吊性能要求。

鋼掛籃的具體安裝流程如下。

1）在地面按圖紙要求將鋼掛籃拼裝并完成焊接，底面滿鋪走道板。

2）在掛籃中部設置主吊點（圖4），吊點通過卸甲和吊帶扣于主吊的小鉤上。

3）在掛籃最下端設置副吊點，通過卸甲和吊帶扣于副吊上。

圖3 補缺鋼掛籃立面示意

圖4 補缺鋼掛籃吊點示意

4）主吊點汽車吊緩慢起勾（副吊點跟隨起勾），緩慢回轉，將鋼掛籃上端臨時擱置于P3層下弦桿處。

5）主副吊點轉換，副吊點緩慢起鉤，使鋼絲繩受力，主吊點吊機鋼絲繩放長，逐漸不受力；在此期間，高空起重工需注意觀測吊機主臂位置，防止主臂碰撞展開平臺鋁蒙皮。

6）副吊點緩慢起勾，將掛籃下端三角支架連接螺孔提至高過天溝。

7）安裝三角支架，完成后，主副吊點松鉤，掛籃安裝完成。

8）補缺鋼掛籃的拆除與安裝的流程相反。

4.2 鋁蒙皮高空補缺

將展開平臺豎縫的補缺鋁板散件吊裝至展開平臺上，施工人員站立于展開平臺鋁蒙皮上和鋼掛籃內，將補缺鋁板安裝到位。補缺鋁板的布置位置及螺栓排布同地面展開平臺豎縫的布置完全一致。擰緊螺栓后應檢查鋁蒙皮補缺處是否存在漏風漏光的現象。若存在，用密封膠進行封閉。

4.3 鋼掛籃受力分析

鋼掛籃存在兩個最不利受力狀況，其一為僅主吊點受力起吊狀態(tài)，其二為鋼掛籃安裝就位狀態(tài)。僅主吊點受力起吊的狀態(tài)僅包括結構總質量，但需考慮動力系數；鋼掛籃安裝就位狀態(tài)除結構自重外，還需承受施工荷載（施工人員重量）。現針對該兩種狀態(tài)分別進行分析。

4.3.1 僅主吊點受力起吊

恒載（DL1）為鋼掛籃結構自重和走道板自重之和，考慮動力系數1.40，荷載組合為1.20×1.40×DL1（用于承載力校核）。邊界條件為在主吊點處施加所有平動約束（圖5）。

圖5 僅主吊點受力起吊時的鋼掛籃邊界條件

由有限元分析結果（圖6）可見，僅主吊點受力起吊時鋼掛籃設計應力比最大為0.65，小于1.0，說明結構構件滿足承載力要求且具有較大余量。

4.3.2 鋼掛籃安裝就位狀態(tài)

圖6 僅主吊點受力起吊時的鋼掛籃有限元分析結果

恒載（DL2）為鋼掛籃結構自重和走道板自重；活載（LL）為施工人員自重，有限元分析時采用于掛籃下橫桿施加5個1 kN的豎向集中荷載模擬。荷載組合為1.20×DL2＋1.40×LL（用于承載力校核）、DL2＋LL（用于變形校核）。邊界條件為在上端勾頭處節(jié)點約束所有平動約束，在下端節(jié)點施加z向約束（圖7）。

圖7 鋼掛籃安裝就位狀態(tài)鋼掛籃邊界條件

根據有限元分析結果（圖8）可見，鋼掛籃安裝就位狀態(tài)時鋼掛籃設計應力比最大為0.66，小于1.0，說明結構構件滿足承載力要求且具有較大余量；鋼掛籃最大變形為26.1 mm，小于容許撓度20 000/400＝50 mm，滿足使用撓度要求。

圖8 鋼掛籃安裝就位狀態(tài)鋼掛籃有限元分析結果

4.4 天溝受力分析

鋼掛籃傳至天溝（圖9）的豎向作用力設計值為V＝6.5 kN，作用點至展開平臺桁架距離3 m，則產生的最大彎矩為M＝19.5 kN·m。

圖9 天溝截面示意

根據圖9，直接承受剪力截面面積為Aw＝285 mm×5 mm，承擔彎矩的最小抗彎截面模量為Wx＝6.453× 105mm3，則最大剪應力τ＝V/Aw＝6 500/（285×5）＝4.6 MPa＜fv＝180 MPa；最大正應力σ＝M/Wx＝19.5×106/（6.453×105）＝30.2 MPa＜fd＝310 MPa。

天溝滿足承載力要求，且具有較大余量。

5 蒙皮高空補缺其他可行性方案

1）對方案一進行設計更改，將補缺蒙皮與既有蒙皮的連接方式由原設計的螺栓連接改為單邊螺栓或鉚釘連接，由此豎縫補缺無需掛籃，僅需站立在蒙皮上即可完成補缺施工。

2）對方案二進行設計更改，P3層主結構橫梁的上表面用鋼板密封，內側蒙皮直接與P3層內弦桿連接并用密封膠密封。展開平臺蒙皮與P3層外弦桿連接并用密封膠密封，可使橫縫補缺工作大大簡化，且可提高施工質量和蒙皮密封性能。

3）方案三對于場地平整且有硬化處理的施工現場，可考慮采用登高作業(yè)車進行蒙皮施工，優(yōu)點就是無需任何掛籃設計及安拆作業(yè)，常規(guī)施工。缺點是對場地平整度要求較高，且作業(yè)工人既要操作登高作業(yè)車又要進行蒙皮補缺作業(yè)，施工效率和安全性不如掛籃施工。

6 結語

陜能麟游間冷塔鋼結構工程間冷塔展開平臺施工技術，不僅創(chuàng)新性地解決了間冷塔鋼結構展開平臺的安裝難度以及安裝精度問題，同時極大降低了項目成本并且獲得了良好的社會效益。

目前，本工程已經總結出一套較為完整的間冷塔展開平臺施工技術，此種方法能較好地解決類似鋼結構間冷塔工程的展開平臺安裝難的問題，并能推廣至其他一些類似的鋼結構間冷塔安裝工程。