超大型雙曲線間接空冷塔施工技術研究與應用

李成寶，李 彬

（中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司，山東 濟南 250102）

間接空冷塔（以下簡稱間冷塔）間冷塔是火力發電廠標志性的構筑物之一，其形狀復雜、塔高壁薄，施工難度大。存在如下施工難題：高聳雙曲線筒壁混凝土如何實現連續性澆筑；雙截面雙向傾斜的“X”形支柱支撐架是否滿足施工要求；筒身雙曲線順滑度如何保證等。針對以上難點，中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司成立了“超大型雙曲線薄壁筒體結構施工技術研究”攻關組，創新采用“X”形支柱有限元分析技術、環形軌道式混凝土布料車技術、三維激光掃描測量技術等一整套技術，總結形成了超大型雙曲線薄壁筒體結構施工工法。

1 工程概況

以內蒙古盛魯電廠一期項目為例，該項目間冷塔基礎環基中心半徑為75.526m，環基斷面尺寸為10m×2.5m，環基設計底標高為-6.5m，有48對現澆鋼筋混凝土“X”形支柱支撐，“X”形支柱斷面尺寸為1.2m×1.8m，“X”形支柱頂面中心標高33.124m，X柱混凝土總方量為7500m3。塔高190m，出口直徑96.366m，喉部標高142.5m，直徑92.35m，進風口高度33.378m，進風口直徑130.11m，下環梁壁厚為1.95m，筒壁最薄處的壁厚只有0.3m。

環基共分為16倉，采用跳倉法施工；“X”形支柱分4段施工，“X”形支柱徑向腳手架支撐體系共34排，采用有限元分析方法對支撐架安全性及穩定性進行復核；間冷塔筒壁共計106節，采用環形軌道式電動布料車澆筑，曲線順滑度采用激光三維掃描技術進行半徑控制（同時配置SC200/200型垂直升降機及YDQ26×25-7液壓頂升平橋）。

2 主要創新技術方案

2.1 “X”形支柱異型空間支撐體系

（1）“X”形支柱支撐架設計。該項目間冷塔共48對“X”形支柱，腳手架設計為環形（封圈型）腳手架，按照區域設置48相同的單元，立桿徑向間距1.1m，環向間距0.94～1.225m。在每個單元的中間四跨向塔心方向繼續搭設15跨腳手架，徑向間距1.1m，環向間距0.94～0.699m，具體見圖1。

圖1 腳手架支撐系統平面布置圖及斷面示意圖

（2）建立有限元模型。通過使用SAP2000有限元軟件對“X”形支柱支撐腳手架進行模擬分析計算。主要對各施工段（一、二、三、四）的支撐架體整體位移和整體失穩模態進行模擬分析。

（3）整體失穩模態分析。所建模型通過SAP2000計算后得到整個體系的失穩模態，結構不會發生整體失穩。支撐體系有限元位移量及失穩特征值示意圖見圖2。

2.2 激光三維掃描技術

（1）建立筒體三維模型。依據圖紙及設計要求，建立筒體三維模型。（2）筒體三維激光掃描。計算機與三維激光掃描儀連接，將實際測量得到的點云數據經過Cyclone軟件處理，得出三維坐標，形成空間圖形。（3）對比分析、控制半徑。通過掃描得出的曲線圖，與三維建模生成的圖形進行點位對比，利用軟件形成對比模型圖，然后重新對筒體半徑出入的部位進行調整，從而達到規范要求的標準。

2.3 環形軌道式電動布料車

該裝置由軌道系統和布料車系統組成。軌道系統由軌道、限位片、接頭銷、掛墻件等4部分組成。布料車系統由蓄電池、電動機、驅動輪、從動輪、動力控制手柄、車架、電動智能閘門控制器等構件組成。環形軌道式布料車及軌道圖見圖3。

工作原理：多輛布料車裝料完畢，轉動布料車電動把手使布料車沿軌道前進，待前進至需布料位置，按下出料槽控制手動閥開關，將出料槽閘門開啟，進行布料，布料完畢，按下出料槽手動閥開關，關閉閘門，然后行駛小車沿同一方向至裝料位置，如此循環作業直至完成施工作業。

圖2 支撐體系有限元位移量及失穩特征值示意圖

圖3 環形軌道式布料車及軌道圖

3 效益分析

3.1 “X”形支柱支撐架設計對比情況

采用有限元分析技術，能夠更為科學、直觀地了解支撐架穩定及安全性，保證了“X”形支柱支撐架的承載安全性，驗證分析了整體承載力和穩定性，保證了施工安全。

3.2 筒壁測量方式的對比情況

該項目采用的激光掃描測量技術，提出了大型雙曲線空間結構的準確測量方法，提高了筒體結構的準確度，有效避免了傳統人工拉尺受外界干擾誤差大的問題，將筒壁尺寸復核的時間由1h縮短至20min，同時保證了筒體雙曲線的順滑度，確保外觀質量優良。

3.3 筒壁混凝土澆筑方式的對比情況

采用該技術后，使用環形軌道式布料車代替人工推車，筒壁施工工期減少28d，施工所需勞動力平均減少20人，提高了混凝土澆筑效率，有效保證了施工安全，提升了筒壁施工效率，保證了筒壁混凝土的施工質量。

4 結束語

間冷塔作為火力發電廠標志性的構筑物之一，其施工方法和施工工藝一直受到社會各界的關注，如何在保證安全施工的前提下，提高施工質量成為間冷塔施工亟待解決的問題。而超大型雙曲線薄壁筒體結構施工技術運用先進的施工技術及科技工具，縮短了施工周期，降低了安全風險，提高了施工效率，對保障施工安全、降低施工成本等具有重大影響，其市場推廣前景巨大。