某環保能源鋼結構工程施工關鍵技術

謝貽軍，童林浪，黃立夏，唐旭 （長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 引言

環保能源項目建設是近年來國家大力發展的一項改善環境及節能新舉措。項目主要由卸料平臺、垃圾池、焚燒間、凈化間和控制室構成。由于工藝要求，一般建筑高度高、跨度大，結構體系采用混凝土框架、鋼結構格構柱及網架或者桁架等形式。此類項目格構柱超長超寬，網架安裝條件復雜，給項目安裝造成了較大困難，因此本文結合某環保能源鋼結構工程施工重難點及相關技術進行探討。

1 工程概況

某環保能源項目占地面積約15hm2（232余畝），采用國內一流機械爐排爐工藝，設計能力為日處理生活垃圾4200噸，配置6臺700噸/天的焚燒爐，年發電量4億 kW·h，項目總建筑面積為154945m，總計分兩個區，以主控室為軸分為一區和二區，每個區主要功能為卸料間、垃圾間、焚燒間以及煙氣凈化間4個功能區，其中卸料間及垃圾池區域主要為單層鋼筋混凝土框架+屋面網架，焚燒間和煙氣凈化間主體為單層格構鋼柱+屋面網架結構，主控機房為5層混凝土結構。

圖1 建筑效果圖

圖2 結構示意圖

卸料大廳垃圾車輛通過坡道進入8m層的卸料平臺，建筑高度為22.21m；屋面結構為螺栓球網架，上弦支承到混凝土柱頂，結構跨度30.6m。垃圾池單層建筑高度為42.02m，采用混凝土框架柱，軌頂32m設置有三臺的20t抓斗吊；屋面為焊接球網架，上弦支承柱頂高度41.6m；結構跨度35.45m。焚燒間建筑高度為50.82m，主鋼架由11根格構主鋼柱和2根抗風柱及水平聯系析架組成；屋面為螺栓球網架，局部焊接球，下弦較支座支撐到非對稱的11根鋼柱頂；柱頂標高45.9m，網架平面尺寸94m×43.6m，網架自身最大高度3.5m。煙氣凈化間單層建筑高度為47.18m，鋼架由10根格構柱和8根抗風柱及水平析架組成，屋面為螺栓球網架，局部焊接球，平面尺寸77.05m×57.5m，跨度49.65m，下弦支座柱頂標高42.5m，并在網架下弦設置有通常1臺3t懸掛吊。

格構柱主要由500×18/14四肢，腹桿中168×8，140×8及HN250×125×6×9，柱肩梁t=14mm，t=20mm鋼板組合而成。網架鋼管材質為Q235B，桿件規格由6O×3.5、114×4.0、159×6.0、159×8.0、180×14等；螺栓球材質45號鋼，規格從BS100～BS240；焊接球材質Q235B，規格中280×8、350×12、450×14、500×22等。

2 工程實施重難點分析

2.1 施工場地狹小，施工組織困難

一、二區焚燒廠房對稱布置，中間區域被汽機廠房、煙囪及主控廠房混凝土框架隔斷；加上卸料大廳、垃圾池、焚燒間以及煙氣凈化間4個功能區連續布置，長軸位置方向沒有施工場地，只有短軸端跨方向有兩條施工通道，其造成中間區域垃圾池、焚燒間和煙氣凈化間按常規方法施工屋蓋網架困難極大。

2.2 交叉工序多，拼裝場地有限，安裝不連續

由于焚燒間和煙氣凈化間格構鋼柱需隨鍋爐鋼架進度吊裝，屋面網架需按照下部三臺鍋爐和設備順序安裝完成后方可實施；加上卸料大廳、垃圾池屋面網架也需混凝土框架到頂后才能安裝，故造成現場土建、鍋爐、設備等多工序交叉作業。同時由于焚燒廠房外圈的滲濾液處理池、辦公輔房的同步施工，焚燒廠房四周拼裝場地有限，造成屋面網架拼裝無場地，分片吊裝不連續的現狀。

2.3 高空作業風險大，安裝精度要求高

由于屋面網架跨度大，最大跨度為49.65m；單根格構柱長45.9m，主肢寬度為4.0m，最大單重約80t；格構柱超長、超寬，且重量大，格構柱的制作采用成套的工藝和技術，確保構件加工精度和質量。

表1 格構柱及網架安裝

3 施工關鍵技術

由重難點分析可知，本工程重點在于格構柱制作、運輸方案及現場的安裝方案及屋面網架的安裝方案確定以及相關技術質量控制。格構柱采用250t履帶吊進行四節柱安裝，并采用順時針與逆時針交替安裝，降低安裝誤差，并結合柱間系桿提高格構柱安裝穩定性。鋼柱對接均為全熔透焊縫；現場高空對接，搭設防風棚，多層多道對稱焊接，確保焊接質量。屋面垃圾池網架由于空間狹小采用利用吊車進行滑移的方式，其余采用大吊機分塊安裝。

3.1 超長超寬格構柱制作

工程單根格構柱長45.9m，主肢寬度為 4.0m，最大單重約 80t；格構柱超長、超寬，且重量大，格構柱的制作采用成套的工藝和技術，確保構件加工精度和質量。

格構柱加工分為肩梁段、標準段及柱腳段分段制作，對于牛腿、肩梁處需要開槽焊，嚴格控制焊縫間隙和坡口尺寸，確保鋼柱的牛腿、肩梁等集中傳力位置全熔透焊縫質量。鋼柱四肢圓管和斜腹桿加工工藝是關鍵，通過焊接工藝控制直線度和變形；格構柱整體組拼采用定制工裝工法，鋼柱設置吊耳，拼裝胎架考慮翻身工藝，確保格構柱組拼過程中焊縫能夠全方位焊接。

圖3 格構柱制作

3.2 單層超高廠房鋼柱安裝

工程單層鋼柱頂標高45.9m，鋼柱分成4段，選用大型施工機械250t履帶吊分層分段吊裝；每層鋼柱配套安裝及抗風桁架走道連梁，確保結構穩定。安裝過程中嚴格測控鋼柱分段和整體垂直精度，確保焊接質量和控制焊接收縮變形。鋼柱對接設置吊耳和連接耳板，吊裝設置需要考慮起吊工藝和重心，方便高空對接安裝；鋼柱對接焊制定合理的焊接工藝及工序控制變形，采用對稱多層多道焊接工藝，嚴格控制焊接電流和速度；焊接時要求搭設操作平臺及防風篷來保證焊接操作的安全性。

圖4 格構柱安裝

3.3 屋面網架利用行車滑移技術

垃圾池屋頂網架平面尺寸100m×35m，上弦支撐，柱頂標高 41.5～42.7m單坡屋面，焊接球節點，網架總重約150t。網架下方為垃圾池，支座高，無法進吊車也不便于搭設腳手架高空散拼平臺，故拼裝、吊裝難度大。采用在行車安裝完成后，在行車上搭設網架支撐架，充分利用行車能夠自由移動的特點和優勢，每側采用1個卷揚機作為牽引設備，采用汽車吊地面拼裝，利用履帶吊將單片網架吊裝至支撐架，滑移至安裝位置。該片網架滑移就位后，拼裝下一片網架，拼裝完成后，采用相同方法，將網架滑移就位。并對各施工階段進行模擬分析，找出薄弱環節并進行加固處理。該技術解決起重機械無法吊裝到位的困難，上部鋼結構和其余工種可同步施工，利用吊車作為平臺大大降低了措施費并提高了網架安裝質量。

表2 垃圾池網架安裝

圖5 垃圾池網架分塊滑移

3.4 深化設計建模及BIM技術的應用

項目主要以我司自主開發的精筑BIM+智慧項目全生命周期管理平臺為基礎，其融合物聯網，云計算及GIS等技術，實現工程全生命周期協同化資料管理，可視化實施進度管理，智能化項目預警，移動化信息互聯，構件質量可追溯性等，利用信息化手段改造傳統施工管理模式，提供實時、高效率、高精度的信息化管理，有效降低項目運營成本。

圖6 精工BIM管理平臺

3.4.1 碰撞檢查

以×steel軟件為BIM系統的應用基礎，在施工深化階段實現傳統圖紙無法高效率解決的“錯/漏/碰/缺”問題，及時地進行更正，并利用BIM技術中的碰撞檢測可以三維/直觀顯示問題，并根據構件ID碼精準定位和顯示，提高制作和施工質量。

圖7 格構柱節點碰撞示意

3.4.2 可視化交底

BIM技術是建筑行業從二維平面到三維立體的革命，展示在人眼前的是一個“真實”建筑，所見即所得，可以看到未來建造完成后的真實狀態。本項目在技術交底過程中增加了可視化交底，業主和施工方可以看到竣工后的建筑效果，從整體到單體，從單體到細節，都能夠真實的呈現，方便彼此之間的交流溝通，減少彼此的誤解和不明確問題。對于業主方，可以更細致地了解設計模型是否符合業主要求。

圖8 三維交底模型

3.4.3 漫游體驗

利用BIM技術建立虛擬人物了解整個建筑空間及發現設計是否符合人體工學，同時可以更好地掌握施工關鍵工序及檢驗施工方案是否合理。

當然本項目主要是在施工階段應用BIM技術，實際客戶可以從前期規劃、設計階段等均可采用BIM技術從而有效提高各個環節的工作質量。

4 結語

環保能源項目由于具有鮮明的行業特征，結構系統一般采用格構柱及網架體系或者桁架結構系統，同時內部復雜的處理工藝及相關設備，給設計和施工都帶來了一定的挑戰。本項目采用的超長超寬格構柱制作、運輸及安裝技術及利用吊車作為滑移平臺的安裝技術及BIM技術的給項目的高質量的實施提供前提保證，也為類似項目的制作、安裝提供了一定的參考價值。