化工裝置超高大型鋼結構模塊化施工應用

趙立洋 張洪偉 常國民

中油吉林化建工程有限公司 吉林省 吉林市 132000

超高大型鋼結構框架模塊化安裝，是指將超高大型鋼結構框架按標高分成若干框架節，分別在地面組框完成，然后分塊整體吊裝。由于石化裝置大型化的發展及施工機械性能的整體提升，大型設備、框架的尺寸、高度及重量也隨之大型化，傳統的施工模式必將被淘汰，石油化工裝置安裝的整體化、模塊化成為必然。模塊化安裝的重點及難點在于大型起重機械的性能，以及大型吊裝方案的編制和實施。以下結合科威特清潔燃油項目延遲焦化裝置焦炭框架安裝過程，論述超高大型鋼結構模塊化的施工。

1 工程概況

科威特清潔燃油項目延遲焦化裝置采用“二爐四塔”的工藝形式，焦炭鋼結構框架高98.5m，水平投影面積為48m×22.5m，框架總重量為1778.5t，涉及模塊化安裝的重量約1730t。框架東側為貯焦池，西側為主管廊及加熱爐，北側為裝置區。框架EL26.105m 以下為鋼筋混凝土結構，上部為鋼結構框架，其中EL26.105m～EL60.1m為焦炭塔框架，EL60.1m～EL98.5m 為除焦機構井架。

施工場地規劃情況：焦炭框架南側為預留空地，可以作為鋼結構模塊組裝區域使用；東側貯焦池待焦炭框架及焦炭塔安裝完畢再行施工，可以作為履帶式起重機組車及拆桿組桿區域使用。

吊裝方案的編制及施工機械使用情況：模塊組對的各種數據由韓國SK 公司設計部門提供及核算，吊裝方案由MAMMOET 公司專業吊裝人員編制與論證，CC8800- 1 1600t 吊車由MAMMOET 公司提供。焦炭塔分段如表1所示，焦炭塔框架各模塊吊裝工況如表2 所示。

表1 焦炭塔分段表

表2 焦炭塔框架各模塊吊裝工況表

2 鋼結構模塊化施工準備工作

根據工程的實際場地，應提前做好平面布置和規劃。鋼結構模塊化施工過程復雜，不僅涉及鋼結構一個專業、一個部門，土建、電儀、配管等專業，設計、技術、施工、質量、安全等部門都要參與進來。設計人員對施工模塊進行設計和交底，明確了各個模塊的劃分重點，提供技術參數等。施工部門根據現場實際情況進行反饋，及時調整方案。與劃分點的連接要有效地確保高空對接的精度，保障各個節點的強度。此外，還要適當降低高空對接的作業量。在該工程的施工過程中，所有結構件和模塊的焊縫連接都使用高強度螺栓。

模塊組對所用的臨時基礎依據設計部門給出的圖紙進行施工，并對正式基礎和臨時基礎進行驗收。

3 施工工藝流程及技術措施

在該項目施工中，采取鋼結構模塊化施工技術，將整個鋼結構劃分為7 個模塊，采取分模塊吊裝方式。具體施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

3.1 鋼結構模塊化施工整體平面布置

結合該項目實際情況，在延遲焦化框架東側及南側位置進行鋼結構框架組裝與吊裝選擇布置。依據相關設備吊裝平面布置圖進行場地布置的同時，要考慮到履帶式起重機的拆桿、組桿場地。為確保場地平整性，要先進行場地找平，通過壓路機進行壓實，確保其平整度滿足相關要求。

3.2 鋼結構到貨材料的驗收

分批次把所有項目的大型鋼結構相關構件及時安裝運送至項目施工現場，工作人員必須進行明細的資料清點和定期檢查，加強施工驗收，嚴格核實各個構件的施工質量，以及各個環節構件的設計數量，確保其設計生產和施工設計的各項技術標準符合要求。

3.3 鋼結構模塊拼裝

組裝準備工作完成后，對組裝構件進行調直與找正作業，然后聯合質檢部門進行驗收，再進行螺栓緊固作業，確保沒有遺漏；設置臨時作業平臺及臨時通道，確保其安全可靠性；使用吊裝帶、手拉葫蘆及臨時梁設置反變形措施，防止吊裝時模塊發生形變而無法對接安裝；對臨時基礎的地腳螺栓進行切割作業，防止吊裝過程中產生結構形變使模塊無法起吊。

3.4 鋼結構框架模塊吊點的設置

吊耳由設計部門設計，廠家制作。依據設計圖紙安裝在柱頭位置，吊耳螺栓緊固時要按照設計單位給出的方法進行緊固，避免對螺栓造成損傷。螺栓緊固后，聯合質檢部門、吊裝單位進行聯合檢驗，重點確認吊耳的型號及螺栓的緊固情況。

3.5 鋼結構模塊吊裝索具設置

為確保鋼結構模塊吊裝安全性，采取雙外八字形式設置主吊鋼絲繩，每個框架單元設置為10 組；輔助吊具以同樣規格進行設置，并準備100t 吊裝卡扣10 個，用于對模塊重心進行調整確保其平衡性與穩定性。

第一個模塊涉及找正就位作業，由于模塊重量巨大，不可能單純依靠吊車及人力達到就位精度，所以工裝卡具及千斤頂等工具應提前準備充足。

3.6 二次找正

對已安裝的模塊進行二次找正及調整，確保安裝精度；在已安裝模塊的柱頭位置設置手拉葫蘆以確保后續吊裝模塊的對接精度。在Modul3/ 4# 安裝前應確保基礎的灌漿層強度達到設計要求。

3.7 樓梯間、外展平臺及其他附件的安裝

樓梯間、外展平臺等其他附件由于重量輕，采用模塊化安裝效果更佳。同時架設通道及對接作業平臺，電儀專業一并就位。

4 質量控制的保障性措施

為了確保施工進度和施工質量，要求各單位在建筑施工前認真做好設計圖紙的會審，科學編制施工技術方案，明確具體的施工規范、標準、參數和質量要求。在建筑鋼結構模塊化的施工中，要求嚴格遵循設計圖紙和施工技術方案的要求，執行國家相關技術標準和施工工藝，加強施工自檢、互檢和專檢。在整體施工中，加大對項目的管理，及時發現問題、解決問題。此外，因鋼結構模塊化施工還存在著一定的風險，需要加強對施工設備的安全控制，定期對吊裝設備的檢查，切實落實安全責任制。

5 模塊化施工的關鍵點

5.1 場地條件

根據建筑工程實際使用場地，提前準確做好整體的平面布局和規劃。綜合考慮吊車的站位和其他變換情況、框架式預制場地、材料暫定擺放場所、材料與設備的運輸入口等，提出需要預留空間的基礎、結構，盡量降低對周邊地區的干擾。鋼結構的模塊化預制施工應盡可能在裝置周邊進行，以便使用大型吊車直接起吊，減少二次搬運的成本。在施工現場外部預制的機械，應當充分考慮其運輸路徑的通過性能和機械設備的運送能力。

5.2 大型機具的吊裝能力

框架的最佳分段位置應該主要是為了充分滿足現場各種吊車的框架分段和高空吊裝工作能力，根據各種類型吊車的實際吊裝需求，確定最佳框架分段和吊裝位置。同時，根據實際需求適當加大框架在地上的基層預制和填埋設施的深度，盡可能一次安裝到位，減少高空的吊裝工作量。

框架的分段工作在鋼結構的一次設計、二次設計階段，以及工廠化預制階段要提前做好策劃。

5.3 關鍵設備的到貨時間

對于采用鋼結構安裝模塊與關鍵設備相互交叉連接安裝的，例如彩鋼焦化塔和其他鋼結構安裝模塊，應根據各種類型鋼結構的實際安裝發貨進度確定安裝時間，確保各種關鍵設備安裝在不同框架上的實際安裝進度同步。

另外，一些附屬設施也必須列示要求的到貨期限，對于滯后到貨要重點催交。

5.4 做好鋼結構到貨的協調工作

鋼結構中的框架需要進行一些模塊化的提前安裝，盡量減少高空安裝作業量。因此，在結構框架內部的多層次梁、平臺板、欄桿、照明，以及外部附屬著的電動葫蘆，都可能需要提前進行安裝整理，并且詳細列出所有產品到貨期。

6 模塊化施工的優勢

6.1 安全方面

鋼結構框架的模塊化建造和施工，大量降低了高處作業的人力和工作量，確保吊裝操作的安全性；在對地面進行組裝框架的過程中，要求將平臺、欄桿、梯子等安裝在地上并且安裝到位，所有需要表層面漆澆筑和施工的主體結構都在地面完成，大大減輕了高處的臨邊操作、孔洞的風險，降低了高處墜落的概率。

6.2 質量方面

框架在地上進行預制可以有效控制構件組對質量，減少偏差，提高安裝精度。

6.3 進度方面

通過采用模塊化施工，對于鋼結構主體框架在地面進行組裝，可以有效減少高空操作的數量；通過把所有的鋼結構、設備、管道、電氣、儀表、防腐等各種施工裝置分別放入地面，在一個交叉方向平行施工，并且在分組框過程中通過對各個專業人員的協調，加強全過程檢測和管控，極大提高了作業效率；地面工程受到大風、暴雨的干擾較小，可以大大縮短建筑工期、優化項目的關鍵線路施工。

6.4 費用方面

模塊化施工可以最大限度地優化吊車資源的利用，降低調遣成本；在實現地面預制的同時，也降低了高處分散件在安裝工藝過程中必須要求的大噸位吊車。同時，減少了高處操作和腳手架作業，大大節省了建筑物的腳手架成本和安全防護成本等。

6.5 現場文明施工方面

模塊化的施工方式大幅度減少了建筑物在施工現場的人力、機器、材料等的集中，對于有限度地在施工現場進行合理配置資源更為有利，從而確保現場的施工更加有序，有利于實現文明施工。

7 結語

結合科威特清潔燃油工程136 單元延遲焦化裝置焦炭框架模塊化施工，對鋼結構框架模塊化的施工前期準備和操作、鋼結構框架模塊化的施工工藝流程和其他相關技術措施，以及質量管理和控制的基本保障措施等問題進行了探究。實踐表明，通過建筑模塊化施工，統籌和協調了設計、采購、施工等方面的事宜和工作，對于確定建筑工程的安全、質量、進度、成本、費用都具有較大促進和保障。所以，鋼結構框架模塊化施工是值得推廣和應用的一種高效、安全的建筑施工管理模式。