高60 m的鋼塔架煙囪施工技術

蔡小平 王笑陽 朱雙英

常州第一建筑集團有限公司 江蘇 常州 213002

1 工程概況

常州武進污水處理廠生活污泥焚燒處理工程鋼塔架煙囪，由塔柱和鈦-鋼復合板煙囪組成（圖1）。

圖1 塔架煙囪三維示意

塔柱為四肢鋼管格構柱，高度6 0 m，其中標高±0.00～＋22.50 m為變截面，底部截面尺寸為7.0 m×6.6 m，標準節間長3.0 m；標高＋22.50～＋60.00 m為等截面，尺寸為4.2 m×4.2 m，標準節間長5.0 m。鋼管材質為Q345B，節間設置鋼平臺和爬梯等附屬構件。

雙道煙囪筒體采用規格為φ823 mm×11.5 mm的圓管制作，材料為爆炸-軋制復合板（代號BR2），即基材厚10 mm的Q235B鋼板＋復材厚1.5 mm的TA2鈦合金板，其余零部件為不銹鋼，煙囪與架體通過止晃點水平限位，本工程總質量300 t。

2 重、難點分析

2.1 結構高，高空作業量大

由于塔架結構高，大量的高空焊裝作業給施工、吊裝和安全保證措施帶來很大難度。

2.2 焊接工作量大

相貫線鋼塔架和鈦-鋼復合板煙囪的拼接，構件數量多，焊接體量大，焊縫質量等級高，選擇最優的施工技術方案是本工程的施工重點。

2.3 交叉施工，場地狹小

由于廠區內布置有大量的鍋爐設備構架，還有土建等交叉施工，預留給鋼結構施工的場地非常狹小，故應采取合理的施工組織和部署。

3 施工總體方案

3.1 施工方案優選

根據現場施工條件，鋼塔架采取現場整體拼裝，分段吊裝，煙囪考慮2種施工方案：

1）方案1：煙囪正裝法。每個節段塔架施工完成，煙囪從相應節段頂吊裝貫入。煙囪與塔架分段相同，同步進場，交叉施工，場地條件要求高，吊裝機械質量大，煙囪在高空對接，焊接量大，難以保證施工安全和質量。

2）方案2：煙囪倒裝法。整個塔架先施工完成，煙囪利用架體作為提升點，倒鏈牽引，自下而上倒裝施工，無需吊裝機械，煙囪分段在地面焊接，施工質量可控[1]。

經過質量、安全和工期的綜合比較，將方案2作為施工最終方案。

3.2 吊裝分段

3.2.1 鋼塔架分段

塔架分段主要考慮以下幾個因素：

1）道路運輸條件、吊機起重能力和回轉作業半徑的限制。

2）分節段包含水平和斜撐桿件，以形成穩定的剛度單元體。

3）避開主受力點，在標高9.00、24.00、30.00 m鋼架結構處布置有加強段，此處應避開斷點。

4）減少高空對接桿件數量，可利用的施工操作平臺和安全走道。

綜上所述，鋼塔架分成7段，長度6～11 m，分段點位于鋼平臺上表面1.50 m處，主立管分段錯縫500 mm。受運輸條件制約，塔架鋼管相貫線由工廠切割散件并發現場，搭設胎架整體預拼裝，汽吊分段吊裝。所有焊接均在地面完成，高空分段對接全部采用法蘭螺栓連接。鋼梯、平臺等附屬構件預先在地面安裝后，直接作為高空操作平臺和上人通道（圖2）。

圖2 塔柱分段示意

3.2.2 煙囪分段

煙囪規格為φ823 mm×11.5 mm圓管，周長展開為2.584 m，市場供應鈦-鋼復合板常規板幅寬度≤2.0 m，煙囪按板幅寬度2.0 m標準節，由工廠分段卷制進場，現場對接后再進行提升。

3.3 施工工藝流程

塔柱地面預拼裝→底部第1段塔柱吊裝→柱腳底板定位焊接→第2段塔柱吊裝，上下段法蘭盤連接→依次分段吊裝，直至頂部第7段安裝結束，塔架檢查驗收合格→煙囪標準節地面對接，倒裝法累積提升[2-3]

4 塔架關鍵施工技術

4.1 吊裝工況分析

塔架柱分段吊裝工況分析見表1。選用350 t汽吊主機＋25 t汽吊副機配合旋轉提升吊裝。在吊裝過程中，采用經緯儀、全站儀進行全過程測量，控制軸線、標高和垂直度，法蘭盤鋼板之間接觸面應貼合緊密，高強度螺栓須擰緊，并逐個檢查。

4.2 法蘭盤設計

法蘭盤與鋼管采用等強設計，4根主立管和相鄰斜撐桿采用法蘭連接設計，鋼管與法蘭盤坡口熔透等強焊接，法蘭盤間用M30高強度螺栓連接（圖3）。

表1 塔架柱吊裝工況分析

圖3 法蘭盤節點示意

4.3 整體預拼裝

鋼塔架采用整體地面臥拼，受場地限制，拼裝和吊裝須分2次進行，第4段作為預留段，參與前后2次預拼，確保整體線形和拼裝精度。第1次拼裝為第1～4段，吊裝第1～3段；第2次拼裝為第4～7段，吊裝第4～7段（圖4）。

圖4 現場拼裝

分段塔架柱拼裝流程為：地面設置型鋼胎架，標記中心線和標高→兩側面上、下主管及斜撐桿組裝，形成2榀單片豎向桁架→底層平面斜撐桿安裝定位→鋼梯、護籠及鋼平臺等附屬構件安裝→上層平面斜撐桿安裝→復測中心線、標高和垂直度，進行對稱同步相貫線焊接。管柱法蘭盤上端由工廠焊接，下端在現場完成相鄰段螺栓定位并對接無誤后再焊接[4]。

5 煙囪關鍵施工技術

5.1 提升工況分析

在塔架主體結構安裝完成后，煙囪采用手拉葫蘆（倒鏈）倒裝法分段安裝。應先在架體煙囪位置正下方地面預設拼裝支撐鋼平臺，以滿足高60 m煙囪和施工的承載力。長2.0 m的標準節煙囪在地面鋼平臺上找正后進行對接焊接，檢查合格后提升2 m，再進入下一節煙囪的安裝。

倒鏈提升操作簡單，安全可靠。煙囪自下而上分為6個提升工況，每10 m節段的煙囪質量僅5 t，作為1個提升工況。煙囪底部配置2只10 t葫蘆（長度12 m）固定在標高9.0 m的平臺上，吊裝±0.00～＋10.00 m底節段煙囪，頂部配置2只10 t葫蘆分別在標高＋21.00～＋60.00 m每間隔10m依次上移，完成第2～5節工況的累積提升（表2）。

表2 煙囪提升工況分析

每節段煙囪頂部對稱焊接吊耳和定位板，便于煙囪吊裝和對接焊接。煙囪提升時，從塔柱底部緩慢貫穿，煙囪底部設置纜風繩，減小煙囪吊裝過程中的晃動幅度以及牽引煙囪至相應止晃點孔位（煙囪離孔邊距離僅150 mm）。為確保吊裝過程的安全性，煙囪在提升暫停時，將其直接落到鋼平臺上，同時鎖定葫蘆。

5.2 煙囪焊接工藝

鈦-鋼復合板煙囪焊接嚴格按照JB/T 4745—2002《鈦制焊接容器》實施。現場焊縫為水平環向對接焊縫，縱縫錯邊300 m，采用鈦貼條（TA2牌號），規格為1.6 mm×50 mm，沿焊縫通長布置（圖5）。基層采用Q235B鋼板手工鎢級氬弧焊打底，CO2氣保焊填充和蓋面。復層采用手工鎢級氬弧焊，φ1.6 mm的TA2焊絲，焊接前做好基層焊縫、鈦貼條及焊絲表面清理，采用小熱量輸入，防止產生焊縫氣孔和裂紋，焊接完成后進行焊縫探傷和氣密性檢查[5-6]。

6 高空安全施工措施

本工程屬于高空作業，操作人員必須佩戴安全帽，系好安全繩和生命線，塔柱底段周邊設置懸挑安全兜網，防止高空墜物，上人鋼梯、平臺應及時封閉欄桿，重要構件的吊裝應力和變形需經過施工模擬計算[7]。

圖5 煙囪對接節點示意

7 結語

本工程采用的施工技術，將大量的焊接、預拼裝工作在地面完成，塔柱高空法蘭連接可靠，煙囪倒裝法施工操作簡單、安全。本文介紹的施工技術和工藝合理，確保了焊接和施工質量，節約成本和工期，具有一定的推廣實用價值。