單點(diǎn)懸掛式煙囪鋼內(nèi)筒液壓頂升法施工

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力建設(shè)第三工程有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

單點(diǎn)懸掛式煙囪鋼內(nèi)筒液壓頂升法施工,首先在煙囪零米制作頂升鋼架,在頂升鋼架上布置16臺(tái)35 t的穿心千斤頂,每臺(tái)千斤頂配高強(qiáng)度鋼拉桿1根。千斤頂、油泵等提升設(shè)備置于頂升鋼架操作平臺(tái)上,從上至下采用倒裝法完成煙囪鋼內(nèi)筒的安裝。

1 工程概況及施工難點(diǎn)

新疆某煤基新材料項(xiàng)目動(dòng)力裝置電廠建有雙鋼套筒式鋼筋混凝土煙囪,兩只鋼內(nèi)筒彼此獨(dú)立、各自對(duì)應(yīng)1臺(tái)機(jī)組。煙囪鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)懸掛式筒體鋼結(jié)構(gòu),鋼內(nèi)筒內(nèi)徑為5.2 m的直筒,高度為210 m。每個(gè)內(nèi)筒筒體共分兩段,上部段為懸吊段,段長(zhǎng)158 m,布置于52 ～210 m標(biāo)高范圍,為10+1.2 mm厚鈦鋼復(fù)合板材料,懸吊在195 m層的平臺(tái)大梁,在懸吊段局部195 ～198 m加厚為20+1.2 mm厚鈦鋼復(fù)合板材料。下部段為自立段,段長(zhǎng)17.295 m,支撐在33 m層平臺(tái)混凝土支墩上,材料為12+1.2 mm厚鈦鋼復(fù)合材料。上部段與下部段在標(biāo)高51.1～52 m間通過膨脹伸縮節(jié)相連。當(dāng)鋼內(nèi)筒頂提升到210 m時(shí),千斤頂承受最大荷載為314 t,起重量超大。頂升過程中豎直度控制非常關(guān)鍵。頂升到頂后,在鋼內(nèi)筒上開煙道孔。千斤頂和漲圈下移至下一節(jié)鋼內(nèi)筒時(shí),鋼內(nèi)筒落地的穩(wěn)定性是施工的難點(diǎn),下部自立段支撐平臺(tái)以下頂升用的臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)質(zhì)量控制是關(guān)鍵所在。

2 煙囪鋼內(nèi)筒頂升法施工技術(shù)

2.1 工藝流程

第一步： 煙囪筒體分段在加工廠制作,每節(jié)高4 m。

第二步： 鋼內(nèi)筒采用頂升倒裝法施工,鋼平臺(tái)安裝完成后,再安裝提升支架及提升設(shè)備,安裝鋪設(shè)操作平臺(tái),運(yùn)輸小車及其軌道。

第三步： 采用行走小車將筒段運(yùn)到安裝點(diǎn),利用頂升裝置逐段安裝。2個(gè)鋼內(nèi)筒依次安裝,采用倒裝法施工,先安裝筒首部分,之后提升4 m,在下部再拼接一段,循環(huán)往復(fù)直到內(nèi)筒上升到210 m為止。再依次安裝第二個(gè)內(nèi)筒。33.8 m以下無筒體部分采用鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)替代筒體,安裝完成后拆除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

第四步： 煙囪鋼內(nèi)筒倒裝結(jié)束后,安裝煙囪鋼內(nèi)筒懸掛點(diǎn)。將千斤頂移至2#鋼內(nèi)筒處并安裝好,準(zhǔn)備下一個(gè)內(nèi)筒的施工。及時(shí)安裝33 m平臺(tái)上因施工需要而未安裝完的鋼梁,澆灌內(nèi)筒基礎(chǔ)支墩,支墩砼強(qiáng)度達(dá)到要求后,擰緊地腳螺栓。同設(shè)備安裝單位協(xié)調(diào)后,在鋼煙囪上開煙道孔。錨栓固定后,進(jìn)行膨脹節(jié)、止晃點(diǎn)等安裝,最后拆除導(dǎo)向裝置,安裝完所有的止晃裝置。

煙囪節(jié)段就位、頂升流程見圖1。

圖1 煙囪節(jié)段就位、頂升流程

2.2 煙囪零米布置

在煙囪外零米地面布置頂升鋼架,運(yùn)輸小車及其軌道,具體見圖2。

2.3 頂升系統(tǒng)安裝

頂升鋼架平面及剖面圖見圖3。

2.3.1 千斤頂安裝

提升用的千斤頂擬采用專用千斤頂,其相關(guān)參數(shù)如下：額定提升力350 kN,行程100 mm,穿心孔徑50 mm,外形尺寸φ300 mm,提升速度6 m/h。

同步提升千斤頂安裝是將千斤頂置于要求的部位,安裝需要滿足承力、便于操作、滿足符合千斤頂機(jī)械性能要求。油管接口和各電器接口朝向安裝,其位置的方向性須符合連接要求。千斤頂須放置穩(wěn)妥,保證受力后不發(fā)生滑移或其他機(jī)械問題。

利用汽車運(yùn)輸筒節(jié)進(jìn)入砼煙囪筒內(nèi),利用16t卷揚(yáng)機(jī)卸車及安裝提升支架,點(diǎn)焊牢固后,進(jìn)行施焊。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)符合施工要求后,再進(jìn)行安裝千斤頂及相關(guān)設(shè)備安裝。

圖2 煙囪內(nèi)零米平面布置圖

圖3 頂升鋼架平面圖、剖面圖

千斤頂安置完成后,按照要求布設(shè)鋼拉桿,具體根據(jù)實(shí)際情況確定。鋼拉桿穿設(shè)完成后,每一根鋼拉桿需要預(yù)先張拉到相同的受力狀態(tài),保證提升時(shí),每根鋼拉桿受力一致,拉升長(zhǎng)度大致相同。初預(yù)緊采用5 t倒鏈?zhǔn)┘?達(dá)到千斤頂受力要求即可。

2.3.2 導(dǎo)向輪安裝

煙囪頂升過程中,為保證煙囪節(jié)段的重心在提升吊點(diǎn)組成的幾何范圍內(nèi),讓其垂直頂升,需要設(shè)立導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置在煙囪倒裝過程中,在煙囪提升的適當(dāng)位置布置,分四次設(shè)立。

第一次在1號(hào)平臺(tái)主梁上(33 m層)設(shè)置3個(gè),沿內(nèi)筒平面外周長(zhǎng)三等分布置。第二次在3號(hào)平臺(tái)主梁上(88 m層)設(shè)置3個(gè),沿內(nèi)筒平面外周長(zhǎng)三等分布置。第三次在4號(hào)平臺(tái)主梁上(115 m層)設(shè)置3個(gè),沿內(nèi)筒平面外周長(zhǎng)三等分布置。第四次在5號(hào)平臺(tái)主梁上(155 m層)設(shè)置3個(gè),沿內(nèi)筒平面外周長(zhǎng)三等分布置。

頂升過程中,導(dǎo)向裝置采用滾輪裝置和煙囪壁板表面接觸,承受的軸向力不小于2 t。鋼內(nèi)筒導(dǎo)向鋼平臺(tái)的止晃點(diǎn)在內(nèi)筒施工完后再安裝,確保鋼煙囪的加固圈能順利通過。

2.3.3 頂升過程中鋼內(nèi)筒平穩(wěn)落地措施

在頂升過程中,上一節(jié)鋼內(nèi)筒頂?shù)筋A(yù)定位置時(shí),下一節(jié)鋼內(nèi)筒通過運(yùn)輸小車運(yùn)至頂升架內(nèi)并與上一節(jié)鋼內(nèi)筒對(duì)口焊接好后,千斤頂和漲圈下移至下一節(jié)鋼內(nèi)筒時(shí),施工中的鋼內(nèi)筒落在運(yùn)輸小車的一瞬間,零米設(shè)置的落地平臺(tái)需要保證鋼內(nèi)筒平穩(wěn)落地,否則將造成鋼內(nèi)筒失穩(wěn),本工程在運(yùn)輸小車平臺(tái)下方設(shè)置8臺(tái)50 t千斤頂,很好地解決了煙囪鋼內(nèi)筒平穩(wěn)落地的問題。

2.4 臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

33 m平臺(tái)以下采用臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)來完成頂升過程。

由于鋼內(nèi)筒下面一段是座在33 m平臺(tái)上,內(nèi)筒在頂升時(shí)33 m以下加臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)節(jié),共7節(jié),標(biāo)準(zhǔn)節(jié)詳圖見圖4。

圖4 頂升臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平面及立面

2.5 漲圈

采用20 mm厚鋼板焊接成400 mmh300 mm箱形梁,閉口處用千斤頂收緊,在頂升過程中布置在上筒與下筒接縫的上口處。

2.6 頂升鋼架和千斤頂受力計(jì)算

當(dāng)鋼內(nèi)筒頂提升到210 m時(shí),千斤頂承受最大荷載為3135.79 kN,具體計(jì)算如下。

2.6.1 千斤頂驗(yàn)算

選定16臺(tái)350 kN穿心式千斤頂,額定提升能力為16h350=5600 kN。

根據(jù)《煙囪工程施工驗(yàn)收規(guī)范》(GB50078－2008)要求,多臺(tái)頂升設(shè)備同時(shí)工作時(shí),最大荷載不得超過設(shè)備允許總額定荷載的80%,即5600h0.8=4480 kN。本次作業(yè)千斤頂承受最大荷載為3135.79 kN,符合起重要求。

2.6.2 煙囪地面承載力驗(yàn)算

頂升架底面墊20 mm厚6.4 mh6.4 m鋼板,鋼內(nèi)筒傳至煙囪地面的總荷載為3345.49 kN,地基承載力為114 kPa,小于地基承載力特征值120 kPa。

經(jīng)驗(yàn)算,煙囪地面承載力符合要求。

2.6.3 提升支架鋼立柱和鋼梁

(1)351h12鋼柱每個(gè)鋼內(nèi)筒處布置4根,單根長(zhǎng)6.3 m,每根立柱承受最大荷載為783.95 kN。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017－2003),柱計(jì)算如下。

強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：N為軸心壓力,取值1.1h103kN；An為凈截面面積,取值1.28h104mm2；f為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取值215 N/mm2。

穩(wěn)定性驗(yàn)算：

式中：N為軸心壓力,取值1.1h103kN；A為構(gòu)件的毛截面面積,取值1.28h104mm2；φ為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；f為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取值215 N/mm2。

查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017－2003)附錄C得φ=0.907

經(jīng)驗(yàn)算351h12鋼柱符合要求。

(2)主 鋼 梁(HN700 mmh300 mm h13 mmh24 mm)共4根,單根長(zhǎng)5765 mm,受力示意圖見圖5。

圖5 主鋼梁HN700h300h13h24受力

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：M為彎矩,取值1.1h109N·mm；w為凈截面模量,取值5.64h106mm3；γ為為截面塑性發(fā)展,對(duì)工字形截面取值1.05；f為鋼材的抗彎設(shè)計(jì)值,取值215 N/mm2。

抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：v為剪力,取值553.4 kN；Am為構(gòu)件凈截面面積,取值231.5 cm2；fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取值125 N/mm2。

撓度驗(yàn)算：

式中：E為鋼材彈性模量,取值2.06h105N/mm2；I為慣性矩,取值 1.97h109mm4；F為主鋼梁受的集中荷載,取值2.77h105N；l為主鋼梁跨度,取值5765 mm。

經(jīng)驗(yàn)算主鋼梁HN700h300h13h24符合要求。

(3)次 鋼 梁(HM588 mmh300 mm h12 mmh20 mm)共 4根 ,單根長(zhǎng) 2389 mm,受力示意圖見圖6。

圖6 主鋼梁HM588h300h12h20受力

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：M為彎矩,取值1.7h108N·mm ；w為凈截面模量,取值3890 cm3；γ為截面塑性發(fā)展系數(shù),對(duì)工字形截面,取值1.05 ；f為鋼材的抗彎設(shè)計(jì)值,取值215 N/mm2。

抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：v為剪力,取值2.77h105N；fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取值125 N/mm2；Am為構(gòu)件凈截面面積,取值1.87h104mm2。

撓度驗(yàn)算：

式中：F為主鋼梁受的集中荷載,取值2.77h105N；l為主鋼梁跨度,取值2389 mm。E為鋼材彈性模量,取值2.06h105N/mm2；I為慣性矩,取值1.14h109mm4。

經(jīng)驗(yàn)算次鋼梁HM588h300h12h20符合要求。

2.7 鋼內(nèi)筒穩(wěn)定性驗(yàn)算

鋼內(nèi)筒按最下面一節(jié)進(jìn)行計(jì)算

式中：N為軸心壓力,取值3.14h103kN；A為構(gòu)件的毛截面面積,取值1.96h105mm2；φ為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；f為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取值215 N/mm2。

查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017－2003)附錄C得φ=0.668

3 結(jié)語

煙囪單點(diǎn)懸掛式煙囪鋼內(nèi)筒液壓頂升法施工技術(shù)解決了煙囪鋼內(nèi)筒高聳構(gòu)筑物高空作業(yè)的難題,液壓頂升的工藝有效避免了因提升方法造成的鋼絲繩超長(zhǎng)打卷、鋼絲繩易損等危險(xiǎn)。運(yùn)輸小車行至頂升鋼架下,設(shè)置液壓千斤頂,保證了每節(jié)鋼內(nèi)筒頂升轉(zhuǎn)換過程中鋼內(nèi)筒落地受力的穩(wěn)定性,為施工提供了安全保障。充分利用導(dǎo)向輪、頂升鋼架施工平臺(tái),高效地完成了施工任務(wù)。