超高超重鋼結構模塊化施工技術

周 春 邱德斌

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 610100

尼日利亞丹格特煉油裝置是非洲最大的單體煉油項目，擁有3250 萬t/ a 煉油能力。其中原油蒸餾裝置- 升降機框架等都是大型鋼結構框架，其特點是單件重量大，框架整體高度大。升降機框架長×寬為10m×10m，總高度118.1m，共分10 段模塊，單模塊重量達119t，總重量980t。以下著重對大型鋼結構框架模塊化施工的技術、安全、質量和效益進行分析。

充分利用大型吊車的吊裝能力，把大型鋼結構框架在地面組裝后進行模塊化吊裝。模塊化施工的理念就是將建筑結構分成多個板塊，將柱、梁、樓板、跑梯等，并將涉及的機電系統等提前布置于各板塊內，形成一個安裝單元，現場采用大型起重機械吊裝。

1 施工技術及質量控制要點

1.1 吊裝施工技術

第一階段：平臺搭設。組裝場地面積為50m×60m。中間留出主吊車組裝及行走通道140m×25m，該通道亦為模塊組裝時吊車用場地。鋼平臺尺寸12m×24m，鋪鋼板δ=25，能滿足2 個模塊同時組裝。平臺鋼板下采用300mm×300mm 的方木鋪設的條形基礎，間距為1.2m，木方與鋼平臺板間用薄鋼板調平。鋼平臺水平度需控制在≤1‰或≤5mm（取較小值）。由于模塊重量大，經計算地面承載力＜5t/ m2。平臺上精確設置定位軸線和柱中心線，焊接定位塊，尺寸偏差控制在±2mm。

第二階段：在平臺上用XGC300（300t 履帶吊）和SCC900A（90t 履帶吊）組裝模塊，組裝好的模塊用XGC300 吊到旁邊放置，在平臺上繼續組裝下段模塊。

第一段模塊在基礎上安裝，吊裝是從第二段到第十段。分段數據見表1。

表1 分段吊裝參數一覽表

1.2 吊裝計算

1.2.1 起重機負荷計算

起重機選用XGC16000 型1250t 履帶式起重機，根據選擇的工況，此起重機的額定吊裝能力為159t。此次吊裝載荷最大為電梯間第4 段（103.3t），因此負荷計算以此段吊裝為例，其他計算過程類同。圖1 為吊裝立面圖。

圖1 吊裝立面圖

最大載荷= 結構+ 吊鉤+ 索具

=103309+15000+2500=120809kg

主吊起重機負荷率=120809/ 159000=76%

可見，XGC16000 型1250t 履帶式起重機負荷滿足要求。

1.2.2 吊索具負荷計算

主吊索上部采用2 根φ76mm×20m 的鋼絲繩扣；下部吊索采用4 根φ42mm×18m 的鋼絲繩扣。系掛連接方式：上部鋼絲繩對折彎曲部分懸掛吊鉤，單根鋼絲繩的2 個繩圈與相鄰2 根立柱兜吊鋼絲繩扣采用卸扣連接。圖2 為吊裝設置示意圖。

圖2 吊裝設置示意圖

第四框鋼結構重量G=103.309t

單根鋼絲繩扣φ76mm ×20m 的破斷拉力Pn=325t，φ42mm×18m 的破斷拉力Pn=81t。

K=P破×n℃sin74.5°/ G=12≥6

n——鋼絲繩股數量；

74.5°——鋼絲繩與水平夾角；

P破——鋼絲繩破斷拉力。

可見，主吊鋼絲繩安全。

1.3 吊裝地基處理

為吊裝101- CC- 1001，荷蘭Mamoet 公司為3500t 環軌吊處理地坪，面積為75m×75m。主要采用攪拌水泥土換填1m 厚度分層碾壓，濕潤養護28d，承載力≥25t/ m2。該場地用于吊裝及組裝模塊滿足要求。

2 鋼結構組裝質量控制

2.1 模塊組對精度控制

（1）首層柱頂和其他節柱兩端用相對標高控制安裝。

（2）單模塊標高調整：柱子的定位決不允許以下節柱的定位軸線為基準，應從地面控制軸線引到高空，以保證每節柱子安裝精度，避免產生過大的累積偏差。柱頂標高允許偏差為±5mm。

（3）底層柱柱底軸線對定位軸線偏移，允許偏差±3mm。

（4）框架整體垂直度校正：在頂部測量柱垂直度偏差，高度（H）超過30m 為±H/ 1200 或±35mm，取較小值。

（5）柱縱向和橫向平面沿高度任意點直線度的偏差為±H‰或±10mm，取較小值。

（6）任意橫梁水平度允許偏差為±5mm。

（7）主體結構總高度允許偏差為H/ 1000，且≤30.0mm。

2.2 螺栓擰緊技術要求

用電動數顯扭矩扳手進行螺栓擰緊。分兩個步驟：第一步，初擰，擰緊力為60%～80%設計扭矩值；第二步，全部螺栓對稱初擰一遍后進行終擰，擰緊力為設計扭矩值。

3 安全施工關鍵控制技術

3.1 模塊柱頂搭設井字架平臺

為模塊間螺栓連接、找正的作業平臺為井字架作業平臺，見圖3。平臺寬度800mm，鋪設的鋼跳板用鐵絲綁扎牢固。作業人員通過鋼筋焊接的掛梯上到井字架作業平臺。

圖3 井字架作業平臺

3.2 與模塊安裝同步安裝跑梯

地面模塊組裝時，同時安裝跑梯、平臺和欄桿。隨每個模塊的安裝，同時將模塊間跑梯和欄桿連接。這樣可方便作業人員上下，提高效率，保證安全施工。

3.3 吊裝鋼絲繩保護措施

模塊4 個角柱及橫梁近端系鋼絲繩位置用鐵絲綁扎6" 對剖碳鋼管，以保護吊裝鋼絲繩。

3.4 角柱間移動的安全保證措施

由于跑梯在模塊內，非常便于工人上到柱頂。柱頂間張拉生命繩，系掛安全帶，通過柱間橫梁移動到其他柱頂平臺上。

3.5 吊裝起升要點

吊裝時，將工件吊離地面200～500mm 時停止提升，檢查吊車的穩定性、承載地基的可靠性、工件的平穩性和綁扎的牢固性等，尤其是要確保模塊處于水平狀態。確認無誤后方可繼續提升。

3.6 合理設置溜繩

為避免模塊在空中大幅度擺動，必須設置溜繩，溜繩數量至少2 根。

3.7 做好安全應急預案和技術交底

編制和批準安全應急預案，明確人員職責，協調社會應急資源，確保疏散通道暢通。并要對參與指揮、作業人員進行安全培訓和安全技術交底。

4 經濟效益分析

統計使用的人工、材料、機具，對比常規單件安裝和模塊化吊裝兩種方法，進行經濟效益分析，詳見表2。

表2 常規單件安裝和模塊化施工經濟效益對比

由表可見，采用常規安裝方法，2 個鉚工班組需要6 個月安裝完成。前期使用55t 履帶吊散料轉料，150t履帶吊安裝，后期使用650t 履帶吊安裝。

采用模塊化安裝，前期組裝模塊大約用了70d，使用55t 履帶吊散料轉料，90t 履帶吊組裝，300t 履帶吊轉移模塊。后期安裝模塊使用1250t 履帶，大約20d 即全部安裝完成。

由統計數據可知，模塊化安裝比常規安裝方法節約115 萬元，達38%，具有明顯的經濟效益。

5 結語

與常規的單件吊裝/ 空中組對相對，模塊化吊裝具有功效高，人力投入少，以及可有效控制安全、質量的優點。因此，在類似大型框架、大型管廊結構、大型廠房等可以批量預制組裝成模塊的鋼構安裝工程中推廣應用模塊化吊裝，將產生可觀的經濟和社會效益，大大提高市場競爭力。