超高煙囪電動升模平臺安裝技術(shù)

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 武漢 430074

1 工程概況

某火電廠2×600 MW機(jī)組高240 m，Φ8.5 m煙囪系外嵌多層窗洞、中布夾層平臺與分段直爬梯、內(nèi)置組疊式耐酸排煙筒、上閉式壓頂?shù)匿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)工程，采用技術(shù)較為先進(jìn)的電動升模工藝。

依據(jù)筒身結(jié)構(gòu)結(jié)合電動升模工藝的特點，并考慮方便施工作業(yè)和工期安排，擬在筒身翻模至7.20 m標(biāo)高后，開始組裝施工平臺。整個操作平臺由輻射型平臺鋼梁、網(wǎng)狀平臺鋼圈、300 mm×250 mm桁架支撐、雙5 mm下弦拉板及Φ21 mm輔助柔性拉索、緊湊型四轂多耳式中心鼓圈、雙孔隨升式井架、獨立式搖頭扒桿、滯后下掛圓形筒子模工具式砌筑平臺與內(nèi)環(huán)形支模、砌筑廊道等部件組成，呈多三角桁架組合空間輻射體系，鋼圈上鋪以枋板作為主要施工作業(yè)平臺。整個操作平臺托體為專用爬模設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要由提升架、操作架、提升動力系統(tǒng)、附壁裝置、隨升模板及安全防護(hù)結(jié)構(gòu)等組成。

2 電動升模原理簡介[1-3]

電動升模的工藝原理是以筒壁為承力主體，通過附著于已具有較高強(qiáng)度的鋼筋混凝土筒壁上的支模操作架和提升架，及聯(lián)結(jié)操作架和提升架的電動提升設(shè)備，一架固定，一架相對運動，交替爬升，從而帶動模板及整個施工平臺提升。采用該工藝施工支模、扎鋼筋、澆筑混凝土均在靜態(tài)下工作，與常規(guī)施工一樣，每模施工高度1.6 m，每?？蓪Ω鞴ば虻氖┕べ|(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查，保證施工質(zhì)量。

3 升模平臺工藝概要

3.1 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

煙囪整個升模平臺設(shè)8主8從共16 根雙拼20 mm槽鋼輻射梁、8 道10 mm槽鋼鋼圈、8 根主撐桿、8 單元下弦拉板、16 道輔助下弦柔性拉索、10 m高雙孔隨升井架1 座、3.10 m×3.14 m桁鼓式中心鼓圈1 個、13.5 m變幅式搖頭扒桿1 座（起重能力1.5 kN）、32 榀專用爬架。

圖1為完成組裝的施工平臺全景示意。

3.2 施工平臺受力分析

施工平臺受力分析如圖2所示。

3.3 輻射梁撓度驗算

輻射梁受力簡支示意如圖3所示。根據(jù)計算，力G的擾度值為8.36 mm，力F的擾度值為5.78 mm。根據(jù)撓度疊加原理則最大撓度為14.14 mm，因此，此施工平臺輻射梁的擾度與梁跨長的比值小于建設(shè)實踐中許用的擾度與梁跨長的比值，完全滿足設(shè)計使用要求。

3.4 提升系統(tǒng)附壁裝置穿墻桿的受力驗算[4]

電動升模系統(tǒng)在靜態(tài)工況時有192 根Φ40 mm穿墻桿承受施工平臺的總載荷，則每根穿墻桿受力為1 898 N，其受力工況如圖4所示。

圖1 施工平臺全景示意

圖2 平臺受力簡支示意

圖3 輻射梁受力簡支示意

圖4 穿墻桿受力工況示意

電動升模系統(tǒng)在動態(tài)工況時有128 根Φ40 mm圓鋼（穿墻桿）承受施工平臺的總載荷，由16 榀內(nèi)提升架傳力，外提升架（亦為16 榀）只承擔(dān)爬架自重和外模板系統(tǒng)的質(zhì)量，內(nèi)、外提升過程是分步錯開進(jìn)行的。則每根穿墻桿受力為4 502 N。 綜合上述分析，穿墻桿最大受力工況在動態(tài)時發(fā)生，且主要應(yīng)力為抗剪。

穿墻桿材料為Q235，其許用剪切應(yīng)力為 115 N/mm2，其截面面積為1 256.64 mm2，截面實際承受的剪應(yīng)力為3.58 N/mm2＜115 N/mm2，因即便考慮不均衡受力情況，單根穿墻桿的受力比較?。ú坏? 502 N），施力偏心力矩90 mm就顯得極小，所以對穿墻螺桿無需進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核，僅作抗剪切校核計算即可，由上計算過程可得知抗剪強(qiáng)度足夠。同理，與之對應(yīng)的專用掛鉤（系懸臂梁結(jié)構(gòu)長250 mm）其抗彎強(qiáng)度亦足夠。

4 升模平臺組裝

結(jié)合工藝流程，施工平臺總的安裝順序應(yīng)分為四個階段。第一階段為爬升靴→內(nèi)支承腳手→中心鼓圈→提升爬架→輻射梁；第二階段為操作平臺→井架及撐桿→電氣→下弦及輔助平臺→扒桿；第三階段為各部走道→內(nèi)外模板單元→立體全方位安全防護(hù)；第四階段為垂直運輸系統(tǒng)→地面防護(hù)隔離體系→內(nèi)壁環(huán)梁吊裝系統(tǒng)。

4.1 組裝前的檢查、試驗[5,6]

組裝前檢查、試驗共分5 個步驟：

（a）檢查煙囪筒壁高3 層穿墻預(yù)留孔洞位置是否符合要求；

（b）檢查煙囪內(nèi)±0.00 m層，預(yù)設(shè)并組焊好地輪架及導(dǎo)向滑輪，設(shè)置好集中控制室并將設(shè)備準(zhǔn)確就位；

（c）在地面將提升架與操作架組裝成一個提升操作單元，檢查每榀提升架和動力系統(tǒng)的裝配是否合格，并臨時通電作單榀試驗，檢查動力系統(tǒng)狀況是否正常、螺母螺桿副嚙合之同心度與垂直度是否符合要求、小架導(dǎo)軌與大架導(dǎo)軌相對運動是否良好；

（d）檢查每套穿墻螺桿副配合間隙是否正常、提升靴尺寸及焊接質(zhì)量是否正確良好；

（e）檢查標(biāo)準(zhǔn)件及其他備品備件的準(zhǔn)備情況。

4.2 安裝穿墻桿及爬升掛靴

在下部筒壁施工腳手架拆除前，在筒壁相應(yīng)預(yù)留位置上安裝穿墻桿并掛上爬靴。

4.3 吊裝工況、順序及人員分工

4.3.1 吊裝工況

最遠(yuǎn)吊裝單元構(gòu)件為中心鼓圈，吊裝時的回轉(zhuǎn)半徑大于17 m，質(zhì)量約為1.3 t。內(nèi)外爬架的吊裝回轉(zhuǎn)半徑小于14 m，且一個址位可以安裝6～8 件內(nèi)外爬架。內(nèi)爬架的吊裝障礙為煙囪筒壁上鋼筋，其標(biāo)高約為11.5 m，在實際安裝就位過程中可以采取配合人力拉開慢速越過；所有爬架的吊裝結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為1.3 t；中心鼓圈為首吊。

4.3.2 煙囪升模平臺吊裝人員組織及順序

參與此次安裝人員包括起重指揮2 人、機(jī)械2 人、木工10 人、架子工10 人、電工2 人、冷作6 人、副工4人 、地勤2 人。吊裝順序為：備好吊裝用的所有索具、常規(guī)手持普通工具與電動工具（如角磨機(jī)），以及安裝用的標(biāo)準(zhǔn)件；所有構(gòu)件轉(zhuǎn)移至預(yù)定區(qū)域，布局要合理；首吊為中心鼓圈，按預(yù)定方位準(zhǔn)確就位；按構(gòu)件吊裝順序與吊車的行駛路線將內(nèi)外爬架、主次輻射梁等構(gòu)件依次安裝就位，同時將輻射梁與中心鼓圈用銷軸聯(lián)結(jié)好，中間穿插吊裝1/2平臺鋼圈，按順序吊裝共51 吊次，吊車裝位置初定為3 個位置；按指定順序?qū)⑵脚_鋼圈分2 次起吊，分別堆放在中心鼓圈的兩側(cè)。

4.4 提升架的安裝

沿筒壁優(yōu)選的起始吊裝部位，用500 kN履帶吊車將32 榀提升架牢固地安裝在筒壁上的掛靴上，使其與環(huán)周16等分中線嚴(yán)格對準(zhǔn)；使每榀提升架的小架處于最上位置，即處于預(yù)提狀態(tài)，同時檢查動力系統(tǒng)及提升架導(dǎo)軌運動狀況是否良好；安裝提升架間各層走道板，并檢查其平整與穩(wěn)固情況；安裝內(nèi)外圍安全攔繩及電源干線，使每榀提升架做好受電準(zhǔn)備。

4.5 操作平臺的安裝

在筒內(nèi)+7.2 m標(biāo)高處搭設(shè)中心鼓圈臨時支承平臺，中心鼓圈的支承腳手為4.8 m×4.8 m立柱結(jié)構(gòu)，立桿間距控制在800 mm以內(nèi)，頂面鋪滿木方及腳手板（或膠合模板），腳手支承必須穩(wěn)固。按預(yù)定方位吊裝中心鼓圈，準(zhǔn)確就位，并借助水平儀使鼓圈上平面水平；吊裝主次輻射梁，一端用銷軸將其與中心鼓圈聯(lián)結(jié)，一端搭在操作架頂部滾輪正中位置，并使其外端處于同一水平圓平面，根據(jù)煙囪的直徑特點，安裝后的效果是平臺中心部位起拱約15 cm，組裝好的平臺呈拱狀；焊接組合8 道下弦拉板及16 道柔性輔助拉索。平臺8 道鋼圈的圍焊，接頭盡量搭接在輻射梁上，否則要作接頭加強(qiáng)處理措施。在鋼圈焊固后，即可進(jìn)行平臺板的鋪設(shè)，先是呈徑向輻射型地鋪攤80 mm×（60～2 000）mm木方，排距@1 800 mm×@180 mm，交錯搭接量不得小于200 mm，同時還必須充分考慮施工過程中最外圍鋼圈割除后平臺方板的抗翹功能，并用12#～14#鐵絲牢靠的綁扎在鋼圈上。滿鋪厚30 mm的鋪板，用70 mm鐵釘釘牢在木方上，鋪設(shè)過程中應(yīng)對稱進(jìn)行，同時留出井架撐桿收分挪移槽。

4.6 隨升井架與撐桿的安裝及起重扒桿

安裝完高10 m雙孔隨升井架及撐桿梁后可同時安裝好天輪支架梁，用臨時纜索拉正井架。安裝井架撐桿，調(diào)節(jié)撐桿螺栓，使之受力均勻，并檢查井架的垂直度。安裝天輪梁及天輪、避雷針。在隨升井架旁預(yù)定方向安裝好搖頭扒桿，安置好回索配重，擱置固定好其變幅卷揚(yáng)機(jī)。

4.7 電氣系統(tǒng)的安裝[7]

按電氣原理圖規(guī)范地安裝電氣系統(tǒng)，搭設(shè)固定的照明系統(tǒng)，保證施工作業(yè)區(qū)域的空間照度，內(nèi)外圍流動施工作業(yè)燈必須采用低壓行燈變壓器。調(diào)試好上平臺提升系統(tǒng)的單升與聯(lián)動，架設(shè)越空電纜天梯。完成上平臺、砌筑平臺（此階段只能預(yù)留）、下平臺、搖頭扒桿、電梯等部位的控制體系。調(diào)試好集控室內(nèi)所有卷揚(yáng)機(jī)；

4.8 敷設(shè)安全網(wǎng)系統(tǒng)

按規(guī)范架設(shè)各部空間結(jié)構(gòu)處的安全防護(hù)欄桿及圍網(wǎng)（平、立網(wǎng)），要求牢靠結(jié)實，具體做到能兜住上部絕大部分建筑垃圾與40 mm以上顆粒物，平網(wǎng)能承受100 kg以上的沖擊。

4.9 垂直運輸系統(tǒng)的安裝

垂直運輸系統(tǒng)由2 臺電梯與1 座長13.5 m、Φ159 mm、壁厚8 mm的鋼管搖頭扒桿，電梯負(fù)責(zé)防腐隔熱內(nèi)襯材料、混凝土的垂直運輸和人員上下，搖頭扒桿負(fù)責(zé)筒壁鋼筋的垂直運輸。電梯在柔性滑道導(dǎo)索上升降、起落，導(dǎo)索采用Φ21 mm鋼絲繩，由2 臺電動環(huán)鏈葫蘆張緊，整個垂直運輸系統(tǒng)均由設(shè)在地面的集中控制室控制。其安裝順序為：卷揚(yáng)機(jī)就位→天地輪的安裝→所有的起重鋼絲繩的穿繞→導(dǎo)索→安全裝置的固設(shè)。

4.10 內(nèi)外模板系統(tǒng)的安裝[8]

模板由固定段、收分段模板組成，模板體系采用單元式大面積構(gòu)造，單元之間設(shè)收分模板。圍檁采用8 mm槽鋼制作，共3 道，圍檁兩端采用鉸接，并用M16雙頭螺栓調(diào)節(jié)適應(yīng)煙囪筒壁的弧度，模板通過頂緊絲桿支撐于操作架（或內(nèi)吊架、平臺中心鼓筒）內(nèi)柱上，利用絲桿螺旋副將模板固定或脫離煙囪筒壁。

模板系統(tǒng)的制安，在地面按所在標(biāo)高的煙囪筒壁半徑將模板與圍檁組合并調(diào)節(jié)好其初始曲率。在爬模架上安裝好頂緊絲桿與背桿，將做好的單元模板與背桿聯(lián)結(jié)并懸掛在吊掛體系上。

按所在組裝標(biāo)高時的煙囪內(nèi)外半徑，調(diào)整聯(lián)結(jié)好各單元模板，緊貼煙囪筒壁。裝好對拉絲桿，在單元爬架之間擱置200 mm×（180～3 200）mm模板加固頂撐的大木方，對內(nèi)外圍模板均作加固處理，使之具備混凝土的澆搗條件，下圖為單元模板組裝示意。

5 施工平臺安裝技術(shù)處理

此次提升操作架布局有4 榀位于煙道口，呈半邊著力狀態(tài)，為此，必須在洞口搭設(shè)豎向加密鋼管腳手架夾扣于內(nèi)外煙囪筒壁，局部做焊接加強(qiáng)處理，以增加其穩(wěn)定性。在腳手架上模擬預(yù)留洞用以安裝穿墻螺桿及爬升靴，作為煙道口處提升操作架的著力點，洞口處操作架與相鄰操作架同步提升（圖5）。

圖5 過煙道口爬架空滑示意

6 電動升模系統(tǒng)驗收

電動升模系統(tǒng)安裝完畢后，即需進(jìn)行全面的自檢自查工作。按“施工平臺組裝分部結(jié)構(gòu)自檢表項”進(jìn)行自檢，按“垂直運輸系統(tǒng)驗收檢查表”有關(guān)各項進(jìn)行全面驗收后才能投入使用。

6.1 施工平臺組裝分部結(jié)構(gòu)自檢

煙囪電動升模系統(tǒng)采用了非標(biāo)工裝，由操作架、操作平臺及隨升井架、懸掛式單元大模板、垂直運輸系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成。

其施工平臺組裝過程中進(jìn)行自檢主要目的是：考核主要技術(shù)性能及參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計要求；是否符合有關(guān)規(guī)定；考核整機(jī)及主要部件制造和裝配質(zhì)量。為進(jìn)一步調(diào)試完善系統(tǒng)提供實在依據(jù)，為安全生產(chǎn)提供了可靠保證。

6.2 垂直運輸系統(tǒng)驗收

垂直運輸系統(tǒng)驗收檢查表中包括梯籠鋼絲繩、扒桿與鋼絲繩、梯籠導(dǎo)索、天輪、地輪、集控卷揚(yáng)機(jī)及制動器、搖頭扒桿與卷揚(yáng)機(jī)、環(huán)鏈電動葫蘆、電梯梯籠、供電配電、照明及信號控制、電梯控制、空載試驗、靜載試驗、動載試驗等檢查項目。

7 升模平臺試壓

7.1 試驗施工步驟

首先對試驗前的準(zhǔn)備工作和施工平臺的動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、聯(lián)結(jié)件、焊接質(zhì)量、提升架導(dǎo)軌、通訊系統(tǒng)進(jìn)行檢查和測量。然后對施工平臺做空載試驗，并達(dá)到動力系統(tǒng)平穩(wěn)，無明顯沖擊、振動，平臺提升平穩(wěn)，無明顯傾斜、扭轉(zhuǎn)、飄移。之后開始進(jìn)行額定載荷（靜載）試驗（平臺及隨升井架）。平臺靜載試驗堆載布置如圖6所示。

平臺自重為36.45 t，在做靜載試驗時，按照平臺自重的120%荷載進(jìn)行靜載試驗，即為43.74 t，Ⅱ區(qū)載荷20.74 t，Ⅰ區(qū)載荷為23 t。當(dāng)加載到額定質(zhì)量后，靜置24 h，留待觀查。

圖6 平臺靜載試驗堆載布置

載荷試驗應(yīng)達(dá)到金屬結(jié)構(gòu)件無永久變形，無可見裂紋，聯(lián)接件無損壞松動現(xiàn)象；平臺沉降量42 mm，輻射梁撓度28 mm，中心鼓圈下沉量≤50 mm，輻射梁跨中撓度≤30 mm。

7.2 試驗技術(shù)檢驗記錄要求

金屬構(gòu)件無永久變形，無可見裂紋，聯(lián)結(jié)件無損壞松動現(xiàn)象，施工平臺沉降量42 mm，輻射梁撓度28 mm，中心鼓圈下沉量50 mm，輻射梁跨中撓度30 mm。

8 結(jié)語

在上文的工程實踐中，超高煙囪可以大幅提升施工效率，從而在保證安全的情況下，大幅縮短工期，能滿足工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全文明施工的要求，產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。