西北地區(qū)供熱工程超高煙囪內(nèi)外筒施工技術(shù)

程冬

（中鐵二局集團(tuán)建筑有限公司，四川 成都 610031）

煙囪通過煙囪效應(yīng)將鍋爐產(chǎn)生的煙霧、熱煙氣輸送到設(shè)計(jì)高度的大氣中進(jìn)行物擴(kuò)散以減少對周圍環(huán)境的影響。目前中國最高的煙囪是山西神頭二電廠270 m的煙囪，世界上最高的煙囪是哈薩克斯坦的GRES-2發(fā)電站420 m 的煙囪。

1 工程概況

天水市藉口鎮(zhèn)集中供熱工程煙囪位于天水市秦州區(qū)藉口鎮(zhèn)五十鋪村北部。煙囪設(shè)計(jì)為內(nèi)外雙筒，內(nèi)筒為100 m 高的單管鋼內(nèi)筒，外筒為95 m 高的圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基+承臺+環(huán)壁，上口徑為7.4 m，下口徑為10.5 m，壁厚200～350 mm，內(nèi)設(shè)3 層鋼平臺，標(biāo)高為36 m、65 m、93 m，其中93 m 平臺為屋面防雨平臺。內(nèi)筒直徑4 000 mm，采用Q235B+TA2鈦鋼復(fù)合板，厚度為14.0 mm+1.2 mm=15.2 mm?；A(chǔ)混凝土為C30，抗?jié)B等級P8，筒身混凝土為C40。

2 鋼筋混凝土外筒施工

2.1 翻模裝置簡介

2.1.1 液壓提升翻模施工工藝概述

鋼筋混凝土外筒體采用液壓提升施工平臺翻模施工工藝，平臺提升采用液壓千斤頂，其中心穿支承桿。在液壓動力作用下，千斤頂沿支承桿爬升，帶動操作平臺上升，平臺承受全部施工荷載。

2.1.2 平臺提升系統(tǒng)

平臺提升系統(tǒng)由液壓提升系統(tǒng)、鼓圈、提升架、輻射梁、平臺起拱拉桿、吊架、支承桿、防護(hù)等組成。液壓提升系統(tǒng)由16 臺液壓千斤頂和油管組成。平臺外側(cè)一圈用鋼管搭設(shè)1.8 m 高的臨邊防護(hù)欄桿，操作平臺滿鋪腳手板，設(shè)擋腳板，欄桿外側(cè)滿掛密目網(wǎng)[1-4]，提升平臺如圖1 所示，平臺提升架如圖2 所示。

圖1 提升平臺（主體結(jié)構(gòu)完成，臨邊防護(hù)已拆除）

圖2 平臺提升架

2.1.3 調(diào)徑裝置

調(diào)徑裝置控制煙囪直徑變化，共設(shè)置16 套手動調(diào)徑裝置，安裝在輻射梁上，具體如圖3 所示。

圖3 手動調(diào)徑裝置

2.1.4 垂直運(yùn)輸系統(tǒng)

垂直運(yùn)輸系統(tǒng)由一臺質(zhì)量為5 t 的雙筒卷揚(yáng)機(jī)和2 臺質(zhì)量為3 t 的單筒卷揚(yáng)機(jī)組成，如圖4 所示。

圖4 垂直運(yùn)輸設(shè)備

2.1.5 模板

外側(cè)模板：用2.7 mm 厚、尺寸為1 500 mm×1 700 mm 的鋼板加工制作。

內(nèi)側(cè)模板：用2.7 mm 厚、尺寸為1 700 mm×650 mm 的鋼板加工制作。

2.2 翻模裝置安裝

2.2.1 安裝輻射梁

首模鋼筋綁扎完成后搭設(shè)平臺，沿筒壁周長16 等分，確定16 榀輻射梁的位置，先安裝中心鼓圈，再安裝輻射梁。輻射梁安裝完成后，組裝焊接內(nèi)環(huán)梁、外環(huán)梁及平臺下懸斜拉桿。輻射梁安裝時(shí)對稱進(jìn)行，使鼓筒受力均勻，保持中心穩(wěn)定。輻射梁安裝如圖5 所示。

圖5 輻射梁安裝

2.2.2 安裝懸索拉桿

輻射梁安裝完成后及時(shí)安裝下弦懸索拉桿，每道輻射梁下設(shè)1 根懸索拉桿（Φ16 mm），共16 根，對稱安裝，組裝好后將平臺按1/500 起拱。沿圓周方向分別依次安裝內(nèi)外吊架、平臺環(huán)梁、拉桿平臺鋪板、平臺腳手板、調(diào)整提升架、布置千斤頂、插提升桿、安裝收分螺絲。

2.2.3 井架、天輪、井架安裝

收緊斜拉桿后，在中心鼓圈上安裝隨升井架、井架四面斜拉撐及井架頂部天輪裝置。

將井架底盤安裝在中心鼓圈上后逐步安裝井架沖天角鋼、斜桿角鋼、平桿角鋼，最后安裝井架壓頂槽鋼。將天輪、導(dǎo)索輪的鋼梁安裝在壓頂槽鋼上，天輪布置在鋼梁上方，導(dǎo)索輪掛在鋼梁下方。將井架布置在頂部，將4 根斜撐桿（108 mm×6 mm 無縫鋼管）焊接在外平臺鋼圈輻射梁上。井架安裝如圖6 所示[5-9]。

圖6 井架安裝

2.2.4 扒桿安裝

扒桿長9 m，用133 mm×8 mm 的無縫鋼管制作，將它用螺栓與支座鋼梁和二道輻射梁連接。扒桿變幅通過安裝在井架立柱旁的一臺0.5 t 卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2.2.5 控制臺調(diào)試

在控制臺內(nèi)加入過濾后的N46＃液壓油對控制臺加壓，同時(shí)對千斤頂排氣?？刂婆_主要技術(shù)指標(biāo)為：額定工作壓力為8 MPa，最高壓力（瞬時(shí)）為10 MPa。試壓合格后插入支承桿，排完空氣后，將控制臺加壓，觀察各千斤頂工作是否正常、油路聯(lián)連點(diǎn)是否密封良好。

2.2.6 卷揚(yáng)機(jī)的安裝

卷揚(yáng)機(jī)是煙囪施工垂直運(yùn)輸?shù)膭恿ο到y(tǒng)，其安裝位置距煙囪30 m，四周搭設(shè)2 m 高的防護(hù)圍欄，底座現(xiàn)澆1.2 m×1.2 m×1 m 的混凝土基礎(chǔ)，通過預(yù)埋螺紋鋼固定卷揚(yáng)機(jī)，設(shè)置后拉地錨。卷揚(yáng)機(jī)滾筒安裝防護(hù)鋼絲繩滑軌裝置、卷揚(yáng)機(jī)斷繩保護(hù)裝置、上下限位裝置及行程警示器等安全保護(hù)裝置。

2.3 翻模施工

2.3.1 外筒施工工藝流程

外筒施工工藝流程如圖7 所示[10-11]。

圖7 工藝流程圖

2.3.2 鋼筋施工

筒壁為雙排鋼筋，綁扎鋼筋時(shí)，先綁扎豎向鋼筋后綁扎環(huán)向鋼筋。

2.3.3 模板施工

2.3.3.1 外模

外模用倒鏈進(jìn)行安裝，并臨時(shí)固定，人工調(diào)定位，下端與已澆筑混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm鋼筋與筒壁環(huán)向水平鋼筋相焊接，外模調(diào)整定位并加固完畢后卸下懸掛模板的倒鏈，待拆模時(shí)重新懸掛倒鏈拆模。每節(jié)模板設(shè)15 道8 mm 的鋼絲繩緊固。外模緊固，縫隙堵嚴(yán)，防止?jié)q模和漏漿，如圖8 所示。

圖8 模板鋼絲繩緊固

2.3.3.2 內(nèi)模

提升內(nèi)模，人工調(diào)整定位，下端與混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm 鋼筋與筒壁環(huán)向水平鋼筋相焊接，確認(rèn)臨時(shí)固定完畢后，按照上述步驟吊裝下一塊模板，所有內(nèi)模安裝完畢后按照筒壁內(nèi)徑尺寸調(diào)整加固。

內(nèi)外模安裝后的中心與煙囪幾何中心的誤差不超過5 mm，質(zhì)量控制如表1 所示。

2.3.4 混凝土施工

2.3.4.1 混凝土澆筑

混凝土等級為C40，采用商品混凝土，其配合比滿足要求，并報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)。0～30 m 內(nèi)采用汽車泵送，30～95 m 用軌道水平運(yùn)輸和卷揚(yáng)機(jī)垂直運(yùn)輸混凝土進(jìn)行澆筑，如圖9 所示。

圖9 泵送及軌道水平運(yùn)輸混凝土

混凝土澆筑前，對已澆筑的混凝土面進(jìn)行清理、潤濕，鋪20～30 mm 厚與C40 混凝土漿同成分的水泥砂漿層。澆筑從一處開始分左右兩側(cè)沿筒周均勻地分層進(jìn)行，兩側(cè)會合后，再反向澆筑，如此不斷分層進(jìn)行，如圖10 所示。

圖10 分層澆筑混凝土

分層澆筑分層振搗，振搗時(shí)不得觸碰鋼筋和模板，如圖11 所示。

圖11 分層振搗

2.3.4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模

混凝土澆筑后涂刷養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

混凝土澆筑完成后，將16 個(gè)提升器支架配套的16 個(gè)倒鏈安裝在平臺提升架上，待砼達(dá)到拆模強(qiáng)度后（≥2.5 MPa），先用倒鏈吊鉤住模板，再松開緊線鉗及鋼絲繩，用倒鏈提升拆除模板。

2.3.5 液壓平臺提升

正常提升前先進(jìn)行初提。初提時(shí)，進(jìn)行1～2 個(gè)千斤頂行程的提升，并對翻模裝置和混凝土進(jìn)行全面檢查，確定正常后，轉(zhuǎn)為正常提升。

2.3.6 翻模施工操作要點(diǎn)

提升前，由專人負(fù)責(zé)檢查內(nèi)、外腳手架是否與模板連接、掛靠，并確認(rèn)無誤。在操作臺內(nèi)環(huán)梁上環(huán)十字線方向設(shè)4 個(gè)等距離的控制點(diǎn)控制偏移方向和偏移量，提升過程中支承桿必須焊接牢固。

不得將鋼筋、支承桿等積壓在操作臺上，以減少操作臺的施工荷載。液壓平臺的爬升支承桿支頭必須相互錯(cuò)開。

2.4 施工平臺拆除

2.4.1 拆除前準(zhǔn)備工作

拆除前準(zhǔn)備工作如下：①筒身結(jié)構(gòu)和93 m 平臺、筒壁內(nèi)側(cè)環(huán)形鋼梯及豎梯施工完成。②編制拆除方案，并審批完成。③確定拆除的專業(yè)隊(duì)伍，并經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)與交底。④拆除中使用的垂直運(yùn)輸設(shè)備和機(jī)具必須檢查合格。⑤檢查并確認(rèn)各支撐點(diǎn)預(yù)埋件牢固情況，確認(rèn)人員上下通道安全可靠。⑥拆除周圍設(shè)置為危險(xiǎn)標(biāo)志，按煙囪高度1/10 范圍設(shè)置危險(xiǎn)警戒區(qū)域，且安全區(qū)域不小于25 m。

2.4.2 平臺拆除工序

第一階段拆除順序：安全網(wǎng)→提升架→內(nèi)外吊架腳手板→平臺板→外環(huán)梁→輻射梁→刷漆→拆除扒桿→井架→鼓圈→施工電纜線→門架。

第二階段拆除順序：配電箱及電纜→起重鋼繩→滑道鋼繩支撐斜桿→臨時(shí)平臺板。

3 鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒施工

3.1 施工部署

采用“液壓提升倒裝法” 施工工藝逐節(jié)完成鈦鋼內(nèi)筒的安裝。每節(jié)鋼內(nèi)筒高2 m，按鋼內(nèi)筒周長的1/2均分為2 塊板，每塊板經(jīng)加工卷制、防腐完成后運(yùn)至現(xiàn)場，依次完成各筒節(jié)組對、焊接、驗(yàn)收及提升作業(yè)。

3.2 工藝流程

工藝流程如下：采購鈦鋼復(fù)合板生產(chǎn)→運(yùn)至施工現(xiàn)場→現(xiàn)場聯(lián)合驗(yàn)收→鈦鋼板卷制加工→液壓提升裝置安裝及調(diào)試→鈦鋼復(fù)合板轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝軌道車→（每節(jié)2 m）鋼內(nèi)筒拼裝、焊接、提升及保溫→分節(jié)循環(huán)施工直至新鋼內(nèi)筒主體到頂→液壓提升裝置拆除→內(nèi)外煙道及煙道接口安裝→導(dǎo)流板安裝→止晃點(diǎn)安裝[12-14]。

3.2.1 材料檢驗(yàn)

鈦鋼復(fù)合板的驗(yàn)收工作在卷板施工前進(jìn)行，每張鈦鋼復(fù)合板均由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同參與驗(yàn)收。

3.2.2 排版放樣

根據(jù)來料的寬度及長度排版放樣，筒體鋼板按2 m高/節(jié)設(shè)計(jì)。

3.2.3 鋼內(nèi)筒預(yù)制

工藝流程：卷板→除銹及涂裝→驗(yàn)收及堆放。

鈦復(fù)合鋼板的切割和坡口加工一般采用機(jī)械法[15-17]，質(zhì)量控制如表2 所示。

表2 鈦復(fù)合鋼板加工質(zhì)量控制表

用三棍卷板機(jī)進(jìn)行鏟頭和卷圓，卷制成弦長1.5 m的內(nèi)卡樣板檢查曲率，其間隙小于等于3 mm；卷制后按位號依次安放，便于安裝吊運(yùn)。卷板半成品如圖12所示。

圖12 卷板半成品

除銹及涂裝：驗(yàn)收合格后進(jìn)行表面處理。除銹前清除干凈鋼材表面的毛刺、焊瘤、飛濺物、灰塵和積垢、油污、油脂等。②除銹等級為St2.0，除銹表面的粗糙度控制在40 μm 左右。③用毛刷等工具清掃，或用干凈的壓縮氣吹凈銹塵和殘余的磨料。④除銹后12 h 內(nèi)（并且不得過夜）噴涂底漆。涂裝后的卷板半成品如圖13 所示。

圖13 涂裝后的卷板半成品

驗(yàn)收及堆放：涂刷底漆后的構(gòu)件及板材經(jīng)檢測質(zhì)量合格后，編號運(yùn)輸存放。構(gòu)件存放時(shí)應(yīng)防止構(gòu)件變形和腐蝕。

3.2.4 水平運(yùn)輸

卷制好的鋼板用平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至煙囪0 m 層施工洞口，吊車將鋼板轉(zhuǎn)運(yùn)到水平運(yùn)輸軌道車上，由軌道車轉(zhuǎn)運(yùn)至煙囪室內(nèi)，通過液壓提升裝置配合進(jìn)行組對、焊接。鋼板場內(nèi)運(yùn)輸如圖14 所示，門洞處鋼板運(yùn)輸軌道及小車如圖15 所示。

圖14 鋼板場內(nèi)運(yùn)輸

圖15 門洞處鋼板運(yùn)輸軌道及小車

3.2.5 筒體組對鉚焊

在臨時(shí)支撐平臺上完成組對焊接，筒體鉚焊點(diǎn)間距不大于200 mm，組對間隙為0～2 mm。

3.2.6 筒體焊接

采用氬弧焊打底、手工電弧焊和二氧化碳保護(hù)焊填充及蓋面的焊接方法，控制焊接熱輸入、焊接變形和層間溫度。背面焊接坡口如圖16 所示。

圖16 背面焊接坡口

定位焊采用手工電弧焊及二氧化碳保護(hù)焊。定位焊后檢查裝配間隙、錯(cuò)邊量及定位焊縫質(zhì)量，對拼接處間隙為0～2 mm，基層定位焊縫的間距為200～300 mm，每段定位焊縫長度為10～15 mm。

基層焊接時(shí)第一道采用氬弧焊打底，第二道采用二氧化碳保護(hù)焊填充，第三道采用手工電弧焊蓋面。焊接參數(shù)如表3 所示。

表3 Q235B 鋼板焊接參數(shù)

焊接檢驗(yàn)：檢驗(yàn)焊縫外觀，應(yīng)符合DLT 678—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

鈦鋼復(fù)合板焊接步驟如下：①焊前準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)圖選用坡口形式和尺寸。采用機(jī)械加工的直邊坡口，加工后的坡口表面應(yīng)平整、光滑，不得有裂縫、分層、等缺陷，坡口表面呈銀白色光澤。按鈦制焊接容器附錄A “鈦容器焊工考試規(guī)則” 對焊工進(jìn)行測試。按鈦制焊接容器附錄B “鈦容器焊接工藝評定” 進(jìn)行工藝評定并制定焊接工藝卡。焊絲符合鈦制焊接容器附錄D“壓力容器用鈦及鈦合金焊絲” 的要求。焊接設(shè)備具有高頻引弧、保護(hù)氣體控制功能。清除焊口兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)油污及氧化層。②焊接方法確定。鈦板之間的焊接采用非熔化極鎢極氣體保護(hù)焊（TⅠG 焊）。③鈦焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)。委托具有檢驗(yàn)資質(zhì)的第三方檢測，并出具檢驗(yàn)報(bào)告。在外觀檢查合格的條件下，鈦復(fù)層焊縫按JB4730《壓力容器無損檢測》一類焊縫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%的滲透檢測。鈦焊縫質(zhì)量符合GBT 13149—2009《鈦及鈦合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》，主要檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括焊縫外形尺寸符合設(shè)計(jì)圖樣要求；焊縫成型均勻、致密、平滑地向母材過渡，不應(yīng)有裂紋、未熔合及超出規(guī)定的咬邊、氣孔、夾渣、弧坑等質(zhì)量缺陷；鈦焊縫表面不允許存在深度大于等于0.5 mm 的劃傷。

非熔化極鎢極氣體保護(hù)焊（TⅠG 焊）工藝參數(shù)如表4 所示。

表4 非熔化極鎢極氣體保護(hù)焊（TIG 焊）工藝參數(shù)

3.3 鋼內(nèi)筒液壓提升安裝

3.3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：液壓提升裝置安裝（在93 m處平臺均勻布置4 臺200 t 千斤頂）→36 m 檢修平臺上安裝卷揚(yáng)機(jī)及倒鏈→分片組裝至2 節(jié)筒節(jié)（4 m 高）→安裝第3 節(jié)筒節(jié)→第1—3 節(jié)筒節(jié)向上提升2 m→安裝第4 節(jié)筒→將1—4 節(jié)筒節(jié)向上提升2 m→按前述循環(huán)安裝直至筒體全部提升到位→液壓提升裝置拆除→煙道及防雨罩安裝→導(dǎo)流板安裝→止晃點(diǎn)安裝。

3.3.2 操作流程及方法

操作流程及方法如下：①初始段安裝。將4 塊弧形筒片吊運(yùn)至提升平臺下面，并平移到預(yù)定位置。將預(yù)定位置的4 塊筒片每2 塊組對成一節(jié)筒節(jié)，將組對后的2 節(jié)筒節(jié)合圍在初始段外圈，焊接相鄰?fù)财g的豎縫，留下最后一節(jié)豎縫待焊接，在其兩側(cè)分別焊上2 對鎖具錨板，并收緊相鄰的2 塊筒片，使接縫密貼。②檢查筒體周圍，清除可能影響其提升的障礙物。③在嚴(yán)密的監(jiān)視與控制下，使千斤頂活動端徐徐上升帶動筒節(jié)向上提升。④當(dāng)提升高度已超過合圍在外圈的筒片頂端10～20 mm 時(shí)，穩(wěn)定筒片。⑤使后續(xù)筒節(jié)的最后一豎縫密貼并焊接。焊接完畢后拆除倒鏈，割去鎖具錨板，將焊接處打磨光滑。⑥緩慢放下液壓千斤頂，使它與后續(xù)筒節(jié)相靠攏，組焊兩節(jié)的對接環(huán)縫。⑦放下液壓千斤頂，將鋼內(nèi)筒置于支撐鋼梁上。⑧進(jìn)行本段加勁環(huán)焊接、防腐保溫施工、焊接檢測[18-19]。重復(fù)以上工序，進(jìn)行下一筒節(jié)安裝。

不斷重復(fù)上述過程，依次安裝后續(xù)筒節(jié)，直至全部筒節(jié)安裝完畢，提升完成后，拆除提升設(shè)備、清理作業(yè)場地。

3.4 垂直導(dǎo)向措施

為保證鋼內(nèi)筒提升過程中筒體的垂直度，在煙囪各層止晃鋼結(jié)構(gòu)平臺上對稱安裝導(dǎo)向輪。安裝在煙囪頂部的5 t 卷揚(yáng)機(jī)作豎向牽引，減少筒的晃動。

3.5 筒體加勁環(huán)及止晃點(diǎn)加勁環(huán)安裝

對各標(biāo)高層的加勁環(huán)和各止晃點(diǎn)加勁環(huán)同時(shí)定位焊接。

3.6 鋼內(nèi)筒保溫及防腐（面漆及焊縫處補(bǔ)刷油漆）

鋼內(nèi)筒筒體面漆、焊縫處補(bǔ)漆、筒體保溫工作與鋼內(nèi)筒提升同步施工，如圖17 所示。

圖17 鋼內(nèi)筒防腐保溫與內(nèi)筒同步施工

3.7 排煙內(nèi)筒的煙道口開孔

排煙內(nèi)筒固定后，在排煙內(nèi)筒煙道接口處搭設(shè)腳手架操作平臺，用于煙道開口。開孔時(shí)先粗糙開孔（孔截面尺寸需比煙道設(shè)計(jì)截面尺寸小），孔大致成型后，再精確開孔。

4 結(jié)束語

項(xiàng)目在煙囪建設(shè)方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并取得了較好社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，這就要求基礎(chǔ)建設(shè)與時(shí)代要求緊密融合。項(xiàng)目只有通過高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求、嚴(yán)格的施工管理、精細(xì)的施工策劃、全面的成本管理、全新的環(huán)保理念和控制、嚴(yán)苛的安全要求與管控，才能高效、優(yōu)質(zhì)、安全地實(shí)現(xiàn)工期、安全、質(zhì)量、效益、環(huán)保目標(biāo)，才能緊跟時(shí)代的步伐。