洞库金属油罐施工技术分析与探讨

王志朋

中国化学工程第四建设公司 湖南岳阳 414000

洞库金属油罐施工技术分析与探讨

王志朋

中国化学工程第四建设公司 湖南岳阳 414000

本文结合工程实例，详细分析了14万m3山洞洞库金属油罐制作安装施工技术方案的比较与选择；并分别就油罐顶板运输与组装，洞内构件吊装与堆放，洞内油罐提升，洞内油罐焊接工艺，洞内降低烟尘及通风等方面的关键技术措施，进行了详细深入细致的阐述并进行了简明扼要的技术总结.

洞库 油罐 运输 吊装提升 焊接

在大型石油油库建设中，绝大部份油库为地面露天油库，小量为半地下式覆土油库，山洞洞穴式油库建造得很少。主要为国防战备油库，近几十年国内鲜有建造。有着制作安装工作面狭小，运输困难，大型机械设备无法进入作业；封闭洞穴内施工焊接生产的焊烟等有害气体，影响施工人员身体健康等特点，如果不做好充分的切实可行的技术设计方案和充足的施工准备工作，就会产生如延误工期，影响施工生产，危害职工身体健康，增加施工成本，造成安全事故等不良后果。国家在增加石油储备和国防战备工程中，今后将更进一步增大洞库建设规模，因此，在对洞内油罐制作安装施工技术进行探讨有一定的理论和现实意义。

1 工程概况

国家物资储备局一战略储备油库，为28台共计14万m3金属焊接油罐，该油库为葡萄式洞库，28台5000m3油罐布置在一条E字型巷道两侧，巷道总长1680m，巷道开挖后毛段面尺寸为宽乘高为3.6m*3.9m，巷道被复后尺寸为2.5m*2.8m，每台油罐间距约为50m。

油罐罐室被复后尺寸为Φ24m*18.2m，油罐尺寸为Φ22250mm*16302mm，为焊接固定拱顶式油罐，主巷道与罐室连接的支巷道长9m。安装操作空间相当小，运输和吊装困难，罐室无通风竖井，所有通风换气均必须通风巷道口部通风换气。

该油库建设工期要求很紧，洞库石方爆破掘进12万m3，混凝土12000m3，28台油罐制安及工艺管道，电气、仪表、通风安装在内工期为18个月，因此必须在掘进被复和安装交叉作业条件下进行，狭窄的巷道为唯一的交通运输通道，也无法采用封闭区域作业，油罐制安工期只能控制在8个月内，给施工带来相当困难。

2 洞库5000m3油罐施工方案的比选

由于工期紧，罐室空间作业面狭小，巷道狭窄，运输困难和洞内排烟通风困难等不利因素，给施工组织和技术方案的确定带来很大困难。

2.1 油罐运输及预制方案的选择

（1）方案一：根据巷道实际情况，所有顶板及壁板全部预制成长宽尺寸不超过6m*1.5m，采用平板拖车，运到罐室后，用2t液压叉车卸板，罐室内预制扇形顶板。

(2)方案二：油罐扇形顶板在室外加工厂预制成长宽10152mm*1380mm设计尺寸，采用专用运输车辆及专用卸板机械运输卸板。

(3)方案三：根据50年代洞库曾采用人工抬运方案（成本高，工效低，不予考虑）

(4)方案一与方案二优缺点比较

选用方案一，运输相对容易，机械设备易配置，但在罐室内要二次预制和转运，工期相对长，工效低，工作环境差，而且叉车等机械对油罐基础沥青砂浆绝缘层可能破坏等缺点。

选用方案二：缩短了在罐室施工时间，全部预制在预制加工厂进行，可提前预制，工期短，质量有保证，工作环境好，对基础无影响，但施工机械设备无现成设备，而且在可行性方面存在技术上的风险。

根据现场实测试验和反复研究论证，成功开发和制作了小角度转弯半径的专用拖车和专用旋转门式桁吊，运输和卸板，并兼顾考虑油罐顶板安装组对的施工方法。

2.2 油罐组装和罐室桁吊卸板布置图提升方案比选

(1)方案一：采用先围顶层壁板，扇形顶板分次进场，罐帽顶安装桁吊，整体盖顶或人工盖顶，内置桅杆机械提升围板倒装施工方法。

(2)方案二：采用先将所有扇形顶板一次性运到罐室内，采用工具式顶板组装胎具，先分段分区组装顶板，采用内外相结合，机械提升围倒装施工方法。

(3)方案一与方案二的优缺点比较

选用方案一，是比较常用的施工方法，工人对技术操作熟练，油罐几何尺寸方便控制，变形小，但劳动强度高，顶盖组装胎架用料多，施工成本高，而且罐顶板开安装孔，增加焊接量，对油罐质量不利，工期长。

选用方案二，劳动强度低，特别是旋转桁吊已兼顾考虑到顶板的吊装任务，工具式组装胎具节约材料和反复利用，工程成本低，采用外内二次提升，油罐顶板不需要开施工洞口，减少了焊接工作量，对油罐质量有利。但工人操作相对困难，几何尺寸和变形相对不易控制，增加了一次桅杆立拆工作量。

经反复分析考虑，采用了分段分区盖顶，内外相结合机械提升倒装的施工方案。

2.3 降烟和通风方案的比选

(1)方案一：采用手工电弧焊接，巷道内设通风管道，机械通风换气施工方法。

(2)方案二：采用CO2气体保护焊接，主巷道用射流风机，罐室内用轴流风机抽烟，鼓风机补气的施工方法。

(3)方案一与方案二优缺点比较

选用方案一，焊接耗料少，焊工不需另行培训，焊接和通风设备易配置，用电量少。但施工工效低，工期较长，烟尘大，风管需要数量多，且影响土建爆破和不利于巷道粉尘及有害气体排除，成本高。

选用方案二，施工工效高，工期短，成本低，烟尘少，有利于土建施工交叉作业，但焊接需要另行培训，施工机械设备要另行配置，一次投入较多，用电负荷大。

经过反复权衡和考虑，确定按气体保护焊接工艺，无风管通风换气方法施工。

3 洞库油罐施工技术措施

3.1 组织方案设计

3.1.1 工序组织安排

根据洞库施工的实际情况，划为三个流水作业段（班组），即施工机械设备准备和预制加工、半成员运输及铺底置顶、组装焊接及提升和试验检验三个错位平行流水作业段均衡流水，组织施工。

3.1.2 重点考虑的几个方面

(1)在施工准备期，准备为所需的机械设备和器材，并检查检验其可行性和可靠性。

(2)因洞库场地有限，合理考虑预制工作的提前量，太早开始造成半成品无场地可堆放，人员窝工，太迟影响正常施工进度。

(3)严把预制半成品质量关。

(4)合理安排各流水作业段人员数量、机械设备配备。

(5)保证各流水段工作合理衔接。

3.2 运输与铺板

3.2.1 认真检查油罐基础绝缘层的平整度和密实度，保证底板铺装后与基础吻合，以免运输、立桅杆及桁吊对底板外力产生变形。

3.2.2 平板车要满足洞内巷道旋转要求，运输平板车上要有固定锁具装置和驾驶员防护栏，防止钢板变形和伤害司机及其它人员。

3.2.3 运输车采用140马力拖拉机牵引，6m长双轮平板车，前后带可调节伸长调高的支架，分别满足运输底板，壁板和顶板用，可一次运输底板、壁板4块或扇形顶盖板2块。

3.2.4 运输车在巷道内运行，要采用低速和单向行驶，安排专人负责协调指挥调度。

3.2.5 运输钢板前，要先在检查合格的基础上，弹线标出油罐底板安装位置，先后依次运输边缘板，中幅底板，并采用间断焊，预组装底板，以安装旋转桁吊吊卸顶板和壁板。

3.2.6 底板预装完后，安装旋转桁吊，桁吊高度应满足顶板组装要求，高度高于顶拱高800mm，中心固定立柱用Φ219*7mm钢管制作，桁梁为格构式，设两个吊点，边吊点在悬挑端，满足壁板靠墙就位，中吊点满足扇形顶板卸车就位和组装起吊用。旋转立柱为格均式，脚带两个承力导向胶轮，保证旋转行走时不损伤底板钢板。

3.2.7 按施工排版图位置，在罐室墙面标明位置，按底内顶外依次运输就位罐壁板，紧靠墙面立放，并固定，防止倾覆。

3.2.8 在罐底板上，弹线放样，焊接固定壁板临时定位板，焊接安装包边角钢，在确定定位板和安装包边角钢时，应考虑焊接收缩量和顶盖焊接收缩包边角钢下边外翘变形量2-3mm余量，防止产生油罐几何尺寸误差和壁板组对变形。

3.2.9 运输就位油罐扇形顶板，顶板要集中侧立堆放，临时支护，尽可能少占空间和位置。

3.2.10 分区段固定顶板组装工具式组合胎具，第一次组装的面积，以顶板堆放外全部位置为宜。

3.2.11 组装扇形顶板，先组装未堆放区段，随顶板堆放依次组装合垅，扇形顶板安装完后，拆除旋转桁吊，最后安装中心顶板。

3.3 壁板组对与提升

3.3.1 油罐顶盖组装完后，在罐外边园周等分布置18根外提升桅杆，桅杆采用Φ159*5mm钢管，高度3m，桅杆安装位置应放在立放壁板搭接位置，便于壁板围板方便。

3.3.2 桅杆立于油罐基础砼外环梁上，顶部与罐室墙面预埋螺栓拉结固定要牢固，防止提升过程中失稳倾倒。

3.3.3 因电源容量有限，采用18台10t手动葫芦提供。

安全性能计算

油罐壁板 二层以上所需提升总重量为72t。

K=18*10/72=2.5 满足需要

3.3.4 在已组装好在油罐拱顶，按外置桅杆位置，均布焊接固定吊点，然后提升至顶层壁板高度，检查调整好水平标高和水平位移误差后，围焊顶层壁板。

3.3.5 外置提升，要重点注意水平位移，在提升时各受力点要均匀，提升同步，并在四个方向的底板外边和壁板、顶盖角钢上做好中心标记，提升完后检查并调正偏差，以防油罐水平位移产生扭曲变形。

3.3.6 外置提升油罐壁板时，要使内置胀圈与壁板紧贴并焊牢，外吊点要与胀圈与壁板焊点位置一致，以防止提升时把壁板拉变形。

3.3.7 按上方法依次提升油罐顶部1～2层壁板。

3.3.8 在顶部第三层壁板围板组对焊接完后，在罐内安装桅杆，桅杆数量为18根，园周分布。桅杆高度略大于2层壁板高度为宜，固定拉结牢固，设中心立柱，防止倾斜变形。提升采用18台10t手动葫芦。

3.3.9 围板采用在罐外壁临时固定吊点，用1t手动葫芦围板。

3.3.10 内提组装方法与常规地面油罐倒装方法相同。

3.4 降烟及通风换气

3.4.1 利用洞库主巷道口设计地势高差6m的有利条件，利用空气压差自然通风换气。地势低的2#洞口作为进气口，1#、3#洞口作为排气口，在不施工产生烟尘尾气的情况下，能保证主巷道内空气质量满足要求。

3.4.2 在1 # 和3# 主巷道转角处，增设机械通气设备，强制抽风，以达到加速主巷道内空气流动速度，增快2#口进风速度，以达到稀释巷道内有害气体浓度，满足人体需要。

3.4.3 主巷道通风采用67kw射流风机。射流风机的控制在油罐焊接上班作业前2h开机，下班以后2h关机，爆破后3h关机，以保证主巷道内空气质量，由专人负责控制和检查。

3.4.4 洞库罐通风换气和焊接烟尘的排放，采用2台3kw轴流风机外排，其中一台安装在油罐顶上的通风透光孔上，抽油罐内的烟尘；一台装在罐室，排出罐室内烟尘。设一台3kw鼓风机安装在罐室入口，向内补充空气。

3.4.5 罐室内轴流风机配拉链式帆布通风软管，引出罐室口20m，风管悬挂在主巷道顶部，风管出口与射流风机通风方向一致，以减少和降低罐室补风空气污染程度。

3.4.6 洞内影响空气质量的主要污染源是巷道内车辆尾气、掘进爆破粉尘、焊接产生的焊烟。其中以焊烟为最大污染源，如采用电弧焊接，按工期要求，几十台焊机工作，所产生的焊烟根本无法施工。故选择焊烟少、工效快的半自动CO2气体保护焊接工艺。

3.4.7 罐室内油罐焊接。除定位焊采用手工电弧焊外，其余焊接全部采用CO2气体保护焊。

3.4.8 油罐制作安装顺序，根据主巷道罐室布置，从出风口向进风口依次制作安装，以保让烟尘顺风排出，减少巷道内空气质量重复污染。

3.4.9 油罐焊接要均衡，每台罐安排6台CO2气体保护焊机，2台手工电弧焊机（定位焊用），每天焊接工作量，以白天一个班完成一圈壁板组对焊接量为原则。晚上时间做无损检测工作，以保证第二天能继续围板提升。

4 结语

综上所述，在洞库油罐施工的特殊作业环境和条件下，合理制定施工工艺方法和采用专用施工设备，实行了洞库油罐流水作业与平行作业并举，减轻了劳动强度，提高了工效，创造了较好的施工作业环境，有效地保证了工程施工安全、工程质量和工程进度。受到建设单位提供的电源容量限制，不能采取电动机械提升方法，否则施工将更为方便、轻松。另外因为工期安排，油罐安装正赶上夏秋季节，洞内结露，给焊接带来困难，应尽可能选择春冬季节在洞库制作安装油罐。总的来说，该库油罐施工的成功，为同类油库的建设安装提供了良好的借鉴作用和参考价值。

1立式金属油罐设计规范.GB50314—2003.

2立式金属油罐施工验收规范.GB50128—2005.

3后方油料仓库设计规范.GJB5758—2006.（总后勤部）.

4洞库工程施工验收规定.2007.10.30.（总装研究总院）.

TE8

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1672-9323（2011）02-0069-04

2011-01-09）