高60 m的钢塔架烟囱施工技术

蔡小平 王笑阳 朱双英

常州第一建筑集团有限公司 江苏 常州 213002

1 工程概况

常州武进污水处理厂生活污泥焚烧处理工程钢塔架烟囱，由塔柱和钛-钢复合板烟囱组成（图1）。

图1 塔架烟囱三维示意

塔柱为四肢钢管格构柱，高度6 0 m，其中标高±0.00～＋22.50 m为变截面，底部截面尺寸为7.0 m×6.6 m，标准节间长3.0 m；标高＋22.50～＋60.00 m为等截面，尺寸为4.2 m×4.2 m，标准节间长5.0 m。钢管材质为Q345B，节间设置钢平台和爬梯等附属构件。

双道烟囱筒体采用规格为φ823 mm×11.5 mm的圆管制作，材料为爆炸-轧制复合板（代号BR2），即基材厚10 mm的Q235B钢板＋复材厚1.5 mm的TA2钛合金板，其余零部件为不锈钢，烟囱与架体通过止晃点水平限位，本工程总质量300 t。

2 重、难点分析

2.1 结构高，高空作业量大

由于塔架结构高，大量的高空焊装作业给施工、吊装和安全保证措施带来很大难度。

2.2 焊接工作量大

相贯线钢塔架和钛-钢复合板烟囱的拼接，构件数量多，焊接体量大，焊缝质量等级高，选择最优的施工技术方案是本工程的施工重点。

2.3 交叉施工，场地狭小

由于厂区内布置有大量的锅炉设备构架，还有土建等交叉施工，预留给钢结构施工的场地非常狭小，故应采取合理的施工组织和部署。

3 施工总体方案

3.1 施工方案优选

根据现场施工条件，钢塔架采取现场整体拼装，分段吊装，烟囱考虑2种施工方案：

1）方案1：烟囱正装法。每个节段塔架施工完成，烟囱从相应节段顶吊装贯入。烟囱与塔架分段相同，同步进场，交叉施工，场地条件要求高，吊装机械质量大，烟囱在高空对接，焊接量大，难以保证施工安全和质量。

2）方案2：烟囱倒装法。整个塔架先施工完成，烟囱利用架体作为提升点，倒链牵引，自下而上倒装施工，无需吊装机械，烟囱分段在地面焊接，施工质量可控[1]。

经过质量、安全和工期的综合比较，将方案2作为施工最终方案。

3.2 吊装分段

3.2.1 钢塔架分段

塔架分段主要考虑以下几个因素：

1）道路运输条件、吊机起重能力和回转作业半径的限制。

2）分节段包含水平和斜撑杆件，以形成稳定的刚度单元体。

3）避开主受力点，在标高9.00、24.00、30.00 m钢架结构处布置有加强段，此处应避开断点。

4）减少高空对接杆件数量，可利用的施工操作平台和安全走道。

综上所述，钢塔架分成7段，长度6～11 m，分段点位于钢平台上表面1.50 m处，主立管分段错缝500 mm。受运输条件制约，塔架钢管相贯线由工厂切割散件并发现场，搭设胎架整体预拼装，汽吊分段吊装。所有焊接均在地面完成，高空分段对接全部采用法兰螺栓连接。钢梯、平台等附属构件预先在地面安装后，直接作为高空操作平台和上人通道（图2）。

图2 塔柱分段示意

3.2.2 烟囱分段

烟囱规格为φ823 mm×11.5 mm圆管，周长展开为2.584 m，市场供应钛-钢复合板常规板幅宽度≤2.0 m，烟囱按板幅宽度2.0 m标准节，由工厂分段卷制进场，现场对接后再进行提升。

3.3 施工工艺流程

塔柱地面预拼装→底部第1段塔柱吊装→柱脚底板定位焊接→第2段塔柱吊装，上下段法兰盘连接→依次分段吊装，直至顶部第7段安装结束，塔架检查验收合格→烟囱标准节地面对接，倒装法累积提升[2-3]

4 塔架关键施工技术

4.1 吊装工况分析

塔架柱分段吊装工况分析见表1。选用350 t汽吊主机＋25 t汽吊副机配合旋转提升吊装。在吊装过程中，采用经纬仪、全站仪进行全过程测量，控制轴线、标高和垂直度，法兰盘钢板之间接触面应贴合紧密，高强度螺栓须拧紧，并逐个检查。

4.2 法兰盘设计

法兰盘与钢管采用等强设计，4根主立管和相邻斜撑杆采用法兰连接设计，钢管与法兰盘坡口熔透等强焊接，法兰盘间用M30高强度螺栓连接（图3）。

表1 塔架柱吊装工况分析

图3 法兰盘节点示意

4.3 整体预拼装

钢塔架采用整体地面卧拼，受场地限制，拼装和吊装须分2次进行，第4段作为预留段，参与前后2次预拼，确保整体线形和拼装精度。第1次拼装为第1～4段，吊装第1～3段；第2次拼装为第4～7段，吊装第4～7段（图4）。

图4 现场拼装

分段塔架柱拼装流程为：地面设置型钢胎架，标记中心线和标高→两侧面上、下主管及斜撑杆组装，形成2榀单片竖向桁架→底层平面斜撑杆安装定位→钢梯、护笼及钢平台等附属构件安装→上层平面斜撑杆安装→复测中心线、标高和垂直度，进行对称同步相贯线焊接。管柱法兰盘上端由工厂焊接，下端在现场完成相邻段螺栓定位并对接无误后再焊接[4]。

5 烟囱关键施工技术

5.1 提升工况分析

在塔架主体结构安装完成后，烟囱采用手拉葫芦（倒链）倒装法分段安装。应先在架体烟囱位置正下方地面预设拼装支撑钢平台，以满足高60 m烟囱和施工的承载力。长2.0 m的标准节烟囱在地面钢平台上找正后进行对接焊接，检查合格后提升2 m，再进入下一节烟囱的安装。

倒链提升操作简单，安全可靠。烟囱自下而上分为6个提升工况，每10 m节段的烟囱质量仅5 t，作为1个提升工况。烟囱底部配置2只10 t葫芦（长度12 m）固定在标高9.0 m的平台上，吊装±0.00～＋10.00 m底节段烟囱，顶部配置2只10 t葫芦分别在标高＋21.00～＋60.00 m每间隔10m依次上移，完成第2～5节工况的累积提升（表2）。

表2 烟囱提升工况分析

每节段烟囱顶部对称焊接吊耳和定位板，便于烟囱吊装和对接焊接。烟囱提升时，从塔柱底部缓慢贯穿，烟囱底部设置缆风绳，减小烟囱吊装过程中的晃动幅度以及牵引烟囱至相应止晃点孔位（烟囱离孔边距离仅150 mm）。为确保吊装过程的安全性，烟囱在提升暂停时，将其直接落到钢平台上，同时锁定葫芦。

5.2 烟囱焊接工艺

钛-钢复合板烟囱焊接严格按照JB/T 4745—2002《钛制焊接容器》实施。现场焊缝为水平环向对接焊缝，纵缝错边300 m，采用钛贴条（TA2牌号），规格为1.6 mm×50 mm，沿焊缝通长布置（图5）。基层采用Q235B钢板手工钨级氩弧焊打底，CO2气保焊填充和盖面。复层采用手工钨级氩弧焊，φ1.6 mm的TA2焊丝，焊接前做好基层焊缝、钛贴条及焊丝表面清理，采用小热量输入，防止产生焊缝气孔和裂纹，焊接完成后进行焊缝探伤和气密性检查[5-6]。

6 高空安全施工措施

本工程属于高空作业，操作人员必须佩戴安全帽，系好安全绳和生命线，塔柱底段周边设置悬挑安全兜网，防止高空坠物，上人钢梯、平台应及时封闭栏杆，重要构件的吊装应力和变形需经过施工模拟计算[7]。

图5 烟囱对接节点示意

7 结语

本工程采用的施工技术，将大量的焊接、预拼装工作在地面完成，塔柱高空法兰连接可靠，烟囱倒装法施工操作简单、安全。本文介绍的施工技术和工艺合理，确保了焊接和施工质量，节约成本和工期，具有一定的推广实用价值。