单点悬挂式烟囱钢内筒液压顶升法施工

(中国能源建设集团江苏省电力建设第三工程有限公司,江苏 镇江 212003)

单点悬挂式烟囱钢内筒液压顶升法施工,首先在烟囱零米制作顶升钢架,在顶升钢架上布置16台35 t的穿心千斤顶,每台千斤顶配高强度钢拉杆1根。千斤顶、油泵等提升设备置于顶升钢架操作平台上,从上至下采用倒装法完成烟囱钢内筒的安装。

1 工程概况及施工难点

新疆某煤基新材料项目动力装置电厂建有双钢套筒式钢筋混凝土烟囱,两只钢内筒彼此独立、各自对应1台机组。烟囱钢内筒结构悬挂式筒体钢结构,钢内筒内径为5.2 m的直筒,高度为210 m。每个内筒筒体共分两段,上部段为悬吊段,段长158 m,布置于52 ～210 m标高范围,为10+1.2 mm厚钛钢复合板材料,悬吊在195 m层的平台大梁,在悬吊段局部195 ～198 m加厚为20+1.2 mm厚钛钢复合板材料。下部段为自立段,段长17.295 m,支撑在33 m层平台混凝土支墩上,材料为12+1.2 mm厚钛钢复合材料。上部段与下部段在标高51.1～52 m间通过膨胀伸缩节相连。当钢内筒顶提升到210 m时,千斤顶承受最大荷载为314 t,起重量超大。顶升过程中竖直度控制非常关键。顶升到顶后,在钢内筒上开烟道孔。千斤顶和涨圈下移至下一节钢内筒时,钢内筒落地的稳定性是施工的难点,下部自立段支撑平台以下顶升用的临时钢结构标准节质量控制是关键所在。

2 烟囱钢内筒顶升法施工技术

2.1 工艺流程

第一步： 烟囱筒体分段在加工厂制作,每节高4 m。

第二步： 钢内筒采用顶升倒装法施工,钢平台安装完成后,再安装提升支架及提升设备,安装铺设操作平台,运输小车及其轨道。

第三步： 采用行走小车将筒段运到安装点,利用顶升装置逐段安装。2个钢内筒依次安装,采用倒装法施工,先安装筒首部分,之后提升4 m,在下部再拼接一段,循环往复直到内筒上升到210 m为止。再依次安装第二个内筒。33.8 m以下无筒体部分采用钢结构标准节替代筒体,安装完成后拆除标准节。

第四步： 烟囱钢内筒倒装结束后,安装烟囱钢内筒悬挂点。将千斤顶移至2#钢内筒处并安装好,准备下一个内筒的施工。及时安装33 m平台上因施工需要而未安装完的钢梁,浇灌内筒基础支墩,支墩砼强度达到要求后,拧紧地脚螺栓。同设备安装单位协调后,在钢烟囱上开烟道孔。锚栓固定后,进行膨胀节、止晃点等安装,最后拆除导向装置,安装完所有的止晃装置。

烟囱节段就位、顶升流程见图1。

图1 烟囱节段就位、顶升流程

2.2 烟囱零米布置

在烟囱外零米地面布置顶升钢架,运输小车及其轨道,具体见图2。

2.3 顶升系统安装

顶升钢架平面及剖面图见图3。

2.3.1 千斤顶安装

提升用的千斤顶拟采用专用千斤顶,其相关参数如下：额定提升力350 kN,行程100 mm,穿心孔径50 mm,外形尺寸φ300 mm,提升速度6 m/h。

同步提升千斤顶安装是将千斤顶置于要求的部位,安装需要满足承力、便于操作、满足符合千斤顶机械性能要求。油管接口和各电器接口朝向安装,其位置的方向性须符合连接要求。千斤顶须放置稳妥,保证受力后不发生滑移或其他机械问题。

利用汽车运输筒节进入砼烟囱筒内,利用16t卷扬机卸车及安装提升支架,点焊牢固后,进行施焊。经现场检测符合施工要求后,再进行安装千斤顶及相关设备安装。

图2 烟囱内零米平面布置图

图3 顶升钢架平面图、剖面图

千斤顶安置完成后,按照要求布设钢拉杆,具体根据实际情况确定。钢拉杆穿设完成后,每一根钢拉杆需要预先张拉到相同的受力状态,保证提升时,每根钢拉杆受力一致,拉升长度大致相同。初预紧采用5 t倒链施加,达到千斤顶受力要求即可。

2.3.2 导向轮安装

烟囱顶升过程中,为保证烟囱节段的重心在提升吊点组成的几何范围内,让其垂直顶升,需要设立导向装置。导向装置在烟囱倒装过程中,在烟囱提升的适当位置布置,分四次设立。

第一次在1号平台主梁上(33 m层)设置3个,沿内筒平面外周长三等分布置。第二次在3号平台主梁上(88 m层)设置3个,沿内筒平面外周长三等分布置。第三次在4号平台主梁上(115 m层)设置3个,沿内筒平面外周长三等分布置。第四次在5号平台主梁上(155 m层)设置3个,沿内筒平面外周长三等分布置。

顶升过程中,导向装置采用滚轮装置和烟囱壁板表面接触,承受的轴向力不小于2 t。钢内筒导向钢平台的止晃点在内筒施工完后再安装,确保钢烟囱的加固圈能顺利通过。

2.3.3 顶升过程中钢内筒平稳落地措施

在顶升过程中,上一节钢内筒顶到预定位置时,下一节钢内筒通过运输小车运至顶升架内并与上一节钢内筒对口焊接好后,千斤顶和涨圈下移至下一节钢内筒时,施工中的钢内筒落在运输小车的一瞬间,零米设置的落地平台需要保证钢内筒平稳落地,否则将造成钢内筒失稳,本工程在运输小车平台下方设置8台50 t千斤顶,很好地解决了烟囱钢内筒平稳落地的问题。

2.4 临时标准节

33 m平台以下采用临时标准节来完成顶升过程。

由于钢内筒下面一段是座在33 m平台上,内筒在顶升时33 m以下加临时标准节,共7节,标准节详图见图4。

图4 顶升临时标准节平面及立面

2.5 涨圈

采用20 mm厚钢板焊接成400 mmh300 mm箱形梁,闭口处用千斤顶收紧,在顶升过程中布置在上筒与下筒接缝的上口处。

2.6 顶升钢架和千斤顶受力计算

当钢内筒顶提升到210 m时,千斤顶承受最大荷载为3135.79 kN,具体计算如下。

2.6.1 千斤顶验算

选定16台350 kN穿心式千斤顶,额定提升能力为16h350=5600 kN。

根据《烟囱工程施工验收规范》(GB50078－2008)要求,多台顶升设备同时工作时,最大荷载不得超过设备允许总额定荷载的80%,即5600h0.8=4480 kN。本次作业千斤顶承受最大荷载为3135.79 kN,符合起重要求。

2.6.2 烟囱地面承载力验算

顶升架底面垫20 mm厚6.4 mh6.4 m钢板,钢内筒传至烟囱地面的总荷载为3345.49 kN,地基承载力为114 kPa,小于地基承载力特征值120 kPa。

经验算,烟囱地面承载力符合要求。

2.6.3 提升支架钢立柱和钢梁

(1)351h12钢柱每个钢内筒处布置4根,单根长6.3 m,每根立柱承受最大荷载为783.95 kN。

根据钢结构设计规范(GB50017－2003),柱计算如下。

强度验算：

式中：N为轴心压力,取值1.1h103kN；An为净截面面积,取值1.28h104mm2；f为钢材抗压强度设计值,取值215 N/mm2。

稳定性验算：

式中：N为轴心压力,取值1.1h103kN；A为构件的毛截面面积,取值1.28h104mm2；φ为轴心受压构件的稳定系数；f为钢材抗压强度设计值,取值215 N/mm2。

查钢结构设计规范(GB50017－2003)附录C得φ=0.907

经验算351h12钢柱符合要求。

(2)主 钢 梁(HN700 mmh300 mm h13 mmh24 mm)共4根,单根长5765 mm,受力示意图见图5。

图5 主钢梁HN700h300h13h24受力

抗弯强度验算：

式中：M为弯矩,取值1.1h109N·mm；w为净截面模量,取值5.64h106mm3；γ为为截面塑性发展,对工字形截面取值1.05；f为钢材的抗弯设计值,取值215 N/mm2。

抗剪强度验算：

式中：v为剪力,取值553.4 kN；Am为构件净截面面积,取值231.5 cm2；fv为钢材抗剪强度设计值,取值125 N/mm2。

挠度验算：

式中：E为钢材弹性模量,取值2.06h105N/mm2；I为惯性矩,取值 1.97h109mm4；F为主钢梁受的集中荷载,取值2.77h105N；l为主钢梁跨度,取值5765 mm。

经验算主钢梁HN700h300h13h24符合要求。

(3)次 钢 梁(HM588 mmh300 mm h12 mmh20 mm)共 4根 ,单根长 2389 mm,受力示意图见图6。

图6 主钢梁HM588h300h12h20受力

抗弯强度验算：

式中：M为弯矩,取值1.7h108N·mm ；w为净截面模量,取值3890 cm3；γ为截面塑性发展系数,对工字形截面,取值1.05 ；f为钢材的抗弯设计值,取值215 N/mm2。

抗剪强度验算：

式中：v为剪力,取值2.77h105N；fv为钢材抗剪强度设计值,取值125 N/mm2；Am为构件净截面面积,取值1.87h104mm2。

挠度验算：

式中：F为主钢梁受的集中荷载,取值2.77h105N；l为主钢梁跨度,取值2389 mm。E为钢材弹性模量,取值2.06h105N/mm2；I为惯性矩,取值1.14h109mm4。

经验算次钢梁HM588h300h12h20符合要求。

2.7 钢内筒稳定性验算

钢内筒按最下面一节进行计算

式中：N为轴心压力,取值3.14h103kN；A为构件的毛截面面积,取值1.96h105mm2；φ为轴心受压构件的稳定系数；f为钢材抗压强度设计值,取值215 N/mm2。

查钢结构设计规范(GB50017－2003)附录C得φ=0.668

3 结语

烟囱单点悬挂式烟囱钢内筒液压顶升法施工技术解决了烟囱钢内筒高耸构筑物高空作业的难题,液压顶升的工艺有效避免了因提升方法造成的钢丝绳超长打卷、钢丝绳易损等危险。运输小车行至顶升钢架下,设置液压千斤顶,保证了每节钢内筒顶升转换过程中钢内筒落地受力的稳定性,为施工提供了安全保障。充分利用导向轮、顶升钢架施工平台,高效地完成了施工任务。