西北地区供热工程超高烟囱内外筒施工技术

程冬

（中铁二局集团建筑有限公司，四川 成都 610031）

烟囱通过烟囱效应将锅炉产生的烟雾、热烟气输送到设计高度的大气中进行物扩散以减少对周围环境的影响。目前中国最高的烟囱是山西神头二电厂270 m的烟囱，世界上最高的烟囱是哈萨克斯坦的GRES-2发电站420 m 的烟囱。

1 工程概况

天水市藉口镇集中供热工程烟囱位于天水市秦州区藉口镇五十铺村北部。烟囱设计为内外双筒，内筒为100 m 高的单管钢内筒，外筒为95 m 高的圆形钢筋混凝土结构，基础为桩基+承台+环壁，上口径为7.4 m，下口径为10.5 m，壁厚200～350 mm，内设3 层钢平台，标高为36 m、65 m、93 m，其中93 m 平台为屋面防雨平台。内筒直径4 000 mm，采用Q235B+TA2钛钢复合板，厚度为14.0 mm+1.2 mm=15.2 mm。基础混凝土为C30，抗渗等级P8，筒身混凝土为C40。

2 钢筋混凝土外筒施工

2.1 翻模装置简介

2.1.1 液压提升翻模施工工艺概述

钢筋混凝土外筒体采用液压提升施工平台翻模施工工艺，平台提升采用液压千斤顶，其中心穿支承杆。在液压动力作用下，千斤顶沿支承杆爬升，带动操作平台上升，平台承受全部施工荷载。

2.1.2 平台提升系统

平台提升系统由液压提升系统、鼓圈、提升架、辐射梁、平台起拱拉杆、吊架、支承杆、防护等组成。液压提升系统由16 台液压千斤顶和油管组成。平台外侧一圈用钢管搭设1.8 m 高的临边防护栏杆，操作平台满铺脚手板，设挡脚板，栏杆外侧满挂密目网[1-4]，提升平台如图1 所示，平台提升架如图2 所示。

图1 提升平台（主体结构完成，临边防护已拆除）

图2 平台提升架

2.1.3 调径装置

调径装置控制烟囱直径变化，共设置16 套手动调径装置，安装在辐射梁上，具体如图3 所示。

图3 手动调径装置

2.1.4 垂直运输系统

垂直运输系统由一台质量为5 t 的双筒卷扬机和2 台质量为3 t 的单筒卷扬机组成，如图4 所示。

图4 垂直运输设备

2.1.5 模板

外侧模板：用2.7 mm 厚、尺寸为1 500 mm×1 700 mm 的钢板加工制作。

内侧模板：用2.7 mm 厚、尺寸为1 700 mm×650 mm 的钢板加工制作。

2.2 翻模装置安装

2.2.1 安装辐射梁

首模钢筋绑扎完成后搭设平台，沿筒壁周长16 等分，确定16 榀辐射梁的位置，先安装中心鼓圈，再安装辐射梁。辐射梁安装完成后，组装焊接内环梁、外环梁及平台下悬斜拉杆。辐射梁安装时对称进行，使鼓筒受力均匀，保持中心稳定。辐射梁安装如图5 所示。

图5 辐射梁安装

2.2.2 安装悬索拉杆

辐射梁安装完成后及时安装下弦悬索拉杆，每道辐射梁下设1 根悬索拉杆（Φ16 mm），共16 根，对称安装，组装好后将平台按1/500 起拱。沿圆周方向分别依次安装内外吊架、平台环梁、拉杆平台铺板、平台脚手板、调整提升架、布置千斤顶、插提升杆、安装收分螺丝。

2.2.3 井架、天轮、井架安装

收紧斜拉杆后，在中心鼓圈上安装随升井架、井架四面斜拉撑及井架顶部天轮装置。

将井架底盘安装在中心鼓圈上后逐步安装井架冲天角钢、斜杆角钢、平杆角钢，最后安装井架压顶槽钢。将天轮、导索轮的钢梁安装在压顶槽钢上，天轮布置在钢梁上方，导索轮挂在钢梁下方。将井架布置在顶部，将4 根斜撑杆（108 mm×6 mm 无缝钢管）焊接在外平台钢圈辐射梁上。井架安装如图6 所示[5-9]。

图6 井架安装

2.2.4 扒杆安装

扒杆长9 m，用133 mm×8 mm 的无缝钢管制作，将它用螺栓与支座钢梁和二道辐射梁连接。扒杆变幅通过安装在井架立柱旁的一台0.5 t 卷扬机实现。

2.2.5 控制台调试

在控制台内加入过滤后的N46＃液压油对控制台加压，同时对千斤顶排气。控制台主要技术指标为：额定工作压力为8 MPa，最高压力（瞬时）为10 MPa。试压合格后插入支承杆，排完空气后，将控制台加压，观察各千斤顶工作是否正常、油路联连点是否密封良好。

2.2.6 卷扬机的安装

卷扬机是烟囱施工垂直运输的动力系统，其安装位置距烟囱30 m，四周搭设2 m 高的防护围栏，底座现浇1.2 m×1.2 m×1 m 的混凝土基础，通过预埋螺纹钢固定卷扬机，设置后拉地锚。卷扬机滚筒安装防护钢丝绳滑轨装置、卷扬机断绳保护装置、上下限位装置及行程警示器等安全保护装置。

2.3 翻模施工

2.3.1 外筒施工工艺流程

外筒施工工艺流程如图7 所示[10-11]。

图7 工艺流程图

2.3.2 钢筋施工

筒壁为双排钢筋，绑扎钢筋时，先绑扎竖向钢筋后绑扎环向钢筋。

2.3.3 模板施工

2.3.3.1 外模

外模用倒链进行安装，并临时固定，人工调定位，下端与已浇筑混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm钢筋与筒壁环向水平钢筋相焊接，外模调整定位并加固完毕后卸下悬挂模板的倒链，待拆模时重新悬挂倒链拆模。每节模板设15 道8 mm 的钢丝绳紧固。外模紧固，缝隙堵严，防止涨模和漏浆，如图8 所示。

图8 模板钢丝绳紧固

2.3.3.2 内模

提升内模，人工调整定位，下端与混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm 钢筋与筒壁环向水平钢筋相焊接，确认临时固定完毕后，按照上述步骤吊装下一块模板，所有内模安装完毕后按照筒壁内径尺寸调整加固。

内外模安装后的中心与烟囱几何中心的误差不超过5 mm，质量控制如表1 所示。

2.3.4 混凝土施工

2.3.4.1 混凝土浇筑

混凝土等级为C40，采用商品混凝土，其配合比满足要求，并报监理批准。0～30 m 内采用汽车泵送，30～95 m 用轨道水平运输和卷扬机垂直运输混凝土进行浇筑，如图9 所示。

图9 泵送及轨道水平运输混凝土

混凝土浇筑前，对已浇筑的混凝土面进行清理、润湿，铺20～30 mm 厚与C40 混凝土浆同成分的水泥砂浆层。浇筑从一处开始分左右两侧沿筒周均匀地分层进行，两侧会合后，再反向浇筑，如此不断分层进行，如图10 所示。

图10 分层浇筑混凝土

分层浇筑分层振捣，振捣时不得触碰钢筋和模板，如图11 所示。

图11 分层振捣

2.3.4.2 混凝土养护、拆模

混凝土浇筑后涂刷养护液进行养护。

混凝土浇筑完成后，将16 个提升器支架配套的16 个倒链安装在平台提升架上，待砼达到拆模强度后（≥2.5 MPa），先用倒链吊钩住模板，再松开紧线钳及钢丝绳，用倒链提升拆除模板。

2.3.5 液压平台提升

正常提升前先进行初提。初提时，进行1～2 个千斤顶行程的提升，并对翻模装置和混凝土进行全面检查，确定正常后，转为正常提升。

2.3.6 翻模施工操作要点

提升前，由专人负责检查内、外脚手架是否与模板连接、挂靠，并确认无误。在操作台内环梁上环十字线方向设4 个等距离的控制点控制偏移方向和偏移量，提升过程中支承杆必须焊接牢固。

不得将钢筋、支承杆等积压在操作台上，以减少操作台的施工荷载。液压平台的爬升支承杆支头必须相互错开。

2.4 施工平台拆除

2.4.1 拆除前准备工作

拆除前准备工作如下：①筒身结构和93 m 平台、筒壁内侧环形钢梯及竖梯施工完成。②编制拆除方案，并审批完成。③确定拆除的专业队伍，并经过技术培训与交底。④拆除中使用的垂直运输设备和机具必须检查合格。⑤检查并确认各支撑点预埋件牢固情况，确认人员上下通道安全可靠。⑥拆除周围设置为危险标志，按烟囱高度1/10 范围设置危险警戒区域，且安全区域不小于25 m。

2.4.2 平台拆除工序

第一阶段拆除顺序：安全网→提升架→内外吊架脚手板→平台板→外环梁→辐射梁→刷漆→拆除扒杆→井架→鼓圈→施工电缆线→门架。

第二阶段拆除顺序：配电箱及电缆→起重钢绳→滑道钢绳支撑斜杆→临时平台板。

3 钛钢复合板内筒施工

3.1 施工部署

采用“液压提升倒装法” 施工工艺逐节完成钛钢内筒的安装。每节钢内筒高2 m，按钢内筒周长的1/2均分为2 块板，每块板经加工卷制、防腐完成后运至现场，依次完成各筒节组对、焊接、验收及提升作业。

3.2 工艺流程

工艺流程如下：采购钛钢复合板生产→运至施工现场→现场联合验收→钛钢板卷制加工→液压提升装置安装及调试→钛钢复合板转运至安装轨道车→（每节2 m）钢内筒拼装、焊接、提升及保温→分节循环施工直至新钢内筒主体到顶→液压提升装置拆除→内外烟道及烟道接口安装→导流板安装→止晃点安装[12-14]。

3.2.1 材料检验

钛钢复合板的验收工作在卷板施工前进行，每张钛钢复合板均由建设单位、监理单位、施工单位共同参与验收。

3.2.2 排版放样

根据来料的宽度及长度排版放样，筒体钢板按2 m高/节设计。

3.2.3 钢内筒预制

工艺流程：卷板→除锈及涂装→验收及堆放。

钛复合钢板的切割和坡口加工一般采用机械法[15-17]，质量控制如表2 所示。

表2 钛复合钢板加工质量控制表

用三棍卷板机进行铲头和卷圆，卷制成弦长1.5 m的内卡样板检查曲率，其间隙小于等于3 mm；卷制后按位号依次安放，便于安装吊运。卷板半成品如图12所示。

图12 卷板半成品

除锈及涂装：验收合格后进行表面处理。除锈前清除干净钢材表面的毛刺、焊瘤、飞溅物、灰尘和积垢、油污、油脂等。②除锈等级为St2.0，除锈表面的粗糙度控制在40 μm 左右。③用毛刷等工具清扫，或用干净的压缩气吹净锈尘和残余的磨料。④除锈后12 h 内（并且不得过夜）喷涂底漆。涂装后的卷板半成品如图13 所示。

图13 涂装后的卷板半成品

验收及堆放：涂刷底漆后的构件及板材经检测质量合格后，编号运输存放。构件存放时应防止构件变形和腐蚀。

3.2.4 水平运输

卷制好的钢板用平板车转运至烟囱0 m 层施工洞口，吊车将钢板转运到水平运输轨道车上，由轨道车转运至烟囱室内，通过液压提升装置配合进行组对、焊接。钢板场内运输如图14 所示，门洞处钢板运输轨道及小车如图15 所示。

图14 钢板场内运输

图15 门洞处钢板运输轨道及小车

3.2.5 筒体组对铆焊

在临时支撑平台上完成组对焊接，筒体铆焊点间距不大于200 mm，组对间隙为0～2 mm。

3.2.6 筒体焊接

采用氩弧焊打底、手工电弧焊和二氧化碳保护焊填充及盖面的焊接方法，控制焊接热输入、焊接变形和层间温度。背面焊接坡口如图16 所示。

图16 背面焊接坡口

定位焊采用手工电弧焊及二氧化碳保护焊。定位焊后检查装配间隙、错边量及定位焊缝质量，对拼接处间隙为0～2 mm，基层定位焊缝的间距为200～300 mm，每段定位焊缝长度为10～15 mm。

基层焊接时第一道采用氩弧焊打底，第二道采用二氧化碳保护焊填充，第三道采用手工电弧焊盖面。焊接参数如表3 所示。

表3 Q235B 钢板焊接参数

焊接检验：检验焊缝外观，应符合DLT 678—2013标准规定。

钛钢复合板焊接步骤如下：①焊前准备。根据设计图选用坡口形式和尺寸。采用机械加工的直边坡口，加工后的坡口表面应平整、光滑，不得有裂缝、分层、等缺陷，坡口表面呈银白色光泽。按钛制焊接容器附录A “钛容器焊工考试规则” 对焊工进行测试。按钛制焊接容器附录B “钛容器焊接工艺评定” 进行工艺评定并制定焊接工艺卡。焊丝符合钛制焊接容器附录D“压力容器用钛及钛合金焊丝” 的要求。焊接设备具有高频引弧、保护气体控制功能。清除焊口两侧50 mm范围内油污及氧化层。②焊接方法确定。钛板之间的焊接采用非熔化极钨极气体保护焊（TⅠG 焊）。③钛焊缝质量检验。委托具有检验资质的第三方检测，并出具检验报告。在外观检查合格的条件下，钛复层焊缝按JB4730《压力容器无损检测》一类焊缝标准进行100%的渗透检测。钛焊缝质量符合GBT 13149—2009《钛及钛合金复合钢板焊接技术要求》，主要检验标准包括焊缝外形尺寸符合设计图样要求；焊缝成型均匀、致密、平滑地向母材过渡，不应有裂纹、未熔合及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等质量缺陷；钛焊缝表面不允许存在深度大于等于0.5 mm 的划伤。

非熔化极钨极气体保护焊（TⅠG 焊）工艺参数如表4 所示。

表4 非熔化极钨极气体保护焊（TIG 焊）工艺参数

3.3 钢内筒液压提升安装

3.3.1 施工工艺流程

施工工艺流程如下：液压提升装置安装（在93 m处平台均匀布置4 台200 t 千斤顶）→36 m 检修平台上安装卷扬机及倒链→分片组装至2 节筒节（4 m 高）→安装第3 节筒节→第1—3 节筒节向上提升2 m→安装第4 节筒→将1—4 节筒节向上提升2 m→按前述循环安装直至筒体全部提升到位→液压提升装置拆除→烟道及防雨罩安装→导流板安装→止晃点安装。

3.3.2 操作流程及方法

操作流程及方法如下：①初始段安装。将4 块弧形筒片吊运至提升平台下面，并平移到预定位置。将预定位置的4 块筒片每2 块组对成一节筒节，将组对后的2 节筒节合围在初始段外圈，焊接相邻筒片间的竖缝，留下最后一节竖缝待焊接，在其两侧分别焊上2 对锁具锚板，并收紧相邻的2 块筒片，使接缝密贴。②检查筒体周围，清除可能影响其提升的障碍物。③在严密的监视与控制下，使千斤顶活动端徐徐上升带动筒节向上提升。④当提升高度已超过合围在外圈的筒片顶端10～20 mm 时，稳定筒片。⑤使后续筒节的最后一竖缝密贴并焊接。焊接完毕后拆除倒链，割去锁具锚板，将焊接处打磨光滑。⑥缓慢放下液压千斤顶，使它与后续筒节相靠拢，组焊两节的对接环缝。⑦放下液压千斤顶，将钢内筒置于支撑钢梁上。⑧进行本段加劲环焊接、防腐保温施工、焊接检测[18-19]。重复以上工序，进行下一筒节安装。

不断重复上述过程，依次安装后续筒节，直至全部筒节安装完毕，提升完成后，拆除提升设备、清理作业场地。

3.4 垂直导向措施

为保证钢内筒提升过程中筒体的垂直度，在烟囱各层止晃钢结构平台上对称安装导向轮。安装在烟囱顶部的5 t 卷扬机作竖向牵引，减少筒的晃动。

3.5 筒体加劲环及止晃点加劲环安装

对各标高层的加劲环和各止晃点加劲环同时定位焊接。

3.6 钢内筒保温及防腐（面漆及焊缝处补刷油漆）

钢内筒筒体面漆、焊缝处补漆、筒体保温工作与钢内筒提升同步施工，如图17 所示。

图17 钢内筒防腐保温与内筒同步施工

3.7 排烟内筒的烟道口开孔

排烟内筒固定后，在排烟内筒烟道接口处搭设脚手架操作平台，用于烟道开口。开孔时先粗糙开孔（孔截面尺寸需比烟道设计截面尺寸小），孔大致成型后，再精确开孔。

4 结束语

项目在烟囱建设方面也积累了丰富的经验，并取得了较好社会效益和经济效益，这就要求基础建设与时代要求紧密融合。项目只有通过高标准的质量要求、严格的施工管理、精细的施工策划、全面的成本管理、全新的环保理念和控制、严苛的安全要求与管控，才能高效、优质、安全地实现工期、安全、质量、效益、环保目标，才能紧跟时代的步伐。