高60 m的鋼塔架煙囪施工技術(shù)

蔡小平 王笑陽 朱雙英

常州第一建筑集團有限公司 江蘇 常州 213002

1 工程概況

常州武進污水處理廠生活污泥焚燒處理工程鋼塔架煙囪，由塔柱和鈦-鋼復(fù)合板煙囪組成（圖1）。

圖1 塔架煙囪三維示意

塔柱為四肢鋼管格構(gòu)柱，高度6 0 m，其中標(biāo)高±0.00～＋22.50 m為變截面，底部截面尺寸為7.0 m×6.6 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長3.0 m；標(biāo)高＋22.50～＋60.00 m為等截面，尺寸為4.2 m×4.2 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長5.0 m。鋼管材質(zhì)為Q345B，節(jié)間設(shè)置鋼平臺和爬梯等附屬構(gòu)件。

雙道煙囪筒體采用規(guī)格為φ823 mm×11.5 mm的圓管制作，材料為爆炸-軋制復(fù)合板（代號BR2），即基材厚10 mm的Q235B鋼板＋復(fù)材厚1.5 mm的TA2鈦合金板，其余零部件為不銹鋼，煙囪與架體通過止晃點水平限位，本工程總質(zhì)量300 t。

2 重、難點分析

2.1 結(jié)構(gòu)高，高空作業(yè)量大

由于塔架結(jié)構(gòu)高，大量的高空焊裝作業(yè)給施工、吊裝和安全保證措施帶來很大難度。

2.2 焊接工作量大

相貫線鋼塔架和鈦-鋼復(fù)合板煙囪的拼接，構(gòu)件數(shù)量多，焊接體量大，焊縫質(zhì)量等級高，選擇最優(yōu)的施工技術(shù)方案是本工程的施工重點。

2.3 交叉施工，場地狹小

由于廠區(qū)內(nèi)布置有大量的鍋爐設(shè)備構(gòu)架，還有土建等交叉施工，預(yù)留給鋼結(jié)構(gòu)施工的場地非常狹小，故應(yīng)采取合理的施工組織和部署。

3 施工總體方案

3.1 施工方案優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，鋼塔架采取現(xiàn)場整體拼裝，分段吊裝，煙囪考慮2種施工方案：

1）方案1：煙囪正裝法。每個節(jié)段塔架施工完成，煙囪從相應(yīng)節(jié)段頂?shù)跹b貫入。煙囪與塔架分段相同，同步進場，交叉施工，場地條件要求高，吊裝機械質(zhì)量大，煙囪在高空對接，焊接量大，難以保證施工安全和質(zhì)量。

2）方案2：煙囪倒裝法。整個塔架先施工完成，煙囪利用架體作為提升點，倒鏈牽引，自下而上倒裝施工，無需吊裝機械，煙囪分段在地面焊接，施工質(zhì)量可控[1]。

經(jīng)過質(zhì)量、安全和工期的綜合比較，將方案2作為施工最終方案。

3.2 吊裝分段

3.2.1 鋼塔架分段

塔架分段主要考慮以下幾個因素：

1）道路運輸條件、吊機起重能力和回轉(zhuǎn)作業(yè)半徑的限制。

2）分節(jié)段包含水平和斜撐桿件，以形成穩(wěn)定的剛度單元體。

3）避開主受力點，在標(biāo)高9.00、24.00、30.00 m鋼架結(jié)構(gòu)處布置有加強段，此處應(yīng)避開斷點。

4）減少高空對接桿件數(shù)量，可利用的施工操作平臺和安全走道。

綜上所述，鋼塔架分成7段，長度6～11 m，分段點位于鋼平臺上表面1.50 m處，主立管分段錯縫500 mm。受運輸條件制約，塔架鋼管相貫線由工廠切割散件并發(fā)現(xiàn)場，搭設(shè)胎架整體預(yù)拼裝，汽吊分段吊裝。所有焊接均在地面完成，高空分段對接全部采用法蘭螺栓連接。鋼梯、平臺等附屬構(gòu)件預(yù)先在地面安裝后，直接作為高空操作平臺和上人通道（圖2）。

圖2 塔柱分段示意

3.2.2 煙囪分段

煙囪規(guī)格為φ823 mm×11.5 mm圓管，周長展開為2.584 m，市場供應(yīng)鈦-鋼復(fù)合板常規(guī)板幅寬度≤2.0 m，煙囪按板幅寬度2.0 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，由工廠分段卷制進場，現(xiàn)場對接后再進行提升。

3.3 施工工藝流程

塔柱地面預(yù)拼裝→底部第1段塔柱吊裝→柱腳底板定位焊接→第2段塔柱吊裝，上下段法蘭盤連接→依次分段吊裝，直至頂部第7段安裝結(jié)束，塔架檢查驗收合格→煙囪標(biāo)準(zhǔn)節(jié)地面對接，倒裝法累積提升[2-3]

4 塔架關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 吊裝工況分析

塔架柱分段吊裝工況分析見表1。選用350 t汽吊主機＋25 t汽吊副機配合旋轉(zhuǎn)提升吊裝。在吊裝過程中，采用經(jīng)緯儀、全站儀進行全過程測量，控制軸線、標(biāo)高和垂直度，法蘭盤鋼板之間接觸面應(yīng)貼合緊密，高強度螺栓須擰緊，并逐個檢查。

4.2 法蘭盤設(shè)計

法蘭盤與鋼管采用等強設(shè)計，4根主立管和相鄰斜撐桿采用法蘭連接設(shè)計，鋼管與法蘭盤坡口熔透等強焊接，法蘭盤間用M30高強度螺栓連接（圖3）。

表1 塔架柱吊裝工況分析

圖3 法蘭盤節(jié)點示意

4.3 整體預(yù)拼裝

鋼塔架采用整體地面臥拼，受場地限制，拼裝和吊裝須分2次進行，第4段作為預(yù)留段，參與前后2次預(yù)拼，確保整體線形和拼裝精度。第1次拼裝為第1～4段，吊裝第1～3段；第2次拼裝為第4～7段，吊裝第4～7段（圖4）。

圖4 現(xiàn)場拼裝

分段塔架柱拼裝流程為：地面設(shè)置型鋼胎架，標(biāo)記中心線和標(biāo)高→兩側(cè)面上、下主管及斜撐桿組裝，形成2榀單片豎向桁架→底層平面斜撐桿安裝定位→鋼梯、護籠及鋼平臺等附屬構(gòu)件安裝→上層平面斜撐桿安裝→復(fù)測中心線、標(biāo)高和垂直度，進行對稱同步相貫線焊接。管柱法蘭盤上端由工廠焊接，下端在現(xiàn)場完成相鄰段螺栓定位并對接無誤后再焊接[4]。

5 煙囪關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 提升工況分析

在塔架主體結(jié)構(gòu)安裝完成后，煙囪采用手拉葫蘆（倒鏈）倒裝法分段安裝。應(yīng)先在架體煙囪位置正下方地面預(yù)設(shè)拼裝支撐鋼平臺，以滿足高60 m煙囪和施工的承載力。長2.0 m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)煙囪在地面鋼平臺上找正后進行對接焊接，檢查合格后提升2 m，再進入下一節(jié)煙囪的安裝。

倒鏈提升操作簡單，安全可靠。煙囪自下而上分為6個提升工況，每10 m節(jié)段的煙囪質(zhì)量僅5 t，作為1個提升工況。煙囪底部配置2只10 t葫蘆（長度12 m）固定在標(biāo)高9.0 m的平臺上，吊裝±0.00～＋10.00 m底節(jié)段煙囪，頂部配置2只10 t葫蘆分別在標(biāo)高＋21.00～＋60.00 m每間隔10m依次上移，完成第2～5節(jié)工況的累積提升（表2）。

表2 煙囪提升工況分析

每節(jié)段煙囪頂部對稱焊接吊耳和定位板，便于煙囪吊裝和對接焊接。煙囪提升時，從塔柱底部緩慢貫穿，煙囪底部設(shè)置纜風(fēng)繩，減小煙囪吊裝過程中的晃動幅度以及牽引煙囪至相應(yīng)止晃點孔位（煙囪離孔邊距離僅150 mm）。為確保吊裝過程的安全性，煙囪在提升暫停時，將其直接落到鋼平臺上，同時鎖定葫蘆。

5.2 煙囪焊接工藝

鈦-鋼復(fù)合板煙囪焊接嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 4745—2002《鈦制焊接容器》實施?，F(xiàn)場焊縫為水平環(huán)向?qū)雍缚p，縱縫錯邊300 m，采用鈦貼條（TA2牌號），規(guī)格為1.6 mm×50 mm，沿焊縫通長布置（圖5）?；鶎硬捎肣235B鋼板手工鎢級氬弧焊打底，CO2氣保焊填充和蓋面。復(fù)層采用手工鎢級氬弧焊，φ1.6 mm的TA2焊絲，焊接前做好基層焊縫、鈦貼條及焊絲表面清理，采用小熱量輸入，防止產(chǎn)生焊縫氣孔和裂紋，焊接完成后進行焊縫探傷和氣密性檢查[5-6]。

6 高空安全施工措施

本工程屬于高空作業(yè)，操作人員必須佩戴安全帽，系好安全繩和生命線，塔柱底段周邊設(shè)置懸挑安全兜網(wǎng)，防止高空墜物，上人鋼梯、平臺應(yīng)及時封閉欄桿，重要構(gòu)件的吊裝應(yīng)力和變形需經(jīng)過施工模擬計算[7]。

圖5 煙囪對接節(jié)點示意

7 結(jié)語

本工程采用的施工技術(shù)，將大量的焊接、預(yù)拼裝工作在地面完成，塔柱高空法蘭連接可靠，煙囪倒裝法施工操作簡單、安全。本文介紹的施工技術(shù)和工藝合理，確保了焊接和施工質(zhì)量，節(jié)約成本和工期，具有一定的推廣實用價值。