李 籍，邢惟妍，禹 浩

1.中國石油物資有限公司，陜西西安 710000

2.中國石油蘭州石化公司榆林化工有限公司，甘肅蘭州 730060

3.中國石油天然氣銷售河南分公司，河南鄭州 450000

1 工程概況

蘭州石化1.5 萬t/a 硫磺回收裝置環(huán)保升級達標改造工程煙囪塔架總高82 m，質(zhì)量約78 t，呈正三棱錐體結構，底部跨距13 m，頂部跨距4.8 m，主肢由外徑逐步減小的無縫鋼管組成。由于施工現(xiàn)場區(qū)域狹小，不具備整體制作和吊裝條件，因此采用了現(xiàn)場分段預制，逐段吊裝的施工方法。根據(jù)塔架長度、重量、平臺位置以及現(xiàn)場吊車的工況，將整個煙囪塔架共分為四段，高度分別為：19、20、30、13 m。為減少空中組裝的累積誤差，需嚴格控制在地面預制的每一段塔架的結構精度[1]。

2 拼裝方案選擇

為預制出三棱錐體結構，有三種拼裝方案可供選擇：

（1） 方案一：胎具式拼裝。水平臥式將兩根主肢先拼裝成單片，完成第一面的拼裝，然后通過胎具或者支架將第三根主肢固定，最后在立體空間位置進行第二、第三面的拼裝，如圖1 所示順序：①-②-③。但是該方法需要根據(jù)塔架的分段情況分別搭設或調(diào)整胎具（支架），每段拼裝均需要搭、拆大量腳手架，既費工又費時。

圖1 胎具式拼裝示意

（2） 方案二：翻轉式拼裝。這也是常用的一種施工方法，即水平臥式先拼裝成單片，用吊車提升翻轉60° 擱置于定位支架上，而后繼續(xù)在平臺面拼裝第二面，最后在立體空間位置拼裝第三面，如圖2 所示。塔架拼裝、翻轉需采用兩臺25 t汽車吊配合。該方案能夠利用水平臥式（地面）的有利位置，很好地保證第一面和第二面的結構尺寸，只需通過嚴格控制翻轉角度，即可實現(xiàn)第三面的連接。

圖2 翻轉式拼裝示意

但是，此方案存在不利因素：首先采用雙車翻轉，在這種不穩(wěn)定的狀態(tài)下，第一面翻轉角度的測量精度并不易控制，可能會伴隨定位支架多次調(diào)整；其次，成片面積較大（主肢最大間距達13 m），翻轉后僅靠中間的槽鋼（鋼管） 梁、拉桿以及支架并不能完全防止扭曲；最后，定位支架可能還會影響第二面和第三面的拉桿連接。這就意味著既要占用較多的吊車臺班，還要多次調(diào)整、搭拆支架，甚至還不能保證結構精度。

（3） 方案三：順序式拼裝。以一段塔架為例，拼裝順序如圖3 中①-②-③所示。先完成水平臥式第一面（面B1B2C2C1） 單片拼裝，然后進行空間立體的連接梁拼裝（A1B1，A1C1、A2B2、A2C2），最后安裝第三根主肢（A1A2）。

圖3 順序式拼裝示意

相比方案一，方案三減少了胎具（支架） 搭設調(diào)整的工作量，更經(jīng)濟，也利于進度控制。相比方案二，方案三不需要定位支架，免除一些調(diào)整搭拆所做的無用功，也減少安全風險；另外，由于單片無需翻轉，所以可節(jié)約一臺吊車，同時由下向上“搭積木”式的拼裝也使吊車的有效利用率更高。通過對比分析可知，方案三具有明顯的經(jīng)濟、安全和進度優(yōu)勢，現(xiàn)場施工將采用此方案。

由圖3 可看出，該方案拼裝將涉及空間位置確定和尺寸的測量。結合正三棱錐體結構特點，有兩個傾斜尺寸需要嚴格控制：其一，臥式拼裝時面A1B1C1和A2B2C2傾斜程度；其二，第三根主肢A1A2的斜率。在拼裝時，由于空間點A1和A2位置未知，如何保證塔架的空間結構和主肢斜率將成為一個難點，以下將通過模型計算來選擇測量方法。

3 錐體結構控制計算方法

以面A1B1C1為例，它相對于水平面有一定的傾斜角度，作A1M1⊥面B1B2C2C1（如圖4 所示），經(jīng)過幾何計算可以得到|F1M1|和|A1M1|長度。根據(jù)演繹法，在施工過程中，通過測量線段|F1M1|的長度可驗證控制面A1B1C1傾斜度，解決了錐段豎直時三角橫梁水平度的問題；通過調(diào)整線段|A1M1| 和|A2M2|長度（或兩者高差） 就可控制第三根主肢A1A2的斜率，解決了錐體結構豎直時是否到位的問題。為方便觀察計算，將圖4 翻轉至豎直位置，如圖5 所示。

運用立體幾何可得：

圖4 輔助線示意

圖5 立體幾何分析

臥式拼裝時分段塔架的空間結構和主肢斜率可以通過測量加以控制，根據(jù)上面的理論計算結果指導現(xiàn)場拼裝[2]。a1、a2、h 為已知量，由圖紙?zhí)峁?/p>

4 結構拼裝精度控制和檢驗

4.1 主肢預制拼接

拼裝前，按照圖紙長度尺寸在廠房內(nèi)分段預制主肢及其他零部件。對同一管徑的主肢預制段，嚴格檢查直線度偏差；對于有變徑或變斜率的主肢管段，尤其要加強變徑處尺寸控制。以其中一段為例，通過CAD 放樣可得到制作過程中所有需要的長度和截面尺寸（如圖6、圖7 所示）。按尺寸精確定位劃線，實際組對時，每道口的組對間隙、錯邊量均控制良好，保證了過渡段和偏心錐段的制作精度，為后續(xù)拼裝工序打下良好基礎。

圖6 主肢變斜率和變徑情況下放樣示意

4.2 地面單片組裝

在塔架組裝現(xiàn)場用H 型鋼（HM440 × 300 ×11×18） 和鋼管 （φ108 mm ×4.5 mm） 搭設 1 個長30 m、寬12 m 的拼裝平臺，并用水平軟管抄平。拼裝時，按圖打出地樣，并焊接定位擋板。主肢上同一節(jié)點處的連接板夾角60°通過樣板校準并點固，其余各構件嚴格按照圖紙尺寸定位點焊，單片組裝完成后檢查兩端的主肢間距和對角線尺寸。

圖7 變徑處偏心錐段放樣

4.3 空間立體拼裝

首先進行側面三角橫梁的拼裝，通過計算θ值，制作樣板，按照樣板調(diào)整主肢軸向的傾斜角度。但是，考慮到三角橫梁的長度較大（最大的長約11 m），傾斜角輕微偏差很容易產(chǎn)生“差之毫厘謬以千里”的結果，所以還需測量橫梁兩端軸向距離以驗證傾斜度。圖8 為現(xiàn)場測量示意。

圖8 現(xiàn)場測量示意

上文錐體結構控制計算方法中的尺寸，均為桿件中心到中心的理論值，在實際拼裝時無法直接測量。但在確定的傾斜角度下，任意截取一段主肢，兩端軸向距離將與上文模型中|F1M1|成比例。參照圖4 和圖8，有：

將|F′M′|理論值與實測值對比，也就能實現(xiàn)驗證、復核橫梁傾斜程度的目的。

現(xiàn)場的測量通過吊線墜的方法實施。以橫梁為鋼管為例（如圖8 所示），在橫梁上部任意位置通過圓環(huán)吊一線墜，由角尺比對即可確定該線墜所對應的橫梁上的R 點，任取一段|RW|，由W 點拉一水平線繩，與線墜一起即可測得|F′M′|。

經(jīng)過角度樣板和線墜測量復核的雙重控制，起吊后橫梁水平度就得到了保證。

接著及時點焊牢固，開始安裝第三根主肢。首先將光滑的主肢安放在傾斜的三角橫梁端頭，嚴格按照理論值調(diào)整線段|A1M1|長度，高度確定后再安裝點焊連接板。依次類推，最終在保證其傾斜角度的情況下完成第三根主肢與三角橫梁的連接，如圖9 所示。

圖9 第三根主肢安裝示意

拼裝完成后，檢查上、下結合面的各尺寸差、豎面對角線長度差、截面對角線差等，嚴格控制在允許偏差范圍內(nèi)[3]。確認無誤后，采取利于控制變形的順序進行對稱、均勻施焊，長焊縫采用分段跳焊法，并加強對結構尺寸的監(jiān)測。

5 分段吊裝后各主肢傾斜偏差測量

分段組裝后的主肢在空間上是傾斜的，其主視圖也是傾斜的，如圖10 所示。而各鋼結構施工驗收規(guī)范只對垂直度做了規(guī)定[4]，將依照垂直度的測量對傾斜主肢在水平方向上的允許偏差進行換算，如圖11 所示。

圖10 圖紙上主視圖形狀尺寸示意

圖11 傾斜主肢水平偏差換算示意

整個塔架是由不同錐度的四段組成（與吊裝分段并不完全一致），在塔架分段吊裝后，通過經(jīng)緯儀和鋼卷尺測量各待測錐段的|C1E|值（見圖5），而后計算其與圖紙偏差值，最大偏差值見表1。

總之，經(jīng)過吊裝后的復核證明，預制階段采取的測量方法及措施能夠有效地控制錐體結構的拼裝和空中組對，滿足精度要求。該方法解決了水平臥式狀態(tài)下三角橫梁傾斜度和主肢斜率測量難題，節(jié)約大量的預制時間，使現(xiàn)場的施工過程及結構復驗更為簡潔、準確。

表1 塔架安裝后整體尺寸偏差測量值

6 結論

塔架分段預制時，采用新的拼裝方案，并經(jīng)計算分析提出簡單易行的測量方法用于錐體結構的安裝控制和檢驗，在實踐中應用效果良好，既保證了制作和安裝精度，也節(jié)約了大量的時間和資源。這也為今后特殊結構制作、安裝時，通過測量控制點的轉化，尋求更加方便準確的測量方法提供了借鑒。