王寶龍 朱鐵軍 婁 恒 趙 妍 常紹輝 孟 闖 曲藝夫
中油吉林化建工程有限公司 吉林 132021
模塊化施工是工程建設(shè)“五化”的一項(xiàng)重要內(nèi)容。巴西Comperj 850萬(wàn)t/a煉廠項(xiàng)目成功實(shí)施了管廊模塊化施工,其質(zhì)量、安全、工期和經(jīng)濟(jì)效益等成果顯著,成為巴西Comperj煉廠項(xiàng)目的工程亮點(diǎn)之一。
管廊模塊化是在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,做一些適應(yīng)于管廊模塊化施工的微小設(shè)計(jì)改變,即可達(dá)到模塊化施工的設(shè)計(jì)要求,具有設(shè)計(jì)改變量小、設(shè)計(jì)更改簡(jiǎn)單的特點(diǎn),易于實(shí)施。管廊模塊具有極高的相似性、相通性,能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn);制造門(mén)檻低、投入小,可迅速成規(guī)模生產(chǎn);作業(yè)環(huán)境好,能源消耗低,施工工效高,安全質(zhì)量?jī)?yōu),經(jīng)濟(jì)效益好。
巴西 Comperj煉廠項(xiàng)目屬于巴西石油公司(Petrobras),位于巴西里約州東北方向的Itaborai市,距離里約市50km。Comperj煉廠項(xiàng)目一期建設(shè)完成后,煉油生產(chǎn)能力為850萬(wàn)t/a。2015年Comperj煉化一體化項(xiàng)目停工。
Comperj煉廠項(xiàng)目裝置外管廊結(jié)構(gòu)工程量為3700t,目前已完成約90%。工藝管線(xiàn)工程量為91000Dia,目前已完成約72%。管廊模塊共計(jì)236個(gè),單個(gè)24m模塊總重在30~60t之間。圖1為管廊模塊化施工的一個(gè)模塊。
圖1 管廊模塊化施工的一個(gè)模塊
為適應(yīng)管廊模塊的預(yù)制、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝,模塊化圖紙要針對(duì)模塊長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)型式、基礎(chǔ)型式和管支架部件(焊在鋼結(jié)構(gòu)上的部分)等進(jìn)行有利于模塊化施工的特殊設(shè)計(jì)。
模塊長(zhǎng)度的選定要充分考慮制造成本、運(yùn)輸條件和是否便于施工等因素。如果模塊過(guò)長(zhǎng)、模塊重量大、運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎半徑大,會(huì)使運(yùn)輸難度增大,現(xiàn)場(chǎng)道路可能不會(huì)滿(mǎn)足運(yùn)輸要求;如果模塊過(guò)短,則不經(jīng)濟(jì),失去了模塊制造的意義。
綜上所述,每個(gè)模塊長(zhǎng)度設(shè)置在24m左右為原則,將管廊分解成若干個(gè)模塊。圖2為管廊模塊化施工設(shè)計(jì)圖紙。
圖2 管廊模塊化施工設(shè)計(jì)圖紙
選取每個(gè)模塊長(zhǎng)度為24m左右主要從以下3個(gè)方面考慮:
(1)制造成本:可有效降低施工成本,24m左右長(zhǎng)度的模塊制造成本經(jīng)濟(jì)合理;
(2)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸:大部分現(xiàn)場(chǎng)的道路可以滿(mǎn)足24m長(zhǎng)度的運(yùn)輸要求,這樣的設(shè)置盡可能避免了為運(yùn)輸模塊而重新鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路,還易于選擇運(yùn)輸車(chē)輛;
(3)管段安裝:因大部分管材長(zhǎng)度在6m、12m左右,所以管廊模塊分段設(shè)置為24m可避免增加過(guò)多不必要的焊口。
模塊連接節(jié)點(diǎn)不能過(guò)于復(fù)雜,應(yīng)在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全的前提下,盡量減小模塊連接現(xiàn)場(chǎng)的工作量。管廊模塊節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖3)采用以下型式:
(1)兩個(gè)模塊的連接處采用懸臂梁型式;
(2)模塊與模塊之間除人行通道外,彼此之間互不連接;
(3)模塊與模塊之間的間隙在1.2m左右,以便于模塊安裝過(guò)程中進(jìn)行工藝管線(xiàn)的對(duì)口調(diào)整;
(4)工藝管線(xiàn)的脹力設(shè)置在模塊中間,而不設(shè)置在兩個(gè)模塊的連接處,以便于施工作業(yè)及腳手架搭設(shè);
(5)伴熱管線(xiàn)的分配盤(pán)不設(shè)置在兩個(gè)模塊的連接處。
圖3 管廊模塊化節(jié)點(diǎn)
常規(guī)設(shè)計(jì)的管廊鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一般是基礎(chǔ)墩,但基礎(chǔ)墩高于地面,不利于模塊整體運(yùn)輸,會(huì)阻礙運(yùn)輸車(chē)輛的進(jìn)入。另外,地腳螺栓的連接型式也會(huì)增大模塊安裝的難度。
考慮以上因素,管廊模塊基礎(chǔ)的型式如下:
(1)模塊基礎(chǔ)采用預(yù)埋鋼板的型式(見(jiàn)圖4和圖5);
(2)管廊模塊基礎(chǔ)的上表面要與地面平齊,以保證模塊運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不產(chǎn)生阻礙;
(3)模塊柱底板和基礎(chǔ)采用焊接的連接型式,以方便在安裝過(guò)程中進(jìn)行偏差調(diào)整。
圖4 管廊模塊化基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板
圖5 管廊模塊化柱腳與基礎(chǔ)連接型式
為了解決以上問(wèn)題,一體化考慮焊在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件:
(1)在設(shè)計(jì)階段,將焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件,轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)的構(gòu)件圖紙上,圖紙上標(biāo)注管支架與結(jié)構(gòu)連接部分的尺寸,使焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件設(shè)計(jì)施工一體化;
(2)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作過(guò)程中,將焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一同制造,一同進(jìn)行防腐涂漆;在施工工序上,將焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件提前,從而提高工作效率,降低現(xiàn)場(chǎng)管支架的焊接工作量。
模塊化預(yù)制廠位于主裝置東側(cè)2km處,占地面積約為20000m2。圖6和圖7分別為模塊化預(yù)制廠位置示意圖和模塊化預(yù)制廠平面圖。
模塊預(yù)制場(chǎng)應(yīng)具備的功能包括防雨防曬、照明,有必要的起重機(jī)械,以及內(nèi)部布置管廊有能夠滿(mǎn)足模塊制造的必要設(shè)施。
圖6 模塊化預(yù)制廠位置示意圖
圖7 模塊化預(yù)制廠平面圖
巴西Comperj模塊化預(yù)制廠共由7個(gè)大棚組成,大棚的立柱和拱架采用輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu),每個(gè)大棚的尺寸:長(zhǎng)×寬×高=30m×10m×15m。大棚成片連接,拱架上方滿(mǎn)鋪苫布。大棚采用輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省材料,易于制造和施工,防雨、防曬。圖8為模塊化預(yù)制廠全景圖。
圖8 模塊化預(yù)制廠全景圖
(1)模塊化預(yù)制廠每個(gè)大棚內(nèi)安裝2臺(tái)門(mén)式起重機(jī),前后布置;
在農(nóng)村地區(qū),這種情況可以逆轉(zhuǎn)。在自然狀態(tài)下的木材存活和生長(zhǎng)時(shí)釋放VOCs;林地和森林中的空氣可以比許多室內(nèi)環(huán)境具有更高的濃度。
(2)1# 和2# 大棚每個(gè)大棚設(shè)置2臺(tái)10t門(mén)式起重機(jī),3#、4#、5#、6# 和7# 大棚分別設(shè)置2臺(tái)20t門(mén)式起重機(jī);
(3)起重機(jī)軌道延伸大棚外10m。圖9為模塊化預(yù)制廠大棚內(nèi)的設(shè)置。
模塊化預(yù)制廠分管段預(yù)制區(qū)和模塊組裝區(qū)兩部分。
(1)管線(xiàn)預(yù)制區(qū)由管道輸送機(jī)、滾胎和管段預(yù)制工作臺(tái)組成,均置于大棚內(nèi),這樣做的目的是保證管段的預(yù)制安裝工作都在大棚內(nèi)完成,以保證良好的施工作業(yè)環(huán)境,進(jìn)而保證施工質(zhì)量。
圖9 模塊化預(yù)制廠大棚內(nèi)的設(shè)置
(2)模塊組裝區(qū)域要保證場(chǎng)地平整。在預(yù)制廠地內(nèi),根據(jù)單個(gè)模塊柱子個(gè)數(shù)埋設(shè)臨時(shí)基礎(chǔ)墩并找平找正,以減少模塊在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的誤差。
(1)模塊預(yù)制廠的頂層部分主要有電氣儀表的槽板。模塊的頂層部分不在大棚內(nèi)預(yù)制,而是另設(shè)預(yù)制區(qū)域,這樣可有效加快預(yù)制速度。
(2)模塊預(yù)制廠的附屬設(shè)施包括大棚外的材料堆放區(qū)和成品擺放區(qū)等。
管廊模塊化預(yù)制工藝流程見(jiàn)圖10。
圖10 管廊模塊化預(yù)制工藝流程
與管段焊接的管支架部件界定在管段預(yù)制的施工范圍,焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件(固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板、鋼筋)界定在鋼結(jié)構(gòu)部件預(yù)制的施工范圍。把焊接在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的管支架部件工序提前到鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制的工序里,把管支架安裝分解成2道工序,即為管支架“二分法”施工。
“一分”——與管段焊接的管支架部分(圖11):管段在預(yù)制過(guò)程中按照?qǐng)D紙的位置焊接管支架,焊接前必須檢查好管支架的位置和管支架之間的直線(xiàn)度。
“另一分”——與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接的管支架部分(圖12):結(jié)構(gòu)橫梁的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)圖包含固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板和鋼筋。橫梁預(yù)制時(shí),固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板和鋼筋應(yīng)在梁上焊接完畢;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸?shù)侥K預(yù)制廠后,應(yīng)重點(diǎn)復(fù)測(cè)橫梁上導(dǎo)向定位塊的位置和直線(xiàn)度,以保證管線(xiàn)安裝后平直。
圖11 與鋼結(jié)構(gòu)焊接的管支架部分
圖12 與管段焊接的管支架部分
模塊化預(yù)制廠內(nèi)的管段預(yù)制、鋼結(jié)構(gòu)安裝和模塊的頂層部分組裝應(yīng)分區(qū)設(shè)置。
(1)管段預(yù)制區(qū)域和鋼結(jié)構(gòu)安裝區(qū)域應(yīng)盡量靠近,以保證管段預(yù)制完成后就近安裝在管廊模塊上。
(2)模塊的頂層部分組裝在其他區(qū)域預(yù)制。
(1)先進(jìn)行單個(gè)模塊的管段預(yù)制和鋼結(jié)構(gòu)裝配工作(圖13)。管段預(yù)制過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)控制管支架的安裝位置和管支架之間的直線(xiàn)度;鋼結(jié)構(gòu)的裝配要重點(diǎn)復(fù)測(cè)橫梁上導(dǎo)向定位塊的位置和直線(xiàn)度;管段預(yù)制和鋼結(jié)構(gòu)裝配工作完成經(jīng)檢查合格后方可釋放。
(2)再將管段按圖紙的安裝位置逐層安裝在鋼結(jié)構(gòu)上(圖 14)。
(3)最后安裝模塊的頂層部分。
圖13 模塊的鋼結(jié)構(gòu)裝配
圖14 模塊的管段鋪設(shè)安裝
(1)模塊化預(yù)制廠內(nèi)應(yīng)配備有管道輸送機(jī)、滾胎和管段預(yù)制工作臺(tái),以保證管段預(yù)制的規(guī)范化、流水化;
(2)2"~10"的管材采用滾胎運(yùn)輸,大于10"的管材采用龍門(mén)吊運(yùn)輸;
(3)管段在預(yù)制工作臺(tái)上焊接;
(4)預(yù)制完成的管段采用長(zhǎng)平衡梁進(jìn)行吊裝;
(5)單個(gè)模塊內(nèi)的管段預(yù)制深度應(yīng)達(dá)到伴熱、防腐、保溫工作的結(jié)束。
采用自行式模塊運(yùn)輸車(chē)(SPMT)運(yùn)輸模塊,SPMT具有自裝卸、“無(wú)頭”牽引、自由組合、多模式轉(zhuǎn)向,以及擁有高智能操控平臺(tái)(PPU)等特點(diǎn),適于管廊模塊的運(yùn)輸。
模塊整體運(yùn)輸時(shí)需考慮的問(wèn)題:
(1)模塊重量應(yīng)能滿(mǎn)足SPMT運(yùn)輸能力的要求。
(2)運(yùn)輸加固支撐要預(yù)留出足夠的空間,以便于SPMT進(jìn)入到模塊下部,便于SPMT通過(guò)平臺(tái)升降功能托起模塊,實(shí)現(xiàn)模塊的裝車(chē)。
模塊安裝前,首先應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)的驗(yàn)收,主要驗(yàn)收其中心線(xiàn)位置和標(biāo)高;驗(yàn)收合格后,方可運(yùn)輸模塊;將模塊運(yùn)至指定的安裝位置,利用SPMT運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行微調(diào),合格后落在基礎(chǔ)上,再將柱腳與基礎(chǔ)進(jìn)行焊接;單個(gè)模塊安裝完畢后,進(jìn)行兩個(gè)模塊之間工藝管線(xiàn)的安裝,依次進(jìn)行腳手架搭設(shè)和工藝管線(xiàn)的組對(duì)、焊接、無(wú)損檢測(cè);待所有模塊安裝完成后進(jìn)行工藝管線(xiàn)的試壓。
當(dāng)前,巴西Comperj煉廠管廊整體模塊化施工是采取先鋼結(jié)構(gòu)廠外預(yù)制、管段廠內(nèi)預(yù)制,再在廠區(qū)大棚內(nèi)進(jìn)行整體裝配的方式,效果頗佳。我們建議,如果經(jīng)濟(jì)效果好,管段也可采取在廠外大規(guī)模、大批量預(yù)制的方式,則工效、質(zhì)量、安全更有保障。
管廊模塊化施工成功應(yīng)用于巴西Comperj煉廠項(xiàng)目的建設(shè),其成本、工期、質(zhì)量和安全都達(dá)到了預(yù)期要求。因此,模塊化施工可以在國(guó)內(nèi)類(lèi)似新建裝置的管廊建設(shè)中先行先試,進(jìn)行點(diǎn)的突破,為未來(lái)整個(gè)裝置模塊化施工積累經(jīng)驗(yàn)。