祁志兵

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤(pán)錦 124000

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

浙江巴陵恒逸己內(nèi)酰胺有限責(zé)任公司傳統(tǒng)煤制氫提標(biāo)改造及副產(chǎn)合成氨聯(lián)合裝置技改項(xiàng)目，是在已建成投產(chǎn)的50 萬(wàn)t/ a 己內(nèi)酰胺產(chǎn)能項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，使用新型煤化工技術(shù)淘汰落后煤制氫工藝，新建的50000Nm3/ h 新型煤制氫裝置。包括新建一套配套原煤儲(chǔ)運(yùn)裝置，包括兩座煤筒倉(cāng)、3 座轉(zhuǎn)運(yùn)站、1 座破碎樓，并通過(guò)7 部分的鋼棧橋連接，鋼結(jié)構(gòu)工程總量約1860t。周邊區(qū)域較為復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹小，吊裝區(qū)域有限，同時(shí)工期緊張，施工難度較大。原煤儲(chǔ)運(yùn)棧橋與周圍舊有設(shè)施模型示意圖如圖1 所示。

圖1 原煤儲(chǔ)運(yùn)棧橋與周圍舊有設(shè)施模型示意圖

2 施工方案

為在有限的工期內(nèi)，克服各種施工困難，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)情況，首先制定了切實(shí)可行的施工方案。其主要流程：預(yù)制場(chǎng)地整理→鋼柱材料卸貨→場(chǎng)外預(yù)制成榀→現(xiàn)場(chǎng)臥式成框→整體/ 分段吊裝→空中組焊→棧橋桁架材料卸貨→場(chǎng)外預(yù)制成榀→現(xiàn)場(chǎng)成框→樓面鋪板及彩板封閉→吊裝集中規(guī)劃→吊耳安裝→吊裝就位→廊道貫通→全線封閉。

本方案的主要特點(diǎn)包括：

（1）采用場(chǎng)外預(yù)制成榀，現(xiàn)場(chǎng)成框的預(yù)制分段方案；

（2）地面施工到彩板封閉后再吊裝；

（3）長(zhǎng)直棧橋段采用雙機(jī)三段連續(xù)吊裝。

3 預(yù)制組裝

所有鋼結(jié)構(gòu)散件采用工廠化預(yù)制，包括主梁、次梁、腹桿等。由于鋼立柱及鋼棧橋桁架截面尺寸均大于運(yùn)輸車輛尺寸，屬于超限運(yùn)輸，若拼裝后運(yùn)輸，成本巨大，且無(wú)法整體運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，因此采用散件打包運(yùn)輸。由于現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)域受限，所以在項(xiàng)目場(chǎng)外臨近空地規(guī)劃預(yù)制場(chǎng)地。在此場(chǎng)地，有限度地對(duì)散件進(jìn)行批量拼裝，主要拼裝為榀式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)構(gòu)件分段拼裝，大大提高了施工進(jìn)度，提高了場(chǎng)地利用率。

3.1 鋼立柱組裝

設(shè)計(jì)包含11 座鋼立柱，最低頂標(biāo)高6m，最高49m，最重89.1t。具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鋼立柱參數(shù)表

鋼立柱結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，包括立柱、橫梁、水平和垂直斜撐。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸、原材尺寸、運(yùn)輸限制，每個(gè)構(gòu)件最長(zhǎng)不超過(guò)12m。通過(guò)分析，在場(chǎng)外預(yù)制場(chǎng)成榀拼裝，每榀不超過(guò)12m，采用普通運(yùn)輸車輛可同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)兩榀。將各立柱根據(jù)以上原則分解，預(yù)制場(chǎng)采用批量拼裝，流水作業(yè)，提高了效率，節(jié)約了工期。

每榀轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，對(duì)其進(jìn)行組裝成框式結(jié)構(gòu)，根據(jù)場(chǎng)地及大吊車性能，對(duì)框式結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段，每段不超過(guò)24m。

場(chǎng)內(nèi)進(jìn)度與場(chǎng)外進(jìn)度相結(jié)合，兩處預(yù)制進(jìn)度連貫起來(lái)，最終將整體立柱流水預(yù)制完成。該方法節(jié)約了場(chǎng)地，提高了場(chǎng)地利用率，通過(guò)集中進(jìn)行大型吊裝，大大降低了成本，保證了工期。

3.2 棧橋桁架組裝

棧橋采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，共分7 座棧橋，通過(guò)14 個(gè)分段，從筒倉(cāng)、卸煤庫(kù)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓，最終到達(dá)氣化框架終點(diǎn)，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 棧橋尺寸及重量參數(shù)

棧橋桁架結(jié)構(gòu)水平方向采用H 型鋼材料，垂直方向采用鋼管作為腹桿材料，拼裝精度較高。在地面拼裝時(shí)，用H 型鋼做好組裝平臺(tái)，保證支撐穩(wěn)定及拼裝精度。鋼桁架在深化時(shí)充分考慮原材、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝，對(duì)各構(gòu)件尺寸進(jìn)行充分考慮。

以桁架立面為榀式單元，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行分段，中轉(zhuǎn)至現(xiàn)場(chǎng)后組裝成完整的立面結(jié)構(gòu)；將兩立面結(jié)構(gòu)定位后，連接上下水平方向主梁、次梁，最終將桁架結(jié)構(gòu)拼裝完成。

主體結(jié)構(gòu)拼裝完成后，繼續(xù)在地面完成樓面鋪裝、檁條安裝、彩板封閉等工序，大大減少了空中作業(yè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。樓面鋪裝工藝采用花紋板，相比混凝土樓面，施工速度快，重量輕，施工質(zhì)量有保證。檁條采用鍍鋅C 型鋼，提前根據(jù)深化結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行下料、鉆孔、編號(hào)、打包，根據(jù)相應(yīng)位置快速安裝，減少現(xiàn)場(chǎng)加工工序，提高了施工速度。彩鋼板同樣采用廠家加工完畢，現(xiàn)場(chǎng)直接安裝的方法，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，加快施工速度。

對(duì)各結(jié)構(gòu)的重量進(jìn)行精確計(jì)算，作為吊裝計(jì)算的重要依據(jù)。

4 吊裝部署

由于場(chǎng)地限制、終點(diǎn)標(biāo)高較高，設(shè)計(jì)采用了回旋式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致棧橋穿行區(qū)域場(chǎng)地十分狹小，現(xiàn)場(chǎng)施工難度極大。由于構(gòu)件就位高、重量大，必須采用大型吊車，但受周圍管廊等影響，無(wú)法采用履帶吊，只能選用全地面汽車式起重機(jī)，選擇最大起重量300～650t 之間的型號(hào)。

綜上，吊裝部署的原則為：在充分保證吊裝安全的前提下，對(duì)立柱進(jìn)行分段，現(xiàn)場(chǎng)桁架拼裝位置見(jiàn)縫插針，安排各段拼裝先后順序及各段的吊裝時(shí)間，綜合考慮吊車型號(hào)，充分利用吊車臺(tái)班，降低吊裝費(fèi)用。

吊裝部署以大型吊車為主線，其選型及使用時(shí)機(jī)為部署的重點(diǎn)依據(jù)。首先進(jìn)行吊車的選型，然后進(jìn)行核算，最后根據(jù)各段結(jié)構(gòu)的拼裝完成時(shí)間及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，規(guī)劃各型吊車的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間。本項(xiàng)目選擇了300t、400t、500t、650t 四種全地面汽車式起重機(jī)。

4.1 吊車選型

首先進(jìn)行吊車選型，選型的最基礎(chǔ)參數(shù)為構(gòu)件的計(jì)算載荷（Qj），其計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中：Q——吊裝載荷，包括構(gòu)件重量和吊、鎖具重量；

k1——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，取1.1；

k2——不均衡載荷系數(shù)，取1.1。

吊車選型總結(jié)為三圖一表法，三圖即平面布置圖、立面布置圖、吊車性能曲線，一表即吊車性能表。

首先根據(jù)吊裝平面布置圖（圖2）確定作業(yè)半徑。采用CAD 文件格式精確繪制立柱、桁架的位置及幾何尺寸，必要時(shí)精確繪制吊車外形輪廓，包括車體及支腿打開(kāi)的邊線。在鄰近空曠區(qū)域布置吊車占位，占位區(qū)域地基穩(wěn)固，周邊無(wú)障礙。占位確定好后，測(cè)量吊車回轉(zhuǎn)中心與起吊中心，以及與就位中心的距離，二者最大距離為作業(yè)半徑。

圖2 吊裝平面布置圖

然后查看各吊車性能表，選擇大致吊車型號(hào)，在作業(yè)半徑范圍內(nèi)查找一定主臂長(zhǎng)度下的額定起重量，確定能否滿足計(jì)算載荷。若滿足，復(fù)查該型號(hào)吊車支腿展開(kāi)后是否碰撞周圍結(jié)構(gòu)，作業(yè)半徑內(nèi)是否碰撞其他物體。

結(jié)合吊車性能曲線圖，繪制吊裝立面布置圖，檢查此作業(yè)半徑及主臂長(zhǎng)度下是否有碰撞；然后繪制吊裝立面圖，詳見(jiàn)圖3。

圖3 吊裝立面圖

4.2 安全核算

安全核算主要包括兩部分：一部分為最終所選額定起重量能否滿足計(jì)算載荷，計(jì)算其負(fù)載率能否滿足規(guī)范安全要求；另一部分為鋼絲繩核算，確定鋼絲繩型號(hào)規(guī)格，保證滿足相應(yīng)安全系數(shù)。

4.2.1 額定起重量核算

額定起重量為在確定回轉(zhuǎn)半徑和起升高度后，起重機(jī)能安全起吊的重量。額定起重量應(yīng)大于計(jì)算載荷。采用多臺(tái)起重機(jī)抬吊時(shí)，多臺(tái)起重機(jī)抬吊所受合力不應(yīng)超過(guò)各臺(tái)起重機(jī)單獨(dú)操作的額定載荷。采用雙機(jī)抬吊時(shí)，宜選用同類型或性能相近的起重機(jī)，負(fù)載分配應(yīng)合理，通常單機(jī)載荷不得超過(guò)額定起重量的80%。

4.2.2 鋼絲繩核算

鋼絲繩核算的是確定其安全系數(shù)是否滿足要求，吊裝用鋼絲繩的安全系數(shù)一般應(yīng)大于或等于6。單機(jī)吊裝一般采用四吊點(diǎn)系掛，雙機(jī)吊裝一般采用兩吊點(diǎn)系掛，系掛通過(guò)專門(mén)吊耳及卸扣將鋼絲繩進(jìn)行連接。鋼絲繩驗(yàn)算是通過(guò)力的分解，最終計(jì)算單股鋼絲繩的破斷力是否滿足安全要求。采用2 個(gè)以上吊點(diǎn)起吊時(shí)，每點(diǎn)的鋼絲繩與水平線的夾角不宜小于60°。吊裝用鋼絲繩一般選用6×37S+FC（IWR）型號(hào)。以一段棧橋四吊點(diǎn)系掛為例，進(jìn)行鋼絲繩核算。

（1）主視圖方向分析：計(jì)算此平面內(nèi)沿繩方向拉力，先畫(huà)出受力分析圖，利用杠桿原理對(duì)力進(jìn)行分解，取得該平面內(nèi)鋼絲繩的拉力。計(jì)算式見(jiàn)式（2）—式（4）。主視圖方向鋼絲繩受力示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 主視圖方向鋼絲繩受力示意圖

式中：F1-1——主視平面長(zhǎng)繩垂直向上分解的拉力，kN；

F2-2——主視平面短繩垂直向上分解的拉力，kN；

G——計(jì)算載荷，kN；

F1——主視平面長(zhǎng)繩沿繩分解的拉力，kN；

F2——主視平面短繩沿繩分解的拉力，kN。

（2）側(cè)視圖方向分析：畫(huà)出側(cè)視圖方向受力分析圖（圖5），再次對(duì)力進(jìn)行分解，取得該平面內(nèi)鋼絲繩實(shí)際方向上的拉力。計(jì)算式見(jiàn)式（5）和式（6）。

圖5 側(cè)視圖方向受力分析

（3） 根據(jù)以上分析，主吊鋼絲繩選擇φ56- 6×61M- 1770 兩根，每根36m，單股最大受力212.9kN；主吊鋼絲繩選擇φ60- 6×61M- 1770 兩根，每根29m，單股最大受力225.8kN。查GB T20118- 2017《鋼絲繩通用技術(shù)條件》，可知相應(yīng)規(guī)格的鋼絲繩單根破斷力分別為1570kN 和1800kN，則這兩種規(guī)格的鋼絲繩的安全系數(shù)分別為：

均符合《石油化工大型設(shè)備吊裝工程規(guī)范》要求的安全倍率。

4.3 雙機(jī)抬吊的安全核算

單臺(tái)起重機(jī)吊裝棧橋，施工簡(jiǎn)單，臺(tái)班數(shù)量少，但從安全性、快速性上看，雙機(jī)抬吊更有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椴捎秒p機(jī)，有兩處吊點(diǎn)，兩處吊點(diǎn)宜選擇棧橋桁架兩端的結(jié)構(gòu)連接處。比如主、次梁與立面腹桿的連接處，此處節(jié)點(diǎn)較多、剛性較大，可在此處設(shè)置吊點(diǎn)

盡量選擇雙機(jī)抬吊，可以靈活調(diào)整兩邊吊機(jī)的出繩距離，有利于帶斜度棧橋的快速、精確就位。而單機(jī)吊裝斜棧橋，對(duì)鋼絲繩選擇具有極大的考驗(yàn)。

以7HJ5 段計(jì)算為例，其雙機(jī)抬吊受力分析圖見(jiàn)圖6。

圖6 雙機(jī)抬吊受力分析圖

根據(jù)起重機(jī)的吊裝計(jì)算載荷，見(jiàn)式（7）。

式中：G——構(gòu)件重量；

q——吊具、索具重量之和；

根據(jù)杠桿原理：F1×L1=F2×L2

且，F(xiàn)1+F2=71.42t

可得，F(xiàn)1=38.19t；F2=33.23 t

考慮動(dòng)載系數(shù)和不平衡系數(shù)，起重機(jī)的受力P1=F1×1.1×1.1=46.2t ；P2=F2×1.1×1.1=40.2t。

500t 汽車吊在14m 作業(yè)半徑、64.7m 主臂下額定起重量為63t，在18m 作業(yè)半徑、59.8m 主臂下額定起重量為56t，吊車負(fù)載率分別為：η1=46.2÷63=73.3%＜80%；η2=40.2÷56=71.8%＜80%

滿足雙機(jī)抬吊時(shí)，單機(jī)載荷不超過(guò)額定起重量的80%。

4.4 吊裝占位

由于全地面汽車起重機(jī)準(zhǔn)備及拆卸工作較長(zhǎng)，平均每個(gè)臺(tái)班只能在一個(gè)位置進(jìn)行吊裝。因此，應(yīng)充分利用每次占位，盡量就近吊裝多段。對(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的多段棧橋，充分利用各次大吊車占位，采用雙機(jī)三段連續(xù)甚至四段吊裝，極大地節(jié)約了吊車臺(tái)班。雙機(jī)三段連續(xù)吊裝，即兩臺(tái)單機(jī)各自吊裝1 段和3 段，最后雙機(jī)抬吊2 段，兩臺(tái)吊車占位后不需要移動(dòng)。詳見(jiàn)圖7—圖9。

圖7 雙機(jī)三段連續(xù)吊裝立面示意圖

圖8 雙機(jī)三段連續(xù)吊裝平面示意圖

圖9 雙機(jī)三段連續(xù)吊裝

4.5 筒倉(cāng)上部鋼結(jié)構(gòu)吊裝

筒倉(cāng)頂蓋一般有兩種結(jié)構(gòu)型式，即混凝土與鋼結(jié)構(gòu)。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有施工快、成本低的優(yōu)勢(shì)，因此本項(xiàng)目頂蓋結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)加壓型復(fù)合樓板。鋼結(jié)構(gòu)采用井字型式，理想情況下，應(yīng)在地面拼裝完主體井字結(jié)構(gòu)后整體吊裝。但因現(xiàn)場(chǎng)無(wú)場(chǎng)地，所以對(duì)井字結(jié)構(gòu)分解，一共14 根梁，全部位于40m 標(biāo)高處，其中最小重8.1t、最大重14.9t。對(duì)吊車占位進(jìn)行優(yōu)化，在兩個(gè)筒倉(cāng)西側(cè)場(chǎng)外區(qū)域進(jìn)行吊車占位，吊車作業(yè)半徑可覆蓋兩個(gè)筒倉(cāng)，吊車占一次位，將14 根大梁全部吊裝就位。圖10 為雙筒倉(cāng)上部鋼結(jié)構(gòu)吊裝現(xiàn)場(chǎng)。

圖10 雙筒倉(cāng)上部鋼結(jié)構(gòu)吊裝

5 棧橋連接貫通

為方便施工及吊裝，各段棧橋段部預(yù)制到立柱軸線處，導(dǎo)致立柱上部的棧橋均未連接，此部位需要空中作業(yè)施工。為保證作業(yè)安全，在各段棧橋吊裝前，在其端部設(shè)置架管封閉，同時(shí)作為此部位貫通的安全措施。首先，對(duì)樓面梁進(jìn)行聯(lián)通，將樓面鋪裝完成，創(chuàng)造作業(yè)條件；其次，對(duì)屋面梁連接，將主框架結(jié)構(gòu)施工完成，然后對(duì)腹桿進(jìn)行安裝；最后將彩板封閉完成。棧橋連接處需要做好高處作業(yè)保護(hù)措施。

6 人員組織

鋼結(jié)構(gòu)施工主要包括鉚工、焊工、起重工、小工等工程。針對(duì)本工程，將其劃分3 個(gè)作業(yè)區(qū)域，同時(shí)配套3 支經(jīng)驗(yàn)豐富的作業(yè)隊(duì)。作業(yè)人員在施工過(guò)程中不斷調(diào)整，優(yōu)化。最終經(jīng)統(tǒng)計(jì)，合計(jì)配置70 名作業(yè)人員，其中鉚工8 名、焊工32 名、小工26 名、起重工4 名。

7 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目棧橋施工從材料進(jìn)場(chǎng)到吊裝就位，最終完全貫通，實(shí)際工期105d。過(guò)程中克服場(chǎng)地交叉、生產(chǎn)區(qū)域降效、高處作業(yè)等不利因素，最終取得了各方共同認(rèn)可的成績(jī)。通過(guò)以上對(duì)人、材、機(jī)等環(huán)節(jié)的總結(jié)，得出受限空間內(nèi)的儲(chǔ)運(yùn)裝置鋼結(jié)構(gòu)的施工思路及吊裝部署，對(duì)今后類似工程提供一定的借鑒意義。