淺談超大循環(huán)水管安裝技術(shù)創(chuàng)新

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菲律賓GNPD2×660兆瓦（1+1）燃煤電站項(xiàng)目機(jī)組的冷卻水采用直流供水系統(tǒng)，循環(huán)水管類(lèi)型多、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，單管最長(zhǎng)達(dá)到了6米，單管最重約為33噸，且施工工期緊張，若沿用傳統(tǒng)施工方法則會(huì)造成經(jīng)濟(jì)性差、工期長(zhǎng)、安全不易保證等潛在風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展了電廠循環(huán)水管安裝門(mén)架小車(chē)體系施工技術(shù)研究，進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，提升項(xiàng)目綠色施工能力。

主要用途及技術(shù)原理

新技術(shù)適用于電廠循環(huán)水管安裝施工，特別適合長(zhǎng)距離、大跨度、重量大、施工區(qū)域受限的大型構(gòu)件吊裝施工。這種新技術(shù)提供一套全新的施工設(shè)備用于電廠循環(huán)水管的安裝施工，可以開(kāi)設(shè)多個(gè)工作面同時(shí)施工，且無(wú)需增加額外的吊機(jī)和短駁車(chē)。該體系由桁架式門(mén)架、小車(chē)橫梁、滾輪組合件、軌道、路基箱和鏈條葫蘆等幾大部件構(gòu)成。循環(huán)水管的二次駁運(yùn)使用平板車(chē)，吊裝采用汽車(chē)吊或履帶吊，平板車(chē)和吊機(jī)的工作環(huán)境主要在坑頂，循環(huán)水管運(yùn)至吊機(jī)預(yù)吊裝位置，吊機(jī)卸車(chē)后將其放在坑底預(yù)定位置，然后吊機(jī)移至下一工作區(qū)域，重復(fù)上一個(gè)施工步驟。施工人員拉動(dòng)鏈條葫蘆將循環(huán)水管提升脫離坑底一定高度，此時(shí)門(mén)架小車(chē)體系帶循環(huán)水管平移至安裝位置，體系平移至下一段接頭水管即可放下對(duì)位，完成循環(huán)水管對(duì)口安裝。由此完成一個(gè)施工工序，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水管的運(yùn)輸和精準(zhǔn)就位和對(duì)口施工。

關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)一：通過(guò)有限元軟件建模設(shè)計(jì)分析體系穩(wěn)定性和吊裝工況模擬。該體系的計(jì)算分析采用的SAP2000系列有限元分析軟件，在細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中參考了部分CAD實(shí)時(shí)計(jì)算插件。這些軟件的應(yīng)用，在概念設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算分析中使技術(shù)人員節(jié)省了大量的重復(fù)工作量，提高了工作效率。在該體系的工況分析中，選取了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和安、拆工況三個(gè)重要工況，作為核心計(jì)算考量措施和計(jì)算控制要點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)二：等強(qiáng)設(shè)計(jì)概念下的節(jié)點(diǎn)細(xì)化設(shè)計(jì)，保證節(jié)點(diǎn)剛性連接并降低用鋼量。復(fù)雜的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)點(diǎn)細(xì)化設(shè)計(jì)的要求和難度要高于桿件設(shè)計(jì)，尤其是等強(qiáng)設(shè)計(jì)，既要保證節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連接整體性，又要降低節(jié)點(diǎn)的用鋼量。該體系在設(shè)計(jì)中后期就遇到了類(lèi)似節(jié)點(diǎn)選擇的難題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到該體系需拆除中間節(jié)以適應(yīng)雙管換單管的安裝工藝，整個(gè)起吊橫梁被分成了三段，設(shè)計(jì)時(shí)需要具有較強(qiáng)的整體性，所以連接段增加了兩個(gè)等強(qiáng)節(jié)點(diǎn)。該體系的起吊橫梁和門(mén)架立柱端部連接處的等強(qiáng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)上需要保證剛性連接。門(mén)架小車(chē)體系的結(jié)構(gòu)形式若從結(jié)構(gòu)受力和荷載作用點(diǎn)的角度分析，此類(lèi)結(jié)構(gòu)和門(mén)式剛架體系又不同。首先，傳統(tǒng)門(mén)式剛架的剛性節(jié)點(diǎn)做法在輕鋼門(mén)式剛架體系是可以認(rèn)定其為剛性連接節(jié)點(diǎn)。如果該門(mén)架小車(chē)采用該連接節(jié)點(diǎn)，其可以判定為半剛性節(jié)點(diǎn)。由圖1可以看出，梁柱節(jié)點(diǎn)在彎矩M的作用下，梁端轉(zhuǎn)角的θb大于柱頂轉(zhuǎn)角θc。θ值越小越接近完全剛性，但是根據(jù)查閱資料，常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)破環(huán)證明此類(lèi)節(jié)點(diǎn)在重載下剛性并不強(qiáng)，所以改強(qiáng)設(shè)計(jì)做了圖2的改進(jìn)。為了保證更強(qiáng)的連接整體性，加上考慮降低鋼結(jié)構(gòu)加工難度，最終選擇了整體外挑三角斜拉的結(jié)構(gòu)形式。關(guān)鍵技術(shù)三：改進(jìn)質(zhì)量控制環(huán)境和環(huán)節(jié)，循環(huán)水管的吊運(yùn)、對(duì)口就位采取毫米級(jí)別的微調(diào)措施。該體系可以將循環(huán)水管吊運(yùn)，沿地面軌道平移，循環(huán)水管安裝時(shí)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)大幅縮減，僅需測(cè)量定位該體系軌道位置，可有效降低質(zhì)量管理難度。該體系的小車(chē)橫梁兩端設(shè)置一對(duì)帶動(dòng)力的滾輪，并由步進(jìn)馬達(dá)控制其運(yùn)動(dòng)速度和軌跡，可實(shí)現(xiàn)三級(jí)變速控制。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在架體荷載分析時(shí)，考慮了循環(huán)水管安裝時(shí)可能遇到的各種施工工況，也即在合理進(jìn)度和安全控制條件下，結(jié)構(gòu)體系能效比最高。關(guān)鍵技術(shù)四：多個(gè)作業(yè)面促進(jìn)效率提升，無(wú)需增加額外吊機(jī)及土方開(kāi)挖工作量。吊機(jī)工作量大幅降低。該體系置于坑底進(jìn)行循環(huán)水管的吊運(yùn)就位工作，吊機(jī)一次性將循環(huán)水管吊至坑底位置后即可，無(wú)需占用額外的吊機(jī)工作時(shí)間。降低短駁車(chē)進(jìn)場(chǎng)道路開(kāi)設(shè)工作量。與傳統(tǒng)施工方法不同，該新技術(shù)體系施工時(shí)，短駁車(chē)工作環(huán)境一直處于坑頂區(qū)域，無(wú)需進(jìn)入坑底區(qū)域，可降低循環(huán)水管安裝區(qū)域兩端的道路入口土方開(kāi)挖工作量。多工作面提高工效和通用性。為了進(jìn)一步提高循環(huán)水管施工進(jìn)度工效，可配置多個(gè)門(mén)架小車(chē)體系?？刹捎弥兄闷鹗键c(diǎn)向兩端安裝，可以多段流水向外對(duì)接的安裝方式，安裝關(guān)鍵路徑的行進(jìn)方式選擇上更加靈活，非常適合循環(huán)水管安裝工期緊張的項(xiàng)目。關(guān)鍵技術(shù)五：定制專(zhuān)業(yè)吊配設(shè)施，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水管整體吊裝。在體系設(shè)計(jì)初期依據(jù)施工場(chǎng)地的實(shí)際工況，并為其量身定做了一套適用于該體系的專(zhuān)業(yè)吊配設(shè)施。多孔吊耳通用化。通常電廠的循環(huán)水管軸線(xiàn)均會(huì)產(chǎn)生一定的間距變化，為了適應(yīng)此施工工況，該體系的起吊橫梁上設(shè)置了4組吊耳配件，配件上開(kāi)設(shè)了不同類(lèi)型的耳孔，以適應(yīng)不同軸線(xiàn)的循環(huán)水管安裝，做到一板對(duì)多管，提升該體系的工藝適配性和通用性。標(biāo)配鏈條葫蘆，垂直起降對(duì)口易。該體系不僅可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水管水平運(yùn)輸?shù)目?、?zhǔn)，還可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水管的垂直起降，并保證循環(huán)水管對(duì)接口的垂直度和平整度。解決以往傳統(tǒng)工藝的粗獷式就位操作性難題。關(guān)鍵技術(shù)六：研發(fā)循環(huán)水管接口灌漿模板裝置，填補(bǔ)循環(huán)水管對(duì)接寬口大體量灌漿施工工法的空白。依托混凝土施工領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了一套專(zhuān)用的灌漿裝置，既可解決灌漿料二次污染問(wèn)題，又能適應(yīng)循環(huán)水管大間距接口的施工特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為內(nèi)模和外架，內(nèi)模上帶有肋板起到自身加強(qiáng)的作用，外架用于支撐和穩(wěn)定內(nèi)模，一則可以分擔(dān)內(nèi)模的荷載，減少內(nèi)模設(shè)計(jì)重量，再者可以作為內(nèi)模的定位靠山，外架上設(shè)置了卡環(huán)，內(nèi)模也可在外架內(nèi)滑動(dòng)。

成效與結(jié)論

以菲律賓GNPD2×660兆瓦燃煤電站項(xiàng)目使用該成果的效果來(lái)看，流水施工形成后，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水管1天6節(jié)的安裝速度，2套配合可形成流水施工，整個(gè)施工工期縮短了25天，成效顯著。施工質(zhì)量上，由于采用定制的灌漿模板裝置，接口處灌漿面觀感質(zhì)量好，未出現(xiàn)脹模、二次污染等質(zhì)量缺陷，未發(fā)生構(gòu)件碰撞損壞等情況。得益于機(jī)械化的安裝方式和微調(diào)措施，對(duì)口位置偏差值控制在5毫米以?xún)?nèi)。構(gòu)件的垂直度和平整度控制較好，現(xiàn)場(chǎng)多次使用均可控制在5毫米以?xún)?nèi)。該體系結(jié)構(gòu)剛度大，體系安全富裕度高，經(jīng)過(guò)多次運(yùn)用證明，體系吊裝橫梁下?lián)隙绕罹煽刂圃?‰以?xún)?nèi)。人工成本優(yōu)勢(shì)突出，流水施工以后該體系僅需配置5～7名施工人員。該體系是集構(gòu)件吊運(yùn)、對(duì)位微調(diào)于一體的裝置，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的快運(yùn)慢就位等操作，具有很高的精準(zhǔn)性，特別適合電廠循環(huán)水管安裝施工。該技術(shù)成果適用一般的大件吊運(yùn)安裝工程施工，尤其適合施工區(qū)域受限的大件吊裝施工，順應(yīng)電力行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行一定改造細(xì)化后可向市政等土木工程其他領(lǐng)域推廣。

作者：李偉 單位：上海電力建筑工程有限公司