鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
摘 要：針對本高爐煉鐵工程鋼結構體型大，重量大、高度高，結構類(lèi)型多樣，工藝連接復雜，安裝精度要求高等特點(diǎn)，從本高爐煉鐵工程的高爐爐殼、熱風(fēng)圍管、爐體框架結構、粗煤氣系統結構、上料通廊結構等主要結構的吊裝技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，總結出本高爐煉鐵工程鋼結構吊裝的成套技術(shù)成果，確保了施工質(zhì)量完全滿(mǎn)足設計及驗收標準要求。
關(guān)鍵詞：高爐煉鐵工程；鋼結構；吊裝技術(shù)
0 引 言
萊蕪銀山型鋼3號高爐是一座3200m3新建高爐煉鐵配套系統工程，高爐爐體為自立式結構與框架分離，高爐框架呈下大上小傾斜形式結構，框架連接節點(diǎn)幾乎均采用高強螺栓連接，除塵器采用旋流式除塵的先進(jìn)技術(shù)，粗煤氣系統采用五通球連接的新型節點(diǎn)形式，煉鐵配套設備為國內外先進(jìn)技術(shù)，煉鐵工藝采用先進(jìn)的工藝流程等，工程的合理設計和主要技術(shù)指標達到了國際同類(lèi)高爐領(lǐng)先水平。本工程鋼結構工藝形式多樣，涵蓋筒式結構、箱型結構、球體結構、管式結構、桁架結構、格構式結構、錐形結構、橢圓式結構等，工程具有單件結構重量大、跨度大、高度大的特點(diǎn)，工程整體施工質(zhì)量和技術(shù)含量較高，能充分體現吊裝技術(shù)水平。
1 工程概述
本工程涵蓋高爐煉鐵配套系統各子項工程，施工項目較多，工程以高爐主體為中心，周邊為附屬建設項目，高爐出鐵場(chǎng)廠(chǎng)房結構圍繞高爐主體成矩形布置，高爐主皮帶機上料通廊結構自南向北夾角16.750斜向布置，下降管自北向南夾角15.950斜向布置，東側設計有熱風(fēng)爐結構，南側設計有旋流除塵器結構，北側礦槽槽上通廊結構連通各轉運站成東西向布置,結構布置合理，工程建設高度為111m(圖1)。
圖1 高爐主體結構（高爐鋼結構工程吊裝）
2 工程鋼結構設計簡(jiǎn)述
本工程鋼結構總量為約為16000t，結構種類(lèi)繁多，以下簡(jiǎn)述工程的主要結構。
高爐爐殼：為變截面筒體式鋼殼體，共23帶，爐殼板厚45～90mm，材質(zhì)為BB503D鋼，爐殼內徑為Φ17000～Φ3100，爐殼底標高為4.500～47.400m。
高爐熱風(fēng)圍管：為管式結構，圍管中心軸線(xiàn)標高為19.6m，熱風(fēng)圍管中心直徑為Φ23000，圍管直徑為3032mm，板厚為20mm，結構材質(zhì)為Q235B鋼。
高爐爐體框架結構：高爐爐體框架鋼結構為剛性結構，分下部框架、中部框架和頂部框架，呈下大上小，單面傾斜式，框架內設置多層平臺供人員操作，框架柱采用箱型結構，其他結構有箱型結構、焊接工字型結構、型鋼結構等，下部框架標高為2.4～27.2m；中部框架標高為27.2～44m；頂部框架標高為44～84.46m?？蚣芙Y構最大板厚為45mm，材質(zhì)為Q345B鋼。
高爐粗煤氣系統結構：結構標高從44～105.6m，包括上升管、五通球、下降管和一次均壓管等結構；上升管、下降管和均壓管結構為管式結構，五通球為球體結構；五通球連通上升管和下降管。上升管管內徑為Φ2300，板厚18～30mm；下降管管內徑為Φ3600，板厚20～50mm；鋼材材質(zhì)為Q235B鋼；五通球內徑為Φ6000，板厚為42mm，鋼材材質(zhì)為16MnR鋼，下降管上設置有鋼梯供作業(yè)人員上下。
高爐主皮帶機上料通廊結構：結構包括通廊支架和通廊本體，通廊分5跨，共5個(gè)通廊支架，其中有1個(gè)為固定式支架，其余4個(gè)為搖擺式支架；通廊本體支承在通廊支架上，整個(gè)通廊本體頭端與高爐進(jìn)行連接，尾部分別連通機械傳動(dòng)室、土建轉運站等，通廊總長(cháng)約300m，通廊本體結構共5段，最大跨度70m，通廊截面形體尺寸為6.05×6.05m，單段最重約200t，安裝高度約76m。
其他附屬鋼結構：包括出鐵場(chǎng)廠(chǎng)房結構、風(fēng)口平臺結構、電梯井及鋼梯結構、槽上通廊結構等。
3 工程特點(diǎn)
1) 本工程含概工藝系統較多，結構類(lèi)型復雜，各工藝系統相互獨立又相互連接，如熱風(fēng)圍管與爐殼之間的連接，除塵器結構和高爐爐體之間的連接、上料通廊與爐體結構之間的連接等，結構吊裝精度要求較高。
2) 本工程構件有重、大、高、長(cháng)的特點(diǎn)，工程整體高度達111m，其中高爐爐殼最重段約80t；高爐框架柱單件重約150t；五通球中心標高為97.3m，重估計約40t；下降管長(cháng)約80m，重估計約200t，高爐上料通廊結構跨度大，共5段，每段重估計約200t，吊裝高度近80m，確定大型構件的吊裝方法，有效地控制吊裝質(zhì)量是工程吊裝的難點(diǎn)。
3) 依據工程吊裝構件的實(shí)際重量和安裝高度，確定吊裝機械的選型，根據工程實(shí)際安裝進(jìn)度詳細地規劃吊裝機械的進(jìn)場(chǎng)和吊裝時(shí)間，對有效地降低工程安裝成本投入是控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
4) 受工程各個(gè)工藝系統的獨立性和相連性的影響，合理地安排流水施工，確定先主體結構后附屬結構的吊裝內容和方法，是工程吊裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
5) 為控制工程吊裝精度，確保各部件的相連性精準對接，確定合理的測量方法，布控關(guān)鍵測量控制點(diǎn)是工程吊裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
4 工程吊裝實(shí)施部署
本工程遵循先主線(xiàn)項目后分線(xiàn)項目施工的原則，確定以高爐主體工程為施工關(guān)鍵線(xiàn)路，附屬工程陸續進(jìn)入施工，采用流水施工的方式，使工程資源得到充分利用和安排，在施工過(guò)程中分項項目施工互有交叉、也互為承接，施工順序得到合理性?xún)?yōu)化。以關(guān)鍵路線(xiàn)工作作為主線(xiàn)安裝施工重點(diǎn)，主搶高爐主體結構的安裝，開(kāi)辟出鐵場(chǎng)平臺、出鐵場(chǎng)廠(chǎng)房結構與主體工程結構同步安裝路線(xiàn)，逐步開(kāi)展旋流除塵器結構、電梯井結構、上料通廊結構、機械傳動(dòng)室結構、槽上通廊結構等安裝任務(wù)，搞好多點(diǎn)施工安裝協(xié)調工作，做好工序順序安排、分項結構安裝的承接。應用大型吊裝設備對大、重型構件進(jìn)行整體吊裝方法，確保吊裝一次就位，縮短施工工期。
4.1 工程安裝區域劃分
根據本工程量、工期網(wǎng)絡(luò )進(jìn)度及結合現場(chǎng)實(shí)際情況，對我公司負責的施工項目分成六個(gè)施工區域，分別為高爐主體結構施工區、出鐵場(chǎng)結構施工區、旋流除塵器結構施工區、電梯井及鋼梯結構施工區、上料通廊結構施工區和槽上通廊結構施工區,見(jiàn)圖2。
圖2 上料通廊結構
4.2、施工步驟安排
1）高爐主體結構施工區作為關(guān)鍵線(xiàn)路吊裝，投入DBQ4000tm塔吊為吊裝主機，QUY100t履帶吊及其他租賃液壓吊輔助進(jìn)行輔助施工，施工順序采取從下至上分段分層，從內向外的吊裝方式進(jìn)行，先進(jìn)行高爐爐殼安裝，同步兼顧高爐爐體下部框架、中部框架、頂部框架、粗煤氣系統結構的安裝，實(shí)現工期的完成，見(jiàn)圖3。
圖3 高爐主體結構
2）開(kāi)辟出鐵場(chǎng)結構施工區與高爐主體結構安裝同步平行施工，投入250t履帶吊一臺在跨外吊裝施工，安裝順序從2700向900方向推進(jìn)，先安裝高爐南側出鐵場(chǎng)結構，再進(jìn)行高爐東西側出鐵場(chǎng)結構安裝，最后進(jìn)行高爐北側出鐵場(chǎng)結構安裝，為土建及筑爐施工提供條件，見(jiàn)圖4。
圖4 鐵場(chǎng)結構
3）在高爐主體結構施工中期進(jìn)入旋流除塵器結構施工，投入100t履帶吊1臺進(jìn)行構件吊裝，安裝順序從下至上分段分層進(jìn)行，除塵器殼體與除塵器框架同步施工完成，確保該結構在五通球施工前完成，為下降管安裝提供條件，見(jiàn)圖5。
圖5 除塵器結構
4）電梯井及鋼梯結構施工區：采用兼顧出鐵場(chǎng)結構吊裝的250t履帶吊進(jìn)行構件吊裝，安裝順序從下至上進(jìn)行，安裝時(shí)主搶電梯井及鋼梯框架本體結構，再安裝連接各層平臺結構，確保與高爐各平臺連通，見(jiàn)圖6。
圖6 電梯井及鋼梯結構
5）高爐上料主皮帶機通廊結構施工區：與頂部框架各層平臺同步施工進(jìn)行；投入250t履帶吊一臺進(jìn)行通廊支架吊裝，750t履帶吊一臺進(jìn)行通廊本體吊裝，安裝順序從下至上進(jìn)行，先逐個(gè)通廊支架安裝，后逐段通廊本體安裝。通廊結構提前完成，保證與高爐頂部框架的連接，為皮帶傳動(dòng)設備安裝提供施工面，見(jiàn)圖7。
圖7 高爐上料皮帶機
6）礦槽槽上通廊結構施工區：采用兼顧上料通廊結構安裝的250t履帶吊和100t履帶吊進(jìn)行構件吊裝，安裝順序采用雙線(xiàn)反向施工，通廊支架和通廊本體結構同步施工，逐段推進(jìn)完成，見(jiàn)圖8。
圖 8 礦槽通廊結構
5 施工測量控制點(diǎn)布設
結合本工程實(shí)際，根據現有的測量基準點(diǎn)引投測量控制點(diǎn)，測量控制點(diǎn)的引投工作主要是高程控制點(diǎn)、高爐中心線(xiàn)控制點(diǎn)、除塵器中心線(xiàn)控制點(diǎn)、上料通廊中心線(xiàn)控制點(diǎn)、礦槽槽上通廊中心線(xiàn)控制點(diǎn)等的布設，利用引投控制點(diǎn)采用水平儀、經(jīng)緯儀和全站儀進(jìn)行向上引投和結合測量，控制結構吊裝精度。
控制點(diǎn)的引投能有效地保證各工序系統相連性的精準對接，控制點(diǎn)布設應設置在空曠地或已有建筑物上，測量可視度強，前視和后視點(diǎn)通視，以達到測量控制的目的。如引投高爐中心控制點(diǎn)和向上引投控制點(diǎn)的圖示，見(jiàn)圖9。
圖9 控制點(diǎn)布置（）
6 吊裝機械的選型
吊裝機械的選擇本著(zhù)節省安裝成本、滿(mǎn)足構件吊裝重量和縮短施工工期的原則進(jìn)行選型，合理地把握和安排吊裝機械使用的切入點(diǎn)和吊裝時(shí)間，最大化地利用機械的有效吊裝。本工程采用1臺DBQ4000tm塔吊負責主體結構的吊裝，滿(mǎn)足構件組拼和大型構件吊裝，加快安裝工期的要求；投入250t履帶吊和100t履帶吊各1臺主要負責出鐵場(chǎng)結構安裝，并兼顧電梯井及鋼梯和除塵器結構的安裝；投入750t履帶吊和250t履帶吊各1臺，利用主體結構配置的DBQ4000tm塔吊負責上料通廊和粗煤氣下降管結構的安裝，再利用已投入的250t履帶吊和100t履帶吊各1臺礦槽槽上通廊結構的安裝，滿(mǎn)足多線(xiàn)連續施工的要求，保證在有效地施工工期內完成了工程吊裝。
7、主要結構吊裝技術(shù)
7.1 高爐爐殼吊裝技術(shù)
由于高爐爐殼整體結構高、大、重，因此爐殼吊裝采用分段吊裝的方法進(jìn)行安裝，單圈爐殼進(jìn)行地面組拼和各數據測量精準控制后，做好吊裝防橢圓變形措施后，采用多點(diǎn)吊裝的方法進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程采用每帶測量的方法測量控制安裝偏差，分別控制爐殼的中心偏差、十字軸線(xiàn)偏差、實(shí)際直徑與設計直徑偏差、對口偏差、上口標高偏差等，確保安裝質(zhì)量，見(jiàn)圖10。
圖10 爐殼吊裝
7.2 高爐熱風(fēng)圍管結構吊裝技術(shù)：
為控制熱風(fēng)圍管整體安裝質(zhì)量，結構吊裝采用整體吊裝的方法進(jìn)行，安裝時(shí)利用在爐殼上設置18個(gè)臨時(shí)支架進(jìn)行支托，臨時(shí)支架經(jīng)過(guò)嚴密的承載負荷計算，滿(mǎn)足支承受力要求，臨時(shí)支架安裝時(shí)逐個(gè)控制支架的標高和水平度，做好支架防側向受力措施和圍管中心線(xiàn)的投放工作，保證熱風(fēng)圍管的精確安裝。圍管安裝過(guò)程還需測量中心線(xiàn)離爐殼的距離偏差、上表面標高偏差、熱風(fēng)主管接口朝向等測量控制，保證安裝質(zhì)量，見(jiàn)圖11。
圖11 熱風(fēng)圍管結構
7.3 高爐爐體框架結構安裝技術(shù)
從下至上分別完成下部框架、中部框架和頂部框架的安裝，并兼顧各層平臺結構隨高度逐層安裝，結構吊裝在滿(mǎn)足起重機械額定吊裝重量的條件下，采用分段吊裝（圖12）、單件整體吊裝（圖13）、組拼吊裝單元整體吊裝（圖14）的方法進(jìn)行，本著(zhù)以加快施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量，節約施工成本的原則進(jìn)行。
圖12 分段吊裝
圖13 單件整體吊裝
圖14 吊裝組拼單元（高爐鋼結構工程吊裝）
7.4 高爐粗煤氣系統結構吊裝技術(shù)：
粗煤氣系統結構安裝隨爐頂剛架結構穿插進(jìn)行吊裝，從下至上分別完成上升管、五通球、下降管的吊裝工作，上升管結構采用DBQ4000t.m塔吊分五段吊裝的方法安裝完成（圖15），五通球在地面整體拼裝，拼裝時(shí)隨帶上升管接頭段和下降管接頭段，以保證與上升管和下降管的連接，安裝時(shí)采用750t履帶吊進(jìn)行整體吊裝完成（圖16），下降管安裝采用分兩段進(jìn)行吊裝，分別是先采用負責出鐵場(chǎng)結構吊裝的250t履帶吊吊裝下降管下段（圖17），安裝時(shí)要嚴格控制管口朝向和標高的偏差，保證中段的精準對接，最后采用750t履帶吊吊裝完成下降管中段的對接安裝（圖18）。
圖15 粗煤氣系統
圖16 整體吊裝完成
圖17 下降管吊裝（高爐鋼結構工程吊裝）
圖18 下降管中段吊裝
7.5、高爐上料通廊結構吊裝技術(shù)
上料通廊結構總體的吊裝方法是從下至上安裝，采用分段吊裝、拼裝成整體吊裝等的方法進(jìn)行，結合構件吊裝重量和吊車(chē)的起重性能又采用單機和雙機抬吊吊裝的方法完成。為保證上料通廊結構安裝的可操作性和安全性，通廊結構安裝從三腿穩固支架開(kāi)始，以滿(mǎn)足結構的穩定性要求。上料通廊支架的吊裝待通廊支架拼裝完成后進(jìn)行，其中ZJ1-ZJ4支架吊裝均由250t履帶吊吊裝完成，ZJ5支架吊裝由DBQ4000tm塔吊吊裝完成；其中依據通廊支架結構重量和吊車(chē)吊裝性能，ZJ1支架采用拼裝成整體進(jìn)行吊裝
(圖19)，其他通廊支架采用分段進(jìn)行安裝，每個(gè)支架安裝均分成支架肢腿（圖20）和柱頭頂部支座（圖21）兩部分安裝；通廊本體的各段安裝待通廊本體拼裝成整體后進(jìn)行。通廊本體結構整體拼裝含蓋通廊本體的所有結構（圖22），拼裝完成后750t履帶吊逐段單機吊裝完成前四段（圖23），再和DBQ4000t.m塔吊共同抬吊第五段通廊（圖24）。
圖19 ZJ1支架吊裝
圖20 支架肢腿吊裝
圖21 支架頂部支座
圖22 通廊結構吊裝完成
圖23 吊裝完成前四段通廊
圖24 吊裝完成前五段通廊
8 結 語(yǔ)
工程整體建筑面積較大，涵蓋工藝系統較多，各工藝系統結構相連性較強，結構形式極其多樣，對結構吊裝具有很大的挑戰性，需要施工單位具有較強的技術(shù)能力和綜合能力，由于在施工前經(jīng)過(guò)認真細致的分析，施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)精心組織和安排和工序間的有效控制，整個(gè)安裝過(guò)程比較順利，達到了滿(mǎn)意的效果。
（中國二十二冶集團有限公司金屬結構工程分公司，河北 唐山 064000 ）
|
： 