高爐電梯井筒及大跨距桁架工程施工研究

郭兆釗

（福建三鋼冶金建設有限公司，福建 三明 365000）

0 引言

目前高爐越建容積越大，這對操作和檢修人員對爐頂設施的巡檢以及維護和檢修帶來不便。為方便操作和檢修人員對爐頂設施的巡檢、維護以及備件的運輸，一般國內大中型高爐都配備了客貨兩用電梯，直通高爐爐頂各層平臺。國內某鋼鐵企業2000m3高爐由于建設較早，沒有配備電梯，因生產和檢修需要，利用2000m3高爐大修改造期間，增設了客貨兩用電梯。該工程電梯井采用井筒結構，電梯各?？空九c爐頂各層平臺間的連接通廊采用桁架結構。新建電梯井筒位于高爐本體中心基點以北2.9m、東49.5m 處，并在標高38.994m、49.744m、60.494m 處搭設了三條桁架通廊連接高爐爐頂各相應平臺。由于該電梯工程是后增設的，因此工程難度比較大，其主要難點在于電梯井筒的高度超高，并且電梯井筒與高爐爐頂各層平臺之間的跨距超遠，最遠處達43.2m。而且現場環境要求每條桁架必須一次吊裝到位，安裝精度和吊裝的難度非常大。因此電梯井筒、桁架在制作和安裝過程中需要采取必要的措施來保障安裝精度。

本文介紹了該高爐電梯工程的概況、工程難點，以及工程的施工流程和施工方法，結合現場情況和工程難點提出了該工程的主要施工步驟及關鍵點把控措施。

1 新增電梯工程的概況

1.1 電梯井筒及桁架結構組成

該工程主要由電梯井筒結構和桁架結構組成。電梯井筒底部直徑?6m、頂部直徑?5m，頂部標高69.32m。其中從底部標高至26.4m 標高處，筒體直徑從?6m 逐漸縮小至?5m，呈圓錐體形狀；從26.4m標高處往上直至筒體頂部，直徑均為?5m，呈圓柱體形狀。桁架結構共有3 條，分別在標高38.994m、49.744m、60.494m 處將高爐爐頂框架與電梯井筒相互連接，形成人行通道，跨距最短處為35.8m，最長處43.2m。電梯井筒及桁架的結構示意如圖1所示。

圖1 電梯井筒及桁架結構示意圖

1.2 現場施工環境

以高爐本體為中心，電梯井筒設置在高爐本體中心基點以北2.9m、東49.5m 處。高爐東、北、西三側45m 范圍內都是出鐵場，高爐南側偏西為高爐重力除塵器。根據現場環境進行施工策劃，吊裝機械只能布置在高爐南側偏東的空地上，距離電梯井筒約60m。電梯井筒和桁架構件屬于超寬、超長構件，無法從廠房直接運輸到現場，只能在工廠制作并分體拉運到現場進行拼裝，拼裝場地選擇在吊裝機械的東側、熱風爐的西側，在現場設立一個拼裝鋼平臺供構件拼裝。圖2為施工現場環境示意圖。

圖2 施工現場環境示意圖

2 主要施工流程和方法

2.1 施工流程

圖3為該高爐電梯井筒及通廊（桁架）制、安項目施工流程圖。

圖3 電梯井筒及通廊（桁架）制、安項目施工流程圖

2.2 施工方法

在鋼結構施工中，鋼結構件分段是其重要步驟，通過合理分段，可有效縮短工期[1]。由于該項目各組成鋼結構件均超長、超寬，在綜合考慮制作、運輸、場地等因素后，確定了以下施工方法：

（1）電梯井筒部分采取筒身工廠卷制，現場分七節進行組對的方式進行施工。同時，考慮到電梯井道的尺寸精度，各筒節的筒身附屬內、外平臺均在現場進行安裝。待現場焊接工作完成后，統一移至現場指定位置進行除銹防腐。

（2）電梯井筒現場安裝采取整體分節進行吊裝。其中筒身對接環焊縫共計27道，含安裝焊縫7道。

（3）電梯井筒至高爐走道桁架部分，每一條均采取分三段進行工廠制作，現場整體組對的方式進行施工，待完成焊縫檢測及除銹防腐后，逐條自下而上整體進行吊裝就位。

（4）所有電梯井筒和桁架拼裝及除銹防腐完成后等待吊裝。表1為電梯井筒和桁架分節組裝參數。

表1 電梯井筒及桁架分節組裝參數

3 鋼結構件制作工藝

該項目鋼結構件制作要依照設計圖紙要求進行，且應符合相關國家規范要求，鋼結構焊接工藝依據相關工藝指導書進行。

3.1 電梯井筒部分的制作和拼裝

（1）電梯井筒筒身工廠拼接要求采用等強拼接，焊縫拼接位置如圖4所示。

圖4 筒體焊縫拼接示意圖

（2）電梯井筒壁豎向加筋拼接要求采用等強拼接。筒體豎向加筋現場拼接形式如圖5所示。

圖5 筒體豎向加筋現場拼接形式示意

（3）平臺鋼板采用焊腳尺寸hf=5mm，100mm（100mm）的間斷角焊縫，焊于鋼梁上。平臺板、屋面板與所有支承鋼梁均應焊接。未注明的倒角尺寸為15mm×15mm或r=15mm。

（4）電梯井筒安裝誤差按《煙囪工程施工及驗收規范》GB50078-2008，槽鋼所形成的井道尺寸誤差為0～35mm。每節在工廠制作時均需在筒節上下口位置，增設固定支撐來固定尺寸，保證其圓度，防止變形。

3.2 桁架部分的制作和拼裝

（1）桁架制作最小焊腳尺寸hf=6mm，每條焊縫最小長度不應小于1.5 倍桁架桿件肢寬，且要≥120mm；未注明的所有焊縫均為滿焊，對接焊縫為二級，角焊縫為三級；未注明的坡口焊縫為全熔透焊縫，無襯板的單面坡口焊應補強焊根。

（2）桁架桿件焊縫長度根據內力計算確定，且不得小于第4 條規定的最小焊縫長度；其余未注明的焊縫一律滿焊；桿件拼接應采用等強拼接。

（3）平臺鋼板采用hf=5mm，100mm（100mm）的間斷角焊縫焊于鋼梁上，平臺板與所有的支承鋼梁均應焊接。鋼管端頭均應封板，封板做法如圖6所示。

圖6 鋼管端頭封管示意圖

4 鋼結構件安裝方法及措施

4.1 吊裝機械選擇

根據表1所述的鋼結構件重量及現場吊裝半徑，主吊車選用SCC 型800t（12000t·m）履帶起重機，采用LJ 工況。主臂長度60m，角度85°，副臂長度60m（24m～72m），后配重230t，中央配重90t。表2為SCC 型800t 履帶起重機載荷表，由表2可以看出，SCC 型800t 履帶吊可以滿足所有鋼結構件的吊裝要求。

表2 SCC型800t履帶起重機載荷表t

4.2 電梯井筒吊裝方法

4.2.1 索具選用

筒節最重件為32t，在筒節上端內壁焊接四個吊耳，兩根鋼絲繩受力，安全系數選6，吊裝時鋼絲繩與物件水平夾角大于60°，經計算校驗選用直徑?42mm、6×37+FC 1770 的鋼絲繩，最小破斷拉力為921kN。最后確定選用兩根（一根鋼絲繩負責兩個吊點）?30mm、6×37+FC 1770 鋼絲繩，單根鋼絲繩長度為16m，單個吊點鋼絲繩實際使用長度為8m，四個吊點鋼絲繩單獨受力，鋼絲繩最小破斷拉力為470kN；選用4個10t～20t的弓形卸扣。

4.2.2 吊耳尺寸

吊耳安裝制作尺寸如圖7所示。吊耳材質為Q235B，經計算校驗單個吊耳可承載22t，滿足吊裝要求。

圖7 吊耳安裝制作尺寸示意圖

4.2.3 吊耳布置

筒節上端內壁焊接的四個吊耳與筒身內防變形支撐板焊接成一體。圖8為吊耳與防變形支撐布置示意圖。

圖8 吊耳與防變形支撐布置示意圖

4.2.4 井筒吊裝

吊車站好位、裝好鋼絲繩后緩慢起鉤，讓鋼絲繩慢慢受力，此時起重工要隨時觀察吊耳安裝位置區域是否存在變形及其他安全情況。待構件離地約0.3m 時停留10min，仔細檢查吊車及索具情況，檢測復核調整筒身下口至水平，確認無誤后，方可繼續起吊。此時吊車持續緩慢起鉤，按劃定路線將筒節吊運至安裝位上方，待確認方向位置、對正記號無誤后緩慢落位。復核調整各方安裝尺寸達到要求后，即可進行固定焊接，待環焊縫完成焊接后方可摘除吊裝索具，所有筒節均按此方法進行作業。

4.3 桁架吊裝方法

4.3.1 索具選用和吊點選擇

桁架最重件為22t，在桁架總長1/3 處的兩側主梁位置分別對稱設置共4 個吊點，兩根鋼絲繩受力，安全系數選6，吊裝時鋼繩與物件水平夾角大于60°，經計算校驗選用直徑?36mm、6×37+FC 1770的鋼絲繩，最小破斷拉力為677kN。最后確定選用兩根（一根鋼絲繩負責兩個吊點）?26mm、6×37+FC 1770鋼絲繩，單根鋼絲繩長度為43mm，單個吊點鋼絲繩實際使用長度為20m，四個吊點鋼絲繩單獨受力，鋼絲繩最小破斷拉力為353kN；選用4個8t～20t的弓形卸扣。圖9為桁架吊裝示意圖。

圖9 桁架吊裝示意圖

4.3.2 桁架吊裝

吊車站好位、裝好鋼絲繩后緩慢起鉤，讓鋼絲繩慢慢受力，此時起重工要隨時觀察吊耳安裝位置區域是否存在變形及其他安全情況。待構件離地約0.3m 時停留10min，仔細檢查吊車及索具情況，檢測復核調整桁架整體至水平，確認無誤后，方可繼續起吊。此時吊車持續緩慢起鉤，按劃定路線將桁架吊運至安裝位上方，待確認方向位置、對正記號無誤后緩慢落位。復核調整各方安裝尺寸達到要求后，即可進行固定焊接，待桁架兩端均完成焊接后方可摘除吊裝索具，所有桁架均按此方法進行作業。

5 主要施工步驟及關鍵點把控措施

（1）鋼結構件的工廠預制。電梯井筒和桁架在工廠分節預制時，按先期排好的安裝順序以及對接定位圖同步做好記號標識和自檢驗收工作。井筒內、外壁環向等分中心線，門洞位置安裝標識線，內、外平臺標高標識線，以及相對縱焊縫位置交錯編號等均應做好永久標記。檢驗工作從下料開始即應同步跟進，桁架上主梁下料時，長度上應在無安裝孔的一端適當預留200mm的調整段。

（2）電梯井筒腳手架平臺搭設時，應告知其三條桁架安裝的標高位置。桁架安裝時，局部影響的腳手架需要臨時拆除，因此要求井筒腳手架在搭設前期即應考慮周全，在臨時拆除腳手架臨近周邊應提前按相應規范做好先期加固工作，確保腳手架使用安全。

（3）電梯井筒的組對要嚴格保證筒內各層由槽鋼所形成的電梯上、下井道的尺寸精度，筒身段附屬的內、外平臺安裝標高應與施工圖吻合，完成井筒組對后應及時跟進桁架的現場組對。

（4）做好鋼結構安裝尺寸的復核檢測工作。特別在井筒的就位安裝上，要求在地面即進行復核調整，井筒對口位置各方向尺寸必須吻合方可執行安裝，避免高空對裝風險。

（5）組織對安裝部位可能存在安全風險的構件焊縫情況進行全面排查及加固。特別在桁架的整體吊裝上，在電梯井筒完成安裝后應立即對桁架安裝位置的情況進行復核檢查，檢查主要內容為桁架安裝位置的安全檢查，桁架安裝標高和安裝尺寸的檢測等，發現問題視情及時處置。

（6）使用800t 履帶吊作業時，應按先井筒后桁架順序進行吊裝作業。井筒安裝現場的腳手架搭設和焊接作業應及時跟進。三條桁架在地面分別完成組裝及檢驗，在復核安裝標高及尺寸后，進行逐條吊裝就位。

6 結語

此次國內某鋼鐵企業2000m3高爐電梯工程項目，受高爐出鐵場和重力除塵器的影響，（此處去掉“電梯井筒的位置距高爐爐頂平臺最大距離達到43.2m，而且電梯井筒高度達到了69.32m。另外由于”）電梯井筒和桁架結構尺寸超寬、超長，無法從工廠運輸到現場，只能采取工廠分體制作，運到現場拼裝的方法制作和安裝，而高爐電梯井筒和桁架的制作精度要求較高，因此該工程項目實施難度很大。

通過對2000m3高爐現場環境條件以及工程實施難點問題的研究，本文有針對性地制定了電梯井筒和桁架的主要施工流程和方法，對鋼結構件的制作和安裝提出了具體要求，并制定了該工程的施工步驟及關鍵點把控措施。實踐證明，此次高爐電梯項目所制定施工流程和方法是成功可行的，電梯井筒和桁架的制作、安裝質量和精度完全達到了設計規范要求。這為今后類似投產后高爐增設電梯工程提供了有益的借鑒。