西北地區供熱工程超高煙囪內外筒施工技術

程冬

（中鐵二局集團建筑有限公司，四川 成都 610031）

煙囪通過煙囪效應將鍋爐產生的煙霧、熱煙氣輸送到設計高度的大氣中進行物擴散以減少對周圍環境的影響。目前中國最高的煙囪是山西神頭二電廠270 m的煙囪，世界上最高的煙囪是哈薩克斯坦的GRES-2發電站420 m 的煙囪。

1 工程概況

天水市藉口鎮集中供熱工程煙囪位于天水市秦州區藉口鎮五十鋪村北部。煙囪設計為內外雙筒，內筒為100 m 高的單管鋼內筒，外筒為95 m 高的圓形鋼筋混凝土結構，基礎為樁基+承臺+環壁，上口徑為7.4 m，下口徑為10.5 m，壁厚200～350 mm，內設3 層鋼平臺，標高為36 m、65 m、93 m，其中93 m 平臺為屋面防雨平臺。內筒直徑4 000 mm，采用Q235B+TA2鈦鋼復合板，厚度為14.0 mm+1.2 mm=15.2 mm?；A混凝土為C30，抗滲等級P8，筒身混凝土為C40。

2 鋼筋混凝土外筒施工

2.1 翻模裝置簡介

2.1.1 液壓提升翻模施工工藝概述

鋼筋混凝土外筒體采用液壓提升施工平臺翻模施工工藝，平臺提升采用液壓千斤頂，其中心穿支承桿。在液壓動力作用下，千斤頂沿支承桿爬升，帶動操作平臺上升，平臺承受全部施工荷載。

2.1.2 平臺提升系統

平臺提升系統由液壓提升系統、鼓圈、提升架、輻射梁、平臺起拱拉桿、吊架、支承桿、防護等組成。液壓提升系統由16 臺液壓千斤頂和油管組成。平臺外側一圈用鋼管搭設1.8 m 高的臨邊防護欄桿，操作平臺滿鋪腳手板，設擋腳板，欄桿外側滿掛密目網[1-4]，提升平臺如圖1 所示，平臺提升架如圖2 所示。

圖1 提升平臺（主體結構完成，臨邊防護已拆除）

圖2 平臺提升架

2.1.3 調徑裝置

調徑裝置控制煙囪直徑變化，共設置16 套手動調徑裝置，安裝在輻射梁上，具體如圖3 所示。

圖3 手動調徑裝置

2.1.4 垂直運輸系統

垂直運輸系統由一臺質量為5 t 的雙筒卷揚機和2 臺質量為3 t 的單筒卷揚機組成，如圖4 所示。

圖4 垂直運輸設備

2.1.5 模板

外側模板：用2.7 mm 厚、尺寸為1 500 mm×1 700 mm 的鋼板加工制作。

內側模板：用2.7 mm 厚、尺寸為1 700 mm×650 mm 的鋼板加工制作。

2.2 翻模裝置安裝

2.2.1 安裝輻射梁

首模鋼筋綁扎完成后搭設平臺，沿筒壁周長16 等分，確定16 榀輻射梁的位置，先安裝中心鼓圈，再安裝輻射梁。輻射梁安裝完成后，組裝焊接內環梁、外環梁及平臺下懸斜拉桿。輻射梁安裝時對稱進行，使鼓筒受力均勻，保持中心穩定。輻射梁安裝如圖5 所示。

圖5 輻射梁安裝

2.2.2 安裝懸索拉桿

輻射梁安裝完成后及時安裝下弦懸索拉桿，每道輻射梁下設1 根懸索拉桿（Φ16 mm），共16 根，對稱安裝，組裝好后將平臺按1/500 起拱。沿圓周方向分別依次安裝內外吊架、平臺環梁、拉桿平臺鋪板、平臺腳手板、調整提升架、布置千斤頂、插提升桿、安裝收分螺絲。

2.2.3 井架、天輪、井架安裝

收緊斜拉桿后，在中心鼓圈上安裝隨升井架、井架四面斜拉撐及井架頂部天輪裝置。

將井架底盤安裝在中心鼓圈上后逐步安裝井架沖天角鋼、斜桿角鋼、平桿角鋼，最后安裝井架壓頂槽鋼。將天輪、導索輪的鋼梁安裝在壓頂槽鋼上，天輪布置在鋼梁上方，導索輪掛在鋼梁下方。將井架布置在頂部，將4 根斜撐桿（108 mm×6 mm 無縫鋼管）焊接在外平臺鋼圈輻射梁上。井架安裝如圖6 所示[5-9]。

圖6 井架安裝

2.2.4 扒桿安裝

扒桿長9 m，用133 mm×8 mm 的無縫鋼管制作，將它用螺栓與支座鋼梁和二道輻射梁連接。扒桿變幅通過安裝在井架立柱旁的一臺0.5 t 卷揚機實現。

2.2.5 控制臺調試

在控制臺內加入過濾后的N46＃液壓油對控制臺加壓，同時對千斤頂排氣?？刂婆_主要技術指標為：額定工作壓力為8 MPa，最高壓力（瞬時）為10 MPa。試壓合格后插入支承桿，排完空氣后，將控制臺加壓，觀察各千斤頂工作是否正常、油路聯連點是否密封良好。

2.2.6 卷揚機的安裝

卷揚機是煙囪施工垂直運輸的動力系統，其安裝位置距煙囪30 m，四周搭設2 m 高的防護圍欄，底座現澆1.2 m×1.2 m×1 m 的混凝土基礎，通過預埋螺紋鋼固定卷揚機，設置后拉地錨。卷揚機滾筒安裝防護鋼絲繩滑軌裝置、卷揚機斷繩保護裝置、上下限位裝置及行程警示器等安全保護裝置。

2.3 翻模施工

2.3.1 外筒施工工藝流程

外筒施工工藝流程如圖7 所示[10-11]。

圖7 工藝流程圖

2.3.2 鋼筋施工

筒壁為雙排鋼筋，綁扎鋼筋時，先綁扎豎向鋼筋后綁扎環向鋼筋。

2.3.3 模板施工

2.3.3.1 外模

外模用倒鏈進行安裝，并臨時固定，人工調定位，下端與已澆筑混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm鋼筋與筒壁環向水平鋼筋相焊接，外模調整定位并加固完畢后卸下懸掛模板的倒鏈，待拆模時重新懸掛倒鏈拆模。每節模板設15 道8 mm 的鋼絲繩緊固。外模緊固，縫隙堵嚴，防止漲模和漏漿，如圖8 所示。

圖8 模板鋼絲繩緊固

2.3.3.2 內模

提升內模，人工調整定位，下端與混凝土筒壁搭接100 mm，上端用Φ12 mm 鋼筋與筒壁環向水平鋼筋相焊接，確認臨時固定完畢后，按照上述步驟吊裝下一塊模板，所有內模安裝完畢后按照筒壁內徑尺寸調整加固。

內外模安裝后的中心與煙囪幾何中心的誤差不超過5 mm，質量控制如表1 所示。

2.3.4 混凝土施工

2.3.4.1 混凝土澆筑

混凝土等級為C40，采用商品混凝土，其配合比滿足要求，并報監理批準。0～30 m 內采用汽車泵送，30～95 m 用軌道水平運輸和卷揚機垂直運輸混凝土進行澆筑，如圖9 所示。

圖9 泵送及軌道水平運輸混凝土

混凝土澆筑前，對已澆筑的混凝土面進行清理、潤濕，鋪20～30 mm 厚與C40 混凝土漿同成分的水泥砂漿層。澆筑從一處開始分左右兩側沿筒周均勻地分層進行，兩側會合后，再反向澆筑，如此不斷分層進行，如圖10 所示。

圖10 分層澆筑混凝土

分層澆筑分層振搗，振搗時不得觸碰鋼筋和模板，如圖11 所示。

圖11 分層振搗

2.3.4.2 混凝土養護、拆模

混凝土澆筑后涂刷養護液進行養護。

混凝土澆筑完成后，將16 個提升器支架配套的16 個倒鏈安裝在平臺提升架上，待砼達到拆模強度后（≥2.5 MPa），先用倒鏈吊鉤住模板，再松開緊線鉗及鋼絲繩，用倒鏈提升拆除模板。

2.3.5 液壓平臺提升

正常提升前先進行初提。初提時，進行1～2 個千斤頂行程的提升，并對翻模裝置和混凝土進行全面檢查，確定正常后，轉為正常提升。

2.3.6 翻模施工操作要點

提升前，由專人負責檢查內、外腳手架是否與模板連接、掛靠，并確認無誤。在操作臺內環梁上環十字線方向設4 個等距離的控制點控制偏移方向和偏移量，提升過程中支承桿必須焊接牢固。

不得將鋼筋、支承桿等積壓在操作臺上，以減少操作臺的施工荷載。液壓平臺的爬升支承桿支頭必須相互錯開。

2.4 施工平臺拆除

2.4.1 拆除前準備工作

拆除前準備工作如下：①筒身結構和93 m 平臺、筒壁內側環形鋼梯及豎梯施工完成。②編制拆除方案，并審批完成。③確定拆除的專業隊伍，并經過技術培訓與交底。④拆除中使用的垂直運輸設備和機具必須檢查合格。⑤檢查并確認各支撐點預埋件牢固情況，確認人員上下通道安全可靠。⑥拆除周圍設置為危險標志，按煙囪高度1/10 范圍設置危險警戒區域，且安全區域不小于25 m。

2.4.2 平臺拆除工序

第一階段拆除順序：安全網→提升架→內外吊架腳手板→平臺板→外環梁→輻射梁→刷漆→拆除扒桿→井架→鼓圈→施工電纜線→門架。

第二階段拆除順序：配電箱及電纜→起重鋼繩→滑道鋼繩支撐斜桿→臨時平臺板。

3 鈦鋼復合板內筒施工

3.1 施工部署

采用“液壓提升倒裝法” 施工工藝逐節完成鈦鋼內筒的安裝。每節鋼內筒高2 m，按鋼內筒周長的1/2均分為2 塊板，每塊板經加工卷制、防腐完成后運至現場，依次完成各筒節組對、焊接、驗收及提升作業。

3.2 工藝流程

工藝流程如下：采購鈦鋼復合板生產→運至施工現場→現場聯合驗收→鈦鋼板卷制加工→液壓提升裝置安裝及調試→鈦鋼復合板轉運至安裝軌道車→（每節2 m）鋼內筒拼裝、焊接、提升及保溫→分節循環施工直至新鋼內筒主體到頂→液壓提升裝置拆除→內外煙道及煙道接口安裝→導流板安裝→止晃點安裝[12-14]。

3.2.1 材料檢驗

鈦鋼復合板的驗收工作在卷板施工前進行，每張鈦鋼復合板均由建設單位、監理單位、施工單位共同參與驗收。

3.2.2 排版放樣

根據來料的寬度及長度排版放樣，筒體鋼板按2 m高/節設計。

3.2.3 鋼內筒預制

工藝流程：卷板→除銹及涂裝→驗收及堆放。

鈦復合鋼板的切割和坡口加工一般采用機械法[15-17]，質量控制如表2 所示。

表2 鈦復合鋼板加工質量控制表

用三棍卷板機進行鏟頭和卷圓，卷制成弦長1.5 m的內卡樣板檢查曲率，其間隙小于等于3 mm；卷制后按位號依次安放，便于安裝吊運。卷板半成品如圖12所示。

圖12 卷板半成品

除銹及涂裝：驗收合格后進行表面處理。除銹前清除干凈鋼材表面的毛刺、焊瘤、飛濺物、灰塵和積垢、油污、油脂等。②除銹等級為St2.0，除銹表面的粗糙度控制在40 μm 左右。③用毛刷等工具清掃，或用干凈的壓縮氣吹凈銹塵和殘余的磨料。④除銹后12 h 內（并且不得過夜）噴涂底漆。涂裝后的卷板半成品如圖13 所示。

圖13 涂裝后的卷板半成品

驗收及堆放：涂刷底漆后的構件及板材經檢測質量合格后，編號運輸存放。構件存放時應防止構件變形和腐蝕。

3.2.4 水平運輸

卷制好的鋼板用平板車轉運至煙囪0 m 層施工洞口，吊車將鋼板轉運到水平運輸軌道車上，由軌道車轉運至煙囪室內，通過液壓提升裝置配合進行組對、焊接。鋼板場內運輸如圖14 所示，門洞處鋼板運輸軌道及小車如圖15 所示。

圖14 鋼板場內運輸

圖15 門洞處鋼板運輸軌道及小車

3.2.5 筒體組對鉚焊

在臨時支撐平臺上完成組對焊接，筒體鉚焊點間距不大于200 mm，組對間隙為0～2 mm。

3.2.6 筒體焊接

采用氬弧焊打底、手工電弧焊和二氧化碳保護焊填充及蓋面的焊接方法，控制焊接熱輸入、焊接變形和層間溫度。背面焊接坡口如圖16 所示。

圖16 背面焊接坡口

定位焊采用手工電弧焊及二氧化碳保護焊。定位焊后檢查裝配間隙、錯邊量及定位焊縫質量，對拼接處間隙為0～2 mm，基層定位焊縫的間距為200～300 mm，每段定位焊縫長度為10～15 mm。

基層焊接時第一道采用氬弧焊打底，第二道采用二氧化碳保護焊填充，第三道采用手工電弧焊蓋面。焊接參數如表3 所示。

表3 Q235B 鋼板焊接參數

焊接檢驗：檢驗焊縫外觀，應符合DLT 678—2013標準規定。

鈦鋼復合板焊接步驟如下：①焊前準備。根據設計圖選用坡口形式和尺寸。采用機械加工的直邊坡口，加工后的坡口表面應平整、光滑，不得有裂縫、分層、等缺陷，坡口表面呈銀白色光澤。按鈦制焊接容器附錄A “鈦容器焊工考試規則” 對焊工進行測試。按鈦制焊接容器附錄B “鈦容器焊接工藝評定” 進行工藝評定并制定焊接工藝卡。焊絲符合鈦制焊接容器附錄D“壓力容器用鈦及鈦合金焊絲” 的要求。焊接設備具有高頻引弧、保護氣體控制功能。清除焊口兩側50 mm范圍內油污及氧化層。②焊接方法確定。鈦板之間的焊接采用非熔化極鎢極氣體保護焊（TⅠG 焊）。③鈦焊縫質量檢驗。委托具有檢驗資質的第三方檢測，并出具檢驗報告。在外觀檢查合格的條件下，鈦復層焊縫按JB4730《壓力容器無損檢測》一類焊縫標準進行100%的滲透檢測。鈦焊縫質量符合GBT 13149—2009《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術要求》，主要檢驗標準包括焊縫外形尺寸符合設計圖樣要求；焊縫成型均勻、致密、平滑地向母材過渡，不應有裂紋、未熔合及超出規定的咬邊、氣孔、夾渣、弧坑等質量缺陷；鈦焊縫表面不允許存在深度大于等于0.5 mm 的劃傷。

非熔化極鎢極氣體保護焊（TⅠG 焊）工藝參數如表4 所示。

表4 非熔化極鎢極氣體保護焊（TIG 焊）工藝參數

3.3 鋼內筒液壓提升安裝

3.3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：液壓提升裝置安裝（在93 m處平臺均勻布置4 臺200 t 千斤頂）→36 m 檢修平臺上安裝卷揚機及倒鏈→分片組裝至2 節筒節（4 m 高）→安裝第3 節筒節→第1—3 節筒節向上提升2 m→安裝第4 節筒→將1—4 節筒節向上提升2 m→按前述循環安裝直至筒體全部提升到位→液壓提升裝置拆除→煙道及防雨罩安裝→導流板安裝→止晃點安裝。

3.3.2 操作流程及方法

操作流程及方法如下：①初始段安裝。將4 塊弧形筒片吊運至提升平臺下面，并平移到預定位置。將預定位置的4 塊筒片每2 塊組對成一節筒節，將組對后的2 節筒節合圍在初始段外圈，焊接相鄰筒片間的豎縫，留下最后一節豎縫待焊接，在其兩側分別焊上2 對鎖具錨板，并收緊相鄰的2 塊筒片，使接縫密貼。②檢查筒體周圍，清除可能影響其提升的障礙物。③在嚴密的監視與控制下，使千斤頂活動端徐徐上升帶動筒節向上提升。④當提升高度已超過合圍在外圈的筒片頂端10～20 mm 時，穩定筒片。⑤使后續筒節的最后一豎縫密貼并焊接。焊接完畢后拆除倒鏈，割去鎖具錨板，將焊接處打磨光滑。⑥緩慢放下液壓千斤頂，使它與后續筒節相靠攏，組焊兩節的對接環縫。⑦放下液壓千斤頂，將鋼內筒置于支撐鋼梁上。⑧進行本段加勁環焊接、防腐保溫施工、焊接檢測[18-19]。重復以上工序，進行下一筒節安裝。

不斷重復上述過程，依次安裝后續筒節，直至全部筒節安裝完畢，提升完成后，拆除提升設備、清理作業場地。

3.4 垂直導向措施

為保證鋼內筒提升過程中筒體的垂直度，在煙囪各層止晃鋼結構平臺上對稱安裝導向輪。安裝在煙囪頂部的5 t 卷揚機作豎向牽引，減少筒的晃動。

3.5 筒體加勁環及止晃點加勁環安裝

對各標高層的加勁環和各止晃點加勁環同時定位焊接。

3.6 鋼內筒保溫及防腐（面漆及焊縫處補刷油漆）

鋼內筒筒體面漆、焊縫處補漆、筒體保溫工作與鋼內筒提升同步施工，如圖17 所示。

圖17 鋼內筒防腐保溫與內筒同步施工

3.7 排煙內筒的煙道口開孔

排煙內筒固定后，在排煙內筒煙道接口處搭設腳手架操作平臺，用于煙道開口。開孔時先粗糙開孔（孔截面尺寸需比煙道設計截面尺寸?。?，孔大致成型后，再精確開孔。

4 結束語

項目在煙囪建設方面也積累了豐富的經驗，并取得了較好社會效益和經濟效益，這就要求基礎建設與時代要求緊密融合。項目只有通過高標準的質量要求、嚴格的施工管理、精細的施工策劃、全面的成本管理、全新的環保理念和控制、嚴苛的安全要求與管控，才能高效、優質、安全地實現工期、安全、質量、效益、環保目標，才能緊跟時代的步伐。