淺析電動(dòng)提升系統(tǒng)在大直徑混凝土煙囪施工中的應(yīng)用

楊 仕 儒

(山西宏廈建筑工程第三有限公司，山西 陽(yáng)泉 045008)

1 研究背景

陽(yáng)煤西上莊2×660 MW低熱值煤熱電項(xiàng)目煙筒工程，煙囪高度為240 m，外筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為235 m。內(nèi)套筒為吊掛式雙鋼內(nèi)筒，高度為240 m。外筒壁零米外半徑15.125 m，出口外半徑9.85 m。

目前大直徑煙囪越來(lái)越普遍，施工安全防護(hù)越來(lái)越要求高，煙囪高空作業(yè)在全封閉大平臺(tái)內(nèi)作業(yè)形成趨勢(shì)，過(guò)去常規(guī)輻射梁+鼓圈平臺(tái)或三角架翻板系統(tǒng)不能滿足大直徑煙囪施工需要，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用更為先進(jìn)的工藝技術(shù)，保障和實(shí)現(xiàn)施工安全成為了必要。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 工藝特點(diǎn)

本工藝技術(shù)是采取輻射梁桁架+鼓圈+斜拉索方式整體空間結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電動(dòng)提升平臺(tái)系統(tǒng)，具有自重輕、作業(yè)便利、施工速度快、平臺(tái)承載安全儲(chǔ)備大等特點(diǎn)，通過(guò)改變桁架高度及加大懸索直徑可滿足煙囪大跨度作業(yè)平臺(tái)施工要求，安全防護(hù)可實(shí)現(xiàn)雙層鋪板、多道防護(hù)(見(jiàn)圖1)。煙囪施工后期借鑒滑模將操作平臺(tái)改裝為措施平臺(tái)，采取整體降平臺(tái)的施工工藝，一改以往滯空時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性較大的高空拆解方式，保障了施工安全。

2.2 電動(dòng)提升裝置組成與設(shè)計(jì)

1)操作平臺(tái)：本工程操作平臺(tái)為鋼結(jié)構(gòu)桁架型式(見(jiàn)圖2)，共24榀，桁架最外側(cè)斜拉桿為直徑21.5鋼絲繩，鋼桁架高度2.3 m，輻射梁長(zhǎng)度為12.5 m，(上弦)為2根22號(hào)槽鋼背靠背，桁架下弦為單根22號(hào)槽鋼，腹桿(壓桿、拉桿)均為直徑108×5無(wú)縫鋼管，節(jié)點(diǎn)鋼板為10厚，24榀桁架通過(guò)中心剛性鼓圈連接成整體，中心鼓圈直徑8.4 m，上弦鋼圈為兩道25號(hào)槽鋼煨彎，下弦鋼圈為兩道20號(hào)槽鋼煨彎，上弦鋼圈內(nèi)部通過(guò)鋼梁加固。桁架之間通過(guò)環(huán)形鋼圈(14號(hào)槽鋼間距2 m)連成整體，后期作為措施平臺(tái)使用。本平臺(tái)整體承載能力經(jīng)過(guò)太原理工大學(xué)土木工程系力學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室做應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)，荷載檢測(cè)滿足施工最大負(fù)荷要求，安全儲(chǔ)備良好，通過(guò)電阻應(yīng)變檢測(cè)桿件應(yīng)力均遠(yuǎn)小于規(guī)范允許應(yīng)力(最小35，最大133)，整體空間結(jié)構(gòu)具有良好的整體剛度。

2)電動(dòng)提升系統(tǒng)：本工程電動(dòng)提升系統(tǒng)由24臺(tái)頂升爬架電機(jī)、軌道組成。爬架頂升裝置有：絲桿、螺母、電機(jī)、擺線針輪減速機(jī)等組成。爬行軌道裝置有爬軌、24 mm高強(qiáng)度螺栓、方行銷軸、剪力套、固定模板等。軌道模板緊貼于混凝土施工模板互為整體，用高強(qiáng)度雙頭螺栓和壁內(nèi)模板固定。頂升系統(tǒng)為直徑63 mm的絲杠螺母副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。頂升電機(jī)安裝在提升架上，爬升軌道上有固定孔。在混凝土澆筑至模板頂口位置后，先將頂升小車爬行至模板頂，用方形銷軸將小車和爬升軌道穿銷固定，然后再提升操作平臺(tái)及操作架，將底層模板拆除向上倒模、綁筋、澆筑混凝土，周而復(fù)始。

3)內(nèi)外操作架：電動(dòng)提升系統(tǒng)在煙囪筒外側(cè)設(shè)置4層操作平臺(tái)，煙囪內(nèi)側(cè)設(shè)2層吊掛操作平臺(tái)，在煙囪外側(cè)布置有軌道模板、操作架，上鋪50 mm厚木板。外操作架6.7 m×1.2 m，[25槽鋼制作而成，下方設(shè)置頂墻滾輪，以保證平穩(wěn)頂升。外架共4層操作層(最下一層為吊架，作為堵洞及修整面層處理收分接茬等作業(yè)，人員操作必須掛安全繩)，采用附著在筒壁上的電動(dòng)提升架帶動(dòng)外操作架上升，操作架和提升架互為滑道通過(guò)螺桿正反轉(zhuǎn)交錯(cuò)上升，固定支點(diǎn)均為筒壁上的穿墻螺栓及剪力環(huán)。內(nèi)操作架為吊桿掛架，利用輻射梁做掛點(diǎn)，隨煙囪施工向內(nèi)收分。4層平臺(tái)走道為50 mm厚木板，走道護(hù)身欄桿高1.5 m，用φ28鋼管制作，每間隔0.4 m設(shè)一道橫桿。操作平臺(tái)欄桿施工：安全圍護(hù)欄桿高度1.5 m，立桿為φ28×3 mm鋼管，水平欄桿用φ12鋼筋組成，豎桿間距1 000 mm，水平連桿豎向4排。

4)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)：采用SC200/200多功能施工升降機(jī)，由吊籠、傳動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、混凝土上料系統(tǒng)、鋼筋運(yùn)送系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng)、附著系統(tǒng)、電纜運(yùn)行及保護(hù)系統(tǒng)和安全裝置等幾大部分組成。能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，同時(shí)運(yùn)送施工人員、混凝土、鋼筋等。

2.3 工藝原理

電動(dòng)提升架原理是由錨固裝置固定在筒壁外圍，24榀操作架沿筒壁均布。錨固裝置由剪力環(huán)、對(duì)拉螺栓、銷軸和軌道組成，提升操作架時(shí)由銷軸(60 mm×80 mm)固定在軌道上。其間由一個(gè)減速電機(jī)配合絲杠、螺母連接控制正反轉(zhuǎn)，起到頂升行程目的。提升架的滾輪嵌套在操作架滑道內(nèi)，當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過(guò)絲杠反轉(zhuǎn)，以操作架為基點(diǎn)提升架上升1.5 m進(jìn)行錨固。當(dāng)電機(jī)絲杠正轉(zhuǎn)時(shí)，由絲杠使操作架上的螺母受力，帶動(dòng)提升架為基點(diǎn)操作架上升1.5 m錨固，如此完成一個(gè)行程。

電動(dòng)提升系統(tǒng)通過(guò)24個(gè)同步電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的提升，集中了倒模施工與滑模施工的優(yōu)點(diǎn)，為操作人員提供了一個(gè)良好的工作環(huán)境，并且把整個(gè)施工部位形成一個(gè)整體，增強(qiáng)了安全性、穩(wěn)定性，消除了滑模施工中的扭轉(zhuǎn)、拉痕、中心漂移等通病。

2.4 施工流程

筒壁施工電動(dòng)提升+翻模，每節(jié)施工程序敘述如下：模板系統(tǒng)拆除→堵螺栓孔→鋼筋綁扎→模板安裝→模板加固找正→翻走踏板和吊欄→澆筑混凝土→提升系統(tǒng)升架→混凝土養(yǎng)護(hù)→多功能施工升降機(jī)安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→完成一個(gè)循環(huán)。

電動(dòng)提升系統(tǒng)在筒身翻模施工到9 m時(shí)開(kāi)始組裝。其組裝順序?yàn)椋很壍滥０灏惭b→中心鼓圈支撐腳手架搭設(shè)→操作架、提升架、電動(dòng)提升裝置地面組裝后安裝到位→安裝中心鼓圈→平臺(tái)輻射梁安裝→平臺(tái)連接鋼圈安裝→鋪平臺(tái)腳手板→斜拉索安裝→電氣系統(tǒng)安裝→支撐中心鼓圈腳手架拆除→調(diào)試→荷載試驗(yàn)→驗(yàn)收使用。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

工地現(xiàn)場(chǎng)成立了BIM建模小組，應(yīng)用Revit，Naviswork，F(xiàn)uzor，lumion等BIM相關(guān)軟件，對(duì)本工程的電動(dòng)提升系統(tǒng)及平臺(tái)的提升支架、輻射梁、鼓圈、導(dǎo)軌、附墻裝置、扒桿、升降機(jī)等構(gòu)件等分門別類建立簇庫(kù)，生成各類平面、斷面、三維效果圖等，能對(duì)整個(gè)電動(dòng)提升系統(tǒng)及平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行直觀的動(dòng)畫(huà)演示，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的三維可視化施工模擬和技術(shù)交底。

3.1 煙囪整體漫游效果展示

煙囪整體效果展示見(jiàn)圖3。

3.2 施工操作架漫游展示

外部效果、內(nèi)部效果、仿人員視角漫游、外架、內(nèi)架等。

3.3 桁架及平臺(tái)安裝流程演示

煙囪壁施工至9 m后將操作外架整體吊裝至模板爬升導(dǎo)軌內(nèi)→使用鋼銷將操作架固定在模板導(dǎo)軌上→將桁架平臺(tái)整體吊裝至操作架上并安裝電動(dòng)爬升裝置→組裝完成(如圖4所示)。

3.4 施工及防護(hù)設(shè)施安裝演示

敷設(shè)桁架上部鋪設(shè)腳手板→各層操作架上鋪設(shè)腳手板→安裝鋼筋護(hù)欄→外側(cè)掛密目網(wǎng)封閉。

3.5 爬升原理演示

拆除最下層模板→將模板提升至最上層并安裝模板導(dǎo)軌→澆筑混凝土→拔出小門架固定銷→啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠將小門架向上提升→插入銷將小門架固定→啟動(dòng)電機(jī)倒轉(zhuǎn)絲杠，將操作架及平臺(tái)向上提升→插入操作架固定銷→綁扎鋼筋→拆除下層模板及導(dǎo)軌→將模板導(dǎo)軌提升至上層安裝→澆筑混凝土→一次提升流程完成。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取電動(dòng)提升模板系統(tǒng)及平臺(tái)工藝，保障了大直徑混凝土煙囪的施工安全和質(zhì)量。本工程已實(shí)踐證明，該工藝大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率，進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值很高。但下一步應(yīng)用于不同類型結(jié)構(gòu)的其他構(gòu)筑物施工時(shí)，仍有待于我們?cè)趯?shí)踐中不斷完善和提高。

[1] 陳 榮.電動(dòng)提升模技術(shù)在煙囪施工中的應(yīng)用[J].大眾科技,2006(3):77.

[2] 周富良.BIM技術(shù)在高大模板支架設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].四川建筑，2016,2(36):1.