超大型雙曲線間接空冷塔施工技術(shù)研究與應(yīng)用

李成寶，李 彬

（中國電建集團山東電力建設(shè)第一工程有限公司，山東 濟南 250102）

間接空冷塔（以下簡稱間冷塔）間冷塔是火力發(fā)電廠標志性的構(gòu)筑物之一，其形狀復(fù)雜、塔高壁薄，施工難度大。存在如下施工難題：高聳雙曲線筒壁混凝土如何實現(xiàn)連續(xù)性澆筑；雙截面雙向傾斜的“X”形支柱支撐架是否滿足施工要求；筒身雙曲線順滑度如何保證等。針對以上難點，中國電建集團山東電力建設(shè)第一工程有限公司成立了“超大型雙曲線薄壁筒體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究”攻關(guān)組，創(chuàng)新采用“X”形支柱有限元分析技術(shù)、環(huán)形軌道式混凝土布料車技術(shù)、三維激光掃描測量技術(shù)等一整套技術(shù)，總結(jié)形成了超大型雙曲線薄壁筒體結(jié)構(gòu)施工工法。

1 工程概況

以內(nèi)蒙古盛魯電廠一期項目為例，該項目間冷塔基礎(chǔ)環(huán)基中心半徑為75.526m，環(huán)基斷面尺寸為10m×2.5m，環(huán)基設(shè)計底標高為-6.5m，有48對現(xiàn)澆鋼筋混凝土“X”形支柱支撐，“X”形支柱斷面尺寸為1.2m×1.8m，“X”形支柱頂面中心標高33.124m，X柱混凝土總方量為7500m3。塔高190m，出口直徑96.366m，喉部標高142.5m，直徑92.35m，進風(fēng)口高度33.378m，進風(fēng)口直徑130.11m，下環(huán)梁壁厚為1.95m，筒壁最薄處的壁厚只有0.3m。

環(huán)基共分為16倉，采用跳倉法施工；“X”形支柱分4段施工，“X”形支柱徑向腳手架支撐體系共34排，采用有限元分析方法對支撐架安全性及穩(wěn)定性進行復(fù)核；間冷塔筒壁共計106節(jié)，采用環(huán)形軌道式電動布料車澆筑，曲線順滑度采用激光三維掃描技術(shù)進行半徑控制（同時配置SC200/200型垂直升降機及YDQ26×25-7液壓頂升平橋）。

2 主要創(chuàng)新技術(shù)方案

2.1 “X”形支柱異型空間支撐體系

（1）“X”形支柱支撐架設(shè)計。該項目間冷塔共48對“X”形支柱，腳手架設(shè)計為環(huán)形（封圈型）腳手架，按照區(qū)域設(shè)置48相同的單元，立桿徑向間距1.1m，環(huán)向間距0.94～1.225m。在每個單元的中間四跨向塔心方向繼續(xù)搭設(shè)15跨腳手架，徑向間距1.1m，環(huán)向間距0.94～0.699m，具體見圖1。

圖1 腳手架支撐系統(tǒng)平面布置圖及斷面示意圖

（2）建立有限元模型。通過使用SAP2000有限元軟件對“X”形支柱支撐腳手架進行模擬分析計算。主要對各施工段（一、二、三、四）的支撐架體整體位移和整體失穩(wěn)模態(tài)進行模擬分析。

（3）整體失穩(wěn)模態(tài)分析。所建模型通過SAP2000計算后得到整個體系的失穩(wěn)模態(tài)，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生整體失穩(wěn)。支撐體系有限元位移量及失穩(wěn)特征值示意圖見圖2。

2.2 激光三維掃描技術(shù)

（1）建立筒體三維模型。依據(jù)圖紙及設(shè)計要求，建立筒體三維模型。（2）筒體三維激光掃描。計算機與三維激光掃描儀連接，將實際測量得到的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過Cyclone軟件處理，得出三維坐標，形成空間圖形。（3）對比分析、控制半徑。通過掃描得出的曲線圖，與三維建模生成的圖形進行點位對比，利用軟件形成對比模型圖，然后重新對筒體半徑出入的部位進行調(diào)整，從而達到規(guī)范要求的標準。

2.3 環(huán)形軌道式電動布料車

該裝置由軌道系統(tǒng)和布料車系統(tǒng)組成。軌道系統(tǒng)由軌道、限位片、接頭銷、掛墻件等4部分組成。布料車系統(tǒng)由蓄電池、電動機、驅(qū)動輪、從動輪、動力控制手柄、車架、電動智能閘門控制器等構(gòu)件組成。環(huán)形軌道式布料車及軌道圖見圖3。

工作原理：多輛布料車裝料完畢，轉(zhuǎn)動布料車電動把手使布料車沿軌道前進，待前進至需布料位置，按下出料槽控制手動閥開關(guān)，將出料槽閘門開啟，進行布料，布料完畢，按下出料槽手動閥開關(guān)，關(guān)閉閘門，然后行駛小車沿同一方向至裝料位置，如此循環(huán)作業(yè)直至完成施工作業(yè)。

圖2 支撐體系有限元位移量及失穩(wěn)特征值示意圖

圖3 環(huán)形軌道式布料車及軌道圖

3 效益分析

3.1 “X”形支柱支撐架設(shè)計對比情況

采用有限元分析技術(shù)，能夠更為科學(xué)、直觀地了解支撐架穩(wěn)定及安全性，保證了“X”形支柱支撐架的承載安全性，驗證分析了整體承載力和穩(wěn)定性，保證了施工安全。

3.2 筒壁測量方式的對比情況

該項目采用的激光掃描測量技術(shù)，提出了大型雙曲線空間結(jié)構(gòu)的準確測量方法，提高了筒體結(jié)構(gòu)的準確度，有效避免了傳統(tǒng)人工拉尺受外界干擾誤差大的問題，將筒壁尺寸復(fù)核的時間由1h縮短至20min，同時保證了筒體雙曲線的順滑度，確保外觀質(zhì)量優(yōu)良。

3.3 筒壁混凝土澆筑方式的對比情況

采用該技術(shù)后，使用環(huán)形軌道式布料車代替人工推車，筒壁施工工期減少28d，施工所需勞動力平均減少20人，提高了混凝土澆筑效率，有效保證了施工安全，提升了筒壁施工效率，保證了筒壁混凝土的施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

間冷塔作為火力發(fā)電廠標志性的構(gòu)筑物之一，其施工方法和施工工藝一直受到社會各界的關(guān)注，如何在保證安全施工的前提下，提高施工質(zhì)量成為間冷塔施工亟待解決的問題。而超大型雙曲線薄壁筒體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)運用先進的施工技術(shù)及科技工具，縮短了施工周期，降低了安全風(fēng)險，提高了施工效率，對保障施工安全、降低施工成本等具有重大影響，其市場推廣前景巨大。