選煤廠鋼結構廠房模塊化施工技術

選煤廠鋼結構廠房模塊化施工技術1.前言近年來，為加快工程建設速度，大型選煤廠各單位工程主體結構采用鋼結構越來越普遍，針對鋼結構構件制作精度高、安裝工程量大、施工工期要求短等特點，建筑安裝工程集團有限公司和第九十二工程有限公司共同成立了課題組，開展鋼結構廠房模塊化施工技術研究，經(jīng)過工程實踐，不斷改進，總結出《選煤廠鋼結構廠房模塊化施工技術》，其關鍵技術為：采用地面預拼裝——整體吊裝的模塊化施工技術，通過模塊鋼結構科學拆分、地面預拼裝減少了大量的高處作業(yè)，減少了惡劣天氣的影響，縮短了工期，確保了質量和安全。與傳統(tǒng)的施工工藝相比，在改善作業(yè)人員工作環(huán)境、節(jié)能環(huán)保、降本增效等方面優(yōu)勢明顯。該技術關鍵技術經(jīng)煤炭信息研究院查新表明，國內未見與本技術關鍵技術查新點綜合研究內容相同的采用分段立體式模塊以框架單元地面、低空組裝、多個框架單元同時進行地面組裝的有關模塊式選煤廠施工新工藝研究的文獻報道。該技術關鍵技術于2014年4月通過中國煤炭建設協(xié)會科技成果鑒定，達到國內同類工程施工領先水平，同年該技術成果獲得中國施工企業(yè)管理協(xié)會科學技術獎科技創(chuàng)新成果二等獎，其中“鋼結構吊耳”獲得了實用新型專利（ZL201120258317.7）。該技術先后在蒙古國能源資源公司的UHG洗煤廠、平朔木瓜界選煤廠、伊泰凱達煤礦安裝工程中成功應用，在施工過程中，高效地利用了施工資源，提高了施工效率，縮短了工期，確保了施工質量和安全，節(jié)約了施工成本，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。2.技術特點2.1通過分段立體式地面組裝整體吊裝，減少了散裝大型鋼結構高處組裝測量時受風載荷和溫度而引起的測量誤差，使測量調整等工序的操作條件大為改善，有利于安裝質量的控制和提高。2.2工程施工過程中，研制了一種能夠吊掛在鋼結構上的吊耳，該鋼結構專用吊裝工具，制作簡單，省時省力，提高效率，節(jié)約成本。2.3施工過程中應用Navisworks軟件，建立鋼結構廠房施工組織立體模型，實現(xiàn)施工過程的預控制。2.4通過該施工技術綜合應用，解決了選煤廠鋼結構廠房模塊化施工技術難題，為同類工程施工提供了技術借鑒。3.適用范圍本技術適用于選煤廠鋼結構廠房或其他鋼結構廠房施工。4.工藝原理根據(jù)設計圖紙和現(xiàn)場吊車性能參數(shù)，利用計算機軟件立體建模，直觀分析，科學合理劃分施工模塊，并對各模塊按照安裝先后順序進行編號，在地面對分好組的各模塊單元按照順序進行預拼裝，再對拼裝好的單元模塊按照方案進行整體吊裝，最后進行鋼結構模塊整體找正和層間設備、管道等的安裝。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程選煤廠鋼結構廠房模塊化施工工藝流程見圖5.1-1。圖5.1-1選煤廠鋼結構廠房模塊化施工工藝流程5.2操作要點5.2.1施工準備根據(jù)現(xiàn)場實際情況及吊車性能參數(shù)，確定預拼裝場地，一般為方便吊裝，廠房橫向兩側為吊車位置，拼裝場地以就近吊車作業(yè)范圍為界，組裝完成后，吊車不用移動可直接吊裝，可大大提高施工效率。5.2.2鋼結構分組根據(jù)現(xiàn)場大型吊車參數(shù)，結合設計圖紙，以我單位施工的蒙古國UHG選煤廠為例（如圖5.2.2-1），考慮各模塊內主要設備吊裝安裝技術方案及措施，把模塊鋼結構進行分組，所有模塊單元劃分為24組，單組最重28t。單元分組情況見表5.2.2-1表5.2.2-1各模塊單元劃分表平面縱向橫向備注一層（輸送機層）AB軸1-3軸3-5軸5-6軸二層（離心機層）AB軸1-3軸3-6軸BCD軸1-3軸3-4軸4-6軸三層（篩子層）AB軸1-2軸2-4軸4-6軸BC軸1-4軸4-6軸CD軸1-3軸3-6軸四層（旋流器層）ABC軸1-2軸5-6軸BC軸2-5軸CD軸1-2軸5-6軸五層（給料層）AB軸1-2軸5-6軸BCD軸1-2軸5-6軸圖5.2.2-1模塊式主廠房5.2.3鋼結構預拼裝對分組的鋼結構進行預拼裝（如圖5.2.3-1），對所有模塊按吊裝先后進行排序，在預裝場地使用小型吊車同時對多個模塊單元進行預組裝，惡劣的環(huán)境對鋼結構的預拼裝工作影響較小，地面預拼裝工作安全風險較低，現(xiàn)場安全風險管理在可控范圍以內。為減少模塊框架單元就位后高處臨邊作業(yè)，加強臨邊防護，在預拼裝時就將鋼結構正式防護欄桿一起組裝完成，這樣既可以保證施工安全，還可以節(jié)約施工成本。圖5.2.3-1地面預拼裝由于在吊裝過程中鋼結構受力將會變形，所以鋼結構在地面預拼裝時的尺寸控制將是施工質量控制的重點，我們主要采用了梁與梁和梁與次梁的連接核對好尺寸后對螺栓進行終緊，使螺栓的緊力達到設計要求，梁與立柱的連接核對好尺寸后對螺栓進行預緊，使螺栓的預緊力達到設計要求的50%。5.2.4鋼結構整體吊裝每一層的模塊預拼裝并完成尺寸校驗后，再進行整體吊裝，為保證施工安全，所有模塊吊裝均嚴格執(zhí)行審批后的專項吊裝方案。下面以最重模塊單元吊裝為例。ST-421EL24.60標高面（篩子層）C-D軸、1-3軸模塊單元，該模塊長14m，寬8.5m，高5.1m，重量28噸，整體吊裝采用現(xiàn)場SCC2000C液壓履帶起重機，吊鉤采用80t吊鉤（長0.548m×寬0.9m×高2.129m、重量為1.5t），吊裝鋼絲繩按0.5t計算。計算載荷：Q=K1K2（Q+q）其中：K1---動載荷系數(shù)，取1.1K2---不均衡系數(shù)，取1.2Q---被吊設備的重量q---吊具索具重量Q=1.1×1.2×（28+1.5+0.5）=39.6t起重高度為：H=H1+h1+h2其中：H1---設備所在層面標高h1---設備本身高度h2---吊索高度H=24.6+5.1+11.4=41.1m該模塊起重量為39.6t，起重高度為41.1m，回轉半徑為16m，對照吊車性能參數(shù)表，回轉半徑16m，主臂伸長61.5m，起重能力為44.2t＞39.6t；滿足吊裝要求。吊點選擇：采用六根鋼絲繩（6×37+1×19、直徑為32mm）吊裝。（如圖5.2.4-1所示）1-鋼絲繩；2-拼裝好的鋼結構模塊單元圖5.2.4-1吊點布置圖單根繩索受力：S=Qg/nsinaS----單根鋼絲繩受力KN；n----吊裝鋼絲繩分支數(shù)6；a----繩扣與水平方向夾角68°則：S==68.8KN鋼絲繩最低破斷拉力：P=S×KK----安全系數(shù)，取8則：P=550.4KN根據(jù)五金手冊查表，用6×37+1×19，d=32.5鋼絲繩，抗拉強度1700MPa時，其破斷垃圾總和為P=666.5KN＞550.4KN，滿足使用要求。吊車抗桿校核：當?shù)踯囎鳂I(yè)半徑為16m，部件提升高度為26m時，吊臂與吊裝部件中心距離為7.65m，大于吊裝部件重心距部件邊緣4.25m；吊裝過程中不會抗桿，滿足吊裝要求。1-鋼結構廠房；2-汽車起重機；3-拼裝好的鋼結構模塊單元圖5.2.4-2吊裝示意圖人員配備：起重總指揮1名，起重工2名，SCC2000C液壓履帶起重機司機1名，其他參加組裝裝人員由班組長統(tǒng)一配置。吊裝過程：組裝件正式起吊前先進行試吊，起吊時系上麻繩。先將組裝件吊離地面200mm左右，對被吊物施加晃動力，觀察無異?，F(xiàn)象。然后徐徐升鉤至組裝件底面超過其安裝標高面200mm后，麻繩牽引使組裝件緩緩轉動吊臂，使其方向符合安裝方向，按照指揮人員指揮落鉤就位，落鉤時緩慢進行。就位過程：當組裝件吊裝至其安裝標高面200mm后,組裝件在其安裝標高面的水平運輸路線要明確，施工機具要提前配置好，以防吊裝過程中由于施工機具配備不足導致人員來回跑動混亂。吊裝過程中，組裝件、立柱均與吊車主臂無抗臂現(xiàn)象。圖5.2.4-3模塊單元整體吊裝注意事項：吊裝過程中，應服從統(tǒng)一指揮，信號協(xié)調一致，指揮人員信號必須清楚明確，和吊車司機配合好。吊裝時，吊車司機要分配好方案中預定的起重重量，凡工作人員嚴禁酒后進入現(xiàn)場，嚴禁起重機司機酒后或情緒紊亂時進行作業(yè)。當遇有五級（包含5級）大風或雷雨天氣時禁止吊裝作業(yè)。成品保護措施：在吊裝過程中，組裝件必須綁扎牢固，吊車不得超噸位吊裝，組裝場地必須平整，堅固；①模塊鋼結構組裝結束并對其吊裝安裝完畢后，采用帆布進行覆蓋以防大雨及陽光對其進行腐蝕②鋼構上不放置雜物，保持清潔；設專人負責，專人看護，專人保養(yǎng)。鋼絲繩捆綁方式為纏繞式；在捆綁鋼絲繩之前，要制作好管皮，將管皮墊放于鋼梁下面，以防鋼絲繩磨損。圖5.2.4-4設備與模塊單元整體吊裝整體吊裝時采用升降機（如圖5.2.4-5所示）或搭設移動式腳手架（如圖5.2-8所示）兩種臨時工作平臺，穩(wěn)固的工作平臺為高處作業(yè)提供了強有力的安全保障，最大限度的保障了整體吊裝的施工安全。同時設置專門的高處作業(yè)安全通道，當遇到惡劣天氣時能夠及時從危險區(qū)域轉移到安全區(qū)域。圖5.2.4-5升降機提供高處作業(yè)平臺所有模塊吊裝時嚴格執(zhí)行吊裝方案，吊車選型、占位、索具選擇、吊點選擇、吊點捆綁形式，必須經(jīng)過嚴格的分析和計算。吊裝前進行檢查，是否滿足吊裝方案中的環(huán)境、設備、人員、機具等條件，滿足后方可進行吊裝。圖5.2.4-6快裝式移動腳手架5.2.5鋼結構找正鋼結構整體吊裝就位后需要進行鋼結構找正，由于采用了地面預拼裝——整體吊裝的工藝，就位后面臨著鋼結構整體變形，尺寸偏差較大的困境。項目部技術人員經(jīng)過不斷摸索，大膽創(chuàng)新?？偨Y出了一套鋼結構整體吊裝校正的方案。梁之間找正在鋼結構預拼階段裝就已完成。鋼結構吊裝就位以后利用兩臺經(jīng)緯儀、倒鏈前后，左右、對角找正立柱。發(fā)生位置偏移的立柱上端螺栓孔穿卡環(huán)，倒鏈的一端掛在卡環(huán)上，另一端固定在下一層的鋼結構上，通過倒鏈來調整立柱，最后螺栓緊固到設計要求。5.2.6鋼結構吊耳的研制解決了在鋼結構廠房中小型設備、管道安裝過程中吊選擇的難題，施工過程中研制了一種能夠吊掛在鋼結構上的吊耳，作為鋼結構廠房專用吊裝工具。吊耳的寬度是由H型鋼的下翼板來決定。上面M26的孔用來穿M24的螺栓，可以讓兩塊板更好的連接在一起。下面M40的孔是用來穿卡環(huán)，可以沿H型鋼軸線方向隨意移動的吊裝點。該鋼結構專用吊裝工具，制作簡單，提高效率，用于主場房內管道，小型設備的吊裝（如圖5.2.6-1所示）。該吊耳獲得實用新型專利授權（專利號：ZL201120258317.7）。圖5.2.6-1利用鋼結構吊耳安裝管道5.2.7應用Navisworks軟件應用Navisworks軟件，建立選煤廠立體模型（如圖5.2.7-1所示）檢查各專業(yè)各工序有無交叉干涉現(xiàn)象，保證工程順利施工，直觀了解工程形象進度情況，以便合理調配資源。圖5.2.7-1鋼結構廠房立體模型5.2.8加強現(xiàn)場施工安全管理，推行安全“工作五步法”圖5.2.8-1安全“工作五步法”流程圖在施工現(xiàn)場安全管理推行安全“工作五步法”，針對毎項工作均采用風險識別卡（如圖5.2-11所示）進行風險管控，即：每項作業(yè)開始前首先判斷此項作業(yè)是否具有重大風險，如有，立即暫停作業(yè)，從風險因素、防范措施、作業(yè)環(huán)境等方面進行作業(yè)安全與環(huán)境分析，逐條進行分析解決后方可進行作業(yè)。5.3勞動組織安排選煤廠鋼結構廠房模塊化施工人員配備見表5.3-1。表5.3-1勞動力配備情況序號工種人數(shù)序號工種人數(shù)1項目經(jīng)理17鉗工22項目技術經(jīng)理18起重工23項目安全經(jīng)理19電焊工14施工技術員310吊車司機35專職安全員111普工126電工1合計286.材料與設備本技術無需特別材料，主要材料與設備見下表表6-1主要材料與設備表序號設備名稱設備型號單位數(shù)量使用期1吊車臺3全過程2高處作業(yè)書臺1全過程3活動腳手架套5全過程4水平儀臺2全過程5經(jīng)緯儀臺1全過程6鋼絲繩扣對若干全過程7吊耳個若干全過程7.質量控制7.1質量控制主要依據(jù)《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205、《工業(yè)安裝工程質量檢驗評定統(tǒng)一標準》GB50252、《煤礦安裝工程質量檢驗評定標準》MT5010、《鋼結構工程施工規(guī)范》GB50755及設備安裝圖紙。7.2質量控制措施7.2.1建立、健全質量檢查、例會制度。施工現(xiàn)場專職質量檢查員對分項工程質量全數(shù)檢查驗評，并強化作業(yè)班組內部的自檢、互檢。7.2.2嚴格按設計圖紙對到貨的鋼結構件進行尺寸、螺栓孔距等影響施工質量的關鍵因素進行復核，確保構件的安裝質量。7.2.3加強進場構件管理，確保堆放整齊，防止變形。7.2.4鋼柱安裝垂直度超差的預防措施:1、采取措施防止鋼柱在制作、運輸和堆放中造成變形。2、鋼柱在吊裝時，吊點必須選在柱上2/3以上的位置，以防止變形。同時還要注意起吊半徑或旋轉半徑正確，并在柱底端設置滑移設施，以防鋼柱在起吊扶直時發(fā)生拖動阻力，以及壓力作用所造成彎曲變形。3、鋼柱垂直度的校正應以橫軸線為基準，先找正固定兩端邊柱的樣板柱，依樣板為基準來較正其余各柱。4、鋼柱就位較正時，應注意風力和日照溫度的影響，以免柱身發(fā)生彎曲變形。8.安全措施 8.1認真貫徹“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，認真執(zhí)行建設部及地方關于建筑施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理的各項規(guī)定，以安全促生產(chǎn)。8.2施工時成立安全檢查小組，對整個施現(xiàn)場從職工安全意識、現(xiàn)場安全防護、吊車、安全作業(yè)車等的安全性能及吊裝索具等各個方面進行檢查，對查出的隱患