中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：針對本高爐煉鐵工程鋼結(jié)構(gòu)體型大，重量大、高度高，結(jié)構(gòu)類型多樣，工藝連接復(fù)雜，安裝精度要求高等特點，從本高爐煉鐵工程的高爐爐殼、熱風(fēng)圍管、爐體框架結(jié)構(gòu)、粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、上料通廊結(jié)構(gòu)等主要結(jié)構(gòu)的吊裝技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，總結(jié)出本高爐煉鐵工程鋼結(jié)構(gòu)吊裝的成套技術(shù)成果，確保了施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計及驗收標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：高爐煉鐵工程；鋼結(jié)構(gòu)；吊裝技術(shù)
0 引 言
萊蕪銀山型鋼3號高爐是一座3200m3新建高爐煉鐵配套系統(tǒng)工程，高爐爐體為自立式結(jié)構(gòu)與框架分離，高爐框架呈下大上小傾斜形式結(jié)構(gòu)，框架連接節(jié)點幾乎均采用高強螺栓連接，除塵器采用旋流式除塵的先進(jìn)技術(shù)，粗煤氣系統(tǒng)采用五通球連接的新型節(jié)點形式，煉鐵配套設(shè)備為國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，煉鐵工藝采用先進(jìn)的工藝流程等，工程的合理設(shè)計和主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際同類高爐領(lǐng)先水平。本工程鋼結(jié)構(gòu)工藝形式多樣，涵蓋筒式結(jié)構(gòu)、箱型結(jié)構(gòu)、球體結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、格構(gòu)式結(jié)構(gòu)、錐形結(jié)構(gòu)、橢圓式結(jié)構(gòu)等，工程具有單件結(jié)構(gòu)重量大、跨度大、高度大的特點，工程整體施工質(zhì)量和技術(shù)含量較高，能充分體現(xiàn)吊裝技術(shù)水平。
1 工程概述
本工程涵蓋高爐煉鐵配套系統(tǒng)各子項工程，施工項目較多，工程以高爐主體為中心，周邊為附屬建設(shè)項目，高爐出鐵場廠房結(jié)構(gòu)圍繞高爐主體成矩形布置，高爐主皮帶機(jī)上料通廊結(jié)構(gòu)自南向北夾角16.750斜向布置，下降管自北向南夾角15.950斜向布置，東側(cè)設(shè)計有熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)，南側(cè)設(shè)計有旋流除塵器結(jié)構(gòu)，北側(cè)礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)連通各轉(zhuǎn)運站成東西向布置,結(jié)構(gòu)布置合理，工程建設(shè)高度為111m(圖1)。
圖1 高爐主體結(jié)構(gòu)（高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝）
2 工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計簡述
本工程鋼結(jié)構(gòu)總量為約為16000t，結(jié)構(gòu)種類繁多，以下簡述工程的主要結(jié)構(gòu)。
高爐爐殼：為變截面筒體式鋼殼體，共23帶，爐殼板厚45～90mm，材質(zhì)為BB503D鋼，爐殼內(nèi)徑為Φ17000～Φ3100，爐殼底標(biāo)高為4.500～47.400m。
高爐熱風(fēng)圍管：為管式結(jié)構(gòu)，圍管中心軸線標(biāo)高為19.6m，熱風(fēng)圍管中心直徑為Φ23000，圍管直徑為3032mm，板厚為20mm，結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q235B鋼。
高爐爐體框架結(jié)構(gòu)：高爐爐體框架鋼結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，分下部框架、中部框架和頂部框架，呈下大上小，單面傾斜式，框架內(nèi)設(shè)置多層平臺供人員操作，框架柱采用箱型結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)有箱型結(jié)構(gòu)、焊接工字型結(jié)構(gòu)、型鋼結(jié)構(gòu)等，下部框架標(biāo)高為2.4～27.2m；中部框架標(biāo)高為27.2～44m；頂部框架標(biāo)高為44～84.46m。框架結(jié)構(gòu)最大板厚為45mm，材質(zhì)為Q345B鋼。
高爐粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)標(biāo)高從44～105.6m，包括上升管、五通球、下降管和一次均壓管等結(jié)構(gòu)；上升管、下降管和均壓管結(jié)構(gòu)為管式結(jié)構(gòu)，五通球為球體結(jié)構(gòu)；五通球連通上升管和下降管。上升管管內(nèi)徑為Φ2300，板厚18～30mm；下降管管內(nèi)徑為Φ3600，板厚20～50mm；鋼材材質(zhì)為Q235B鋼；五通球內(nèi)徑為Φ6000，板厚為42mm，鋼材材質(zhì)為16MnR鋼，下降管上設(shè)置有鋼梯供作業(yè)人員上下。
高爐主皮帶機(jī)上料通廊結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)包括通廊支架和通廊本體，通廊分5跨，共5個通廊支架，其中有1個為固定式支架，其余4個為搖擺式支架；通廊本體支承在通廊支架上，整個通廊本體頭端與高爐進(jìn)行連接，尾部分別連通機(jī)械傳動室、土建轉(zhuǎn)運站等，通廊總長約300m，通廊本體結(jié)構(gòu)共5段，最大跨度70m，通廊截面形體尺寸為6.05×6.05m，單段最重約200t，安裝高度約76m。
其他附屬鋼結(jié)構(gòu)：包括出鐵場廠房結(jié)構(gòu)、風(fēng)口平臺結(jié)構(gòu)、電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)、槽上通廊結(jié)構(gòu)等。
3 工程特點
1) 本工程含概工藝系統(tǒng)較多，結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜，各工藝系統(tǒng)相互獨立又相互連接，如熱風(fēng)圍管與爐殼之間的連接，除塵器結(jié)構(gòu)和高爐爐體之間的連接、上料通廊與爐體結(jié)構(gòu)之間的連接等，結(jié)構(gòu)吊裝精度要求較高。
2) 本工程構(gòu)件有重、大、高、長的特點，工程整體高度達(dá)111m，其中高爐爐殼最重段約80t；高爐框架柱單件重約150t；五通球中心標(biāo)高為97.3m，重估計約40t；下降管長約80m，重估計約200t，高爐上料通廊結(jié)構(gòu)跨度大，共5段，每段重估計約200t，吊裝高度近80m，確定大型構(gòu)件的吊裝方法，有效地控制吊裝質(zhì)量是工程吊裝的難點。
3) 依據(jù)工程吊裝構(gòu)件的實際重量和安裝高度，確定吊裝機(jī)械的選型，根據(jù)工程實際安裝進(jìn)度詳細(xì)地規(guī)劃吊裝機(jī)械的進(jìn)場和吊裝時間，對有效地降低工程安裝成本投入是控制的重點和難點。
4) 受工程各個工藝系統(tǒng)的獨立性和相連性的影響，合理地安排流水施工，確定先主體結(jié)構(gòu)后附屬結(jié)構(gòu)的吊裝內(nèi)容和方法，是工程吊裝的重點和難點。
5) 為控制工程吊裝精度，確保各部件的相連性精準(zhǔn)對接，確定合理的測量方法，布控關(guān)鍵測量控制點是工程吊裝的重點和難點。
4 工程吊裝實施部署
本工程遵循先主線項目后分線項目施工的原則，確定以高爐主體工程為施工關(guān)鍵線路，附屬工程陸續(xù)進(jìn)入施工，采用流水施工的方式，使工程資源得到充分利用和安排，在施工過程中分項項目施工互有交叉、也互為承接，施工順序得到合理性優(yōu)化。以關(guān)鍵路線工作作為主線安裝施工重點，主搶高爐主體結(jié)構(gòu)的安裝，開辟出鐵場平臺、出鐵場廠房結(jié)構(gòu)與主體工程結(jié)構(gòu)同步安裝路線，逐步開展旋流除塵器結(jié)構(gòu)、電梯井結(jié)構(gòu)、上料通廊結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動室結(jié)構(gòu)、槽上通廊結(jié)構(gòu)等安裝任務(wù)，搞好多點施工安裝協(xié)調(diào)工作，做好工序順序安排、分項結(jié)構(gòu)安裝的承接。應(yīng)用大型吊裝設(shè)備對大、重型構(gòu)件進(jìn)行整體吊裝方法，確保吊裝一次就位，縮短施工工期。
4.1 工程安裝區(qū)域劃分
根據(jù)本工程量、工期網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度及結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對我公司負(fù)責(zé)的施工項目分成六個施工區(qū)域，分別為高爐主體結(jié)構(gòu)施工區(qū)、出鐵場結(jié)構(gòu)施工區(qū)、旋流除塵器結(jié)構(gòu)施工區(qū)、電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)施工區(qū)、上料通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū)和槽上通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū),見圖2。
圖2 上料通廊結(jié)構(gòu)
4.2、施工步驟安排
1）高爐主體結(jié)構(gòu)施工區(qū)作為關(guān)鍵線路吊裝，投入DBQ4000tm塔吊為吊裝主機(jī)，QUY100t履帶吊及其他租賃液壓吊輔助進(jìn)行輔助施工，施工順序采取從下至上分段分層，從內(nèi)向外的吊裝方式進(jìn)行，先進(jìn)行高爐爐殼安裝，同步兼顧高爐爐體下部框架、中部框架、頂部框架、粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安裝，實現(xiàn)工期的完成，見圖3。
圖3 高爐主體結(jié)構(gòu)
2）開辟出鐵場結(jié)構(gòu)施工區(qū)與高爐主體結(jié)構(gòu)安裝同步平行施工，投入250t履帶吊一臺在跨外吊裝施工，安裝順序從2700向900方向推進(jìn)，先安裝高爐南側(cè)出鐵場結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行高爐東西側(cè)出鐵場結(jié)構(gòu)安裝，最后進(jìn)行高爐北側(cè)出鐵場結(jié)構(gòu)安裝，為土建及筑爐施工提供條件，見圖4。
圖4 鐵場結(jié)構(gòu)
3）在高爐主體結(jié)構(gòu)施工中期進(jìn)入旋流除塵器結(jié)構(gòu)施工，投入100t履帶吊1臺進(jìn)行構(gòu)件吊裝，安裝順序從下至上分段分層進(jìn)行，除塵器殼體與除塵器框架同步施工完成，確保該結(jié)構(gòu)在五通球施工前完成，為下降管安裝提供條件，見圖5。
圖5 除塵器結(jié)構(gòu)
4）電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)施工區(qū)：采用兼顧出鐵場結(jié)構(gòu)吊裝的250t履帶吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝，安裝順序從下至上進(jìn)行，安裝時主搶電梯井及鋼梯框架本體結(jié)構(gòu)，再安裝連接各層平臺結(jié)構(gòu)，確保與高爐各平臺連通，見圖6。
圖6 電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)
5）高爐上料主皮帶機(jī)通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū)：與頂部框架各層平臺同步施工進(jìn)行；投入250t履帶吊一臺進(jìn)行通廊支架吊裝，750t履帶吊一臺進(jìn)行通廊本體吊裝，安裝順序從下至上進(jìn)行，先逐個通廊支架安裝，后逐段通廊本體安裝。通廊結(jié)構(gòu)提前完成，保證與高爐頂部框架的連接，為皮帶傳動設(shè)備安裝提供施工面，見圖7。
圖7 高爐上料皮帶機(jī)
6）礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū)：采用兼顧上料通廊結(jié)構(gòu)安裝的250t履帶吊和100t履帶吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝，安裝順序采用雙線反向施工，通廊支架和通廊本體結(jié)構(gòu)同步施工，逐段推進(jìn)完成，見圖8。
圖 8 礦槽通廊結(jié)構(gòu)
5 施工測量控制點布設(shè)
結(jié)合本工程實際，根據(jù)現(xiàn)有的測量基準(zhǔn)點引投測量控制點，測量控制點的引投工作主要是高程控制點、高爐中心線控制點、除塵器中心線控制點、上料通廊中心線控制點、礦槽槽上通廊中心線控制點等的布設(shè)，利用引投控制點采用水平儀、經(jīng)緯儀和全站儀進(jìn)行向上引投和結(jié)合測量，控制結(jié)構(gòu)吊裝精度。
控制點的引投能有效地保證各工序系統(tǒng)相連性的精準(zhǔn)對接，控制點布設(shè)應(yīng)設(shè)置在空曠地或已有建筑物上，測量可視度強，前視和后視點通視，以達(dá)到測量控制的目的。如引投高爐中心控制點和向上引投控制點的圖示，見圖9。
圖9 控制點布置（）
6 吊裝機(jī)械的選型
吊裝機(jī)械的選擇本著節(jié)省安裝成本、滿足構(gòu)件吊裝重量和縮短施工工期的原則進(jìn)行選型，合理地把握和安排吊裝機(jī)械使用的切入點和吊裝時間，最大化地利用機(jī)械的有效吊裝。本工程采用1臺DBQ4000tm塔吊負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)的吊裝，滿足構(gòu)件組拼和大型構(gòu)件吊裝，加快安裝工期的要求；投入250t履帶吊和100t履帶吊各1臺主要負(fù)責(zé)出鐵場結(jié)構(gòu)安裝，并兼顧電梯井及鋼梯和除塵器結(jié)構(gòu)的安裝；投入750t履帶吊和250t履帶吊各1臺，利用主體結(jié)構(gòu)配置的DBQ4000tm塔吊負(fù)責(zé)上料通廊和粗煤氣下降管結(jié)構(gòu)的安裝，再利用已投入的250t履帶吊和100t履帶吊各1臺礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)的安裝，滿足多線連續(xù)施工的要求，保證在有效地施工工期內(nèi)完成了工程吊裝。
7、主要結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)
7.1 高爐爐殼吊裝技術(shù)
由于高爐爐殼整體結(jié)構(gòu)高、大、重，因此爐殼吊裝采用分段吊裝的方法進(jìn)行安裝，單圈爐殼進(jìn)行地面組拼和各數(shù)據(jù)測量精準(zhǔn)控制后，做好吊裝防橢圓變形措施后，采用多點吊裝的方法進(jìn)行安裝，安裝過程采用每帶測量的方法測量控制安裝偏差，分別控制爐殼的中心偏差、十字軸線偏差、實際直徑與設(shè)計直徑偏差、對口偏差、上口標(biāo)高偏差等，確保安裝質(zhì)量，見圖10。
圖10 爐殼吊裝
7.2 高爐熱風(fēng)圍管結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)：
為控制熱風(fēng)圍管整體安裝質(zhì)量，結(jié)構(gòu)吊裝采用整體吊裝的方法進(jìn)行，安裝時利用在爐殼上設(shè)置18個臨時支架進(jìn)行支托，臨時支架經(jīng)過嚴(yán)密的承載負(fù)荷計算，滿足支承受力要求，臨時支架安裝時逐個控制支架的標(biāo)高和水平度，做好支架防側(cè)向受力措施和圍管中心線的投放工作，保證熱風(fēng)圍管的精確安裝。圍管安裝過程還需測量中心線離爐殼的距離偏差、上表面標(biāo)高偏差、熱風(fēng)主管接口朝向等測量控制，保證安裝質(zhì)量，見圖11。
圖11 熱風(fēng)圍管結(jié)構(gòu)
7.3 高爐爐體框架結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
從下至上分別完成下部框架、中部框架和頂部框架的安裝，并兼顧各層平臺結(jié)構(gòu)隨高度逐層安裝，結(jié)構(gòu)吊裝在滿足起重機(jī)械額定吊裝重量的條件下，采用分段吊裝（圖12）、單件整體吊裝（圖13）、組拼吊裝單元整體吊裝（圖14）的方法進(jìn)行，本著以加快施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量，節(jié)約施工成本的原則進(jìn)行。
圖12 分段吊裝
圖13 單件整體吊裝
圖14 吊裝組拼單元（高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝）
7.4 高爐粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)：
粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝隨爐頂剛架結(jié)構(gòu)穿插進(jìn)行吊裝，從下至上分別完成上升管、五通球、下降管的吊裝工作，上升管結(jié)構(gòu)采用DBQ4000t.m塔吊分五段吊裝的方法安裝完成（圖15），五通球在地面整體拼裝，拼裝時隨帶上升管接頭段和下降管接頭段，以保證與上升管和下降管的連接，安裝時采用750t履帶吊進(jìn)行整體吊裝完成（圖16），下降管安裝采用分兩段進(jìn)行吊裝，分別是先采用負(fù)責(zé)出鐵場結(jié)構(gòu)吊裝的250t履帶吊吊裝下降管下段（圖17），安裝時要嚴(yán)格控制管口朝向和標(biāo)高的偏差，保證中段的精準(zhǔn)對接，最后采用750t履帶吊吊裝完成下降管中段的對接安裝（圖18）。
圖15 粗煤氣系統(tǒng)
圖16 整體吊裝完成
圖17 下降管吊裝（高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝）
圖18 下降管中段吊裝
7.5、高爐上料通廊結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)
上料通廊結(jié)構(gòu)總體的吊裝方法是從下至上安裝，采用分段吊裝、拼裝成整體吊裝等的方法進(jìn)行，結(jié)合構(gòu)件吊裝重量和吊車的起重性能又采用單機(jī)和雙機(jī)抬吊吊裝的方法完成。為保證上料通廊結(jié)構(gòu)安裝的可操作性和安全性，通廊結(jié)構(gòu)安裝從三腿穩(wěn)固支架開始，以滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求。上料通廊支架的吊裝待通廊支架拼裝完成后進(jìn)行，其中ZJ1-ZJ4支架吊裝均由250t履帶吊吊裝完成，ZJ5支架吊裝由DBQ4000tm塔吊吊裝完成；其中依據(jù)通廊支架結(jié)構(gòu)重量和吊車吊裝性能，ZJ1支架采用拼裝成整體進(jìn)行吊裝
(圖19)，其他通廊支架采用分段進(jìn)行安裝，每個支架安裝均分成支架肢腿（圖20）和柱頭頂部支座（圖21）兩部分安裝；通廊本體的各段安裝待通廊本體拼裝成整體后進(jìn)行。通廊本體結(jié)構(gòu)整體拼裝含蓋通廊本體的所有結(jié)構(gòu)（圖22），拼裝完成后750t履帶吊逐段單機(jī)吊裝完成前四段（圖23），再和DBQ4000t.m塔吊共同抬吊第五段通廊（圖24）。
圖19 ZJ1支架吊裝
圖20 支架肢腿吊裝
圖21 支架頂部支座
圖22 通廊結(jié)構(gòu)吊裝完成
圖23 吊裝完成前四段通廊
圖24 吊裝完成前五段通廊
8 結(jié) 語
工程整體建筑面積較大，涵蓋工藝系統(tǒng)較多，各工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相連性較強，結(jié)構(gòu)形式極其多樣，對結(jié)構(gòu)吊裝具有很大的挑戰(zhàn)性，需要施工單位具有較強的技術(shù)能力和綜合能力，由于在施工前經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的分析，施工過程中經(jīng)過精心組織和安排和工序間的有效控制，整個安裝過程比較順利，達(dá)到了滿意的效果。
（中國二十二冶集團(tuán)有限公司金屬結(jié)構(gòu)工程分公司，河北 唐山 064000 ）
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