选煤厂钢结构厂房模块化施工技术

选煤厂钢结构厂房模块化施工技术1.前言近年来，为加快工程建设速度，大型选煤厂各单位工程主体结构采用钢结构越来越普遍，针对钢结构构件制作精度高、安装工程量大、施工工期要求短等特点，建筑安装工程集团有限公司和第九十二工程有限公司共同成立了课题组，开展钢结构厂房模块化施工技术研究，经过工程实践，不断改进，总结出《选煤厂钢结构厂房模块化施工技术》，其关键技术为：采用地面预拼装——整体吊装的模块化施工技术，通过模块钢结构科学拆分、地面预拼装减少了大量的高处作业，减少了恶劣天气的影响，缩短了工期，确保了质量和安全。与传统的施工工艺相比，在改善作业人员工作环境、节能环保、降本增效等方面优势明显。该技术关键技术经煤炭信息研究院查新表明，国内未见与本技术关键技术查新点综合研究内容相同的采用分段立体式模块以框架单元地面、低空组装、多个框架单元同时进行地面组装的有关模块式选煤厂施工新工艺研究的文献报道。该技术关键技术于2014年4月通过中国煤炭建设协会科技成果鉴定，达到国内同类工程施工领先水平，同年该技术成果获得中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新成果二等奖，其中“钢结构吊耳”获得了实用新型专利（ZL201120258317.7）。该技术先后在蒙古国能源资源公司的UHG洗煤厂、平朔木瓜界选煤厂、伊泰凯达煤矿安装工程中成功应用，在施工过程中，高效地利用了施工资源，提高了施工效率，缩短了工期，确保了施工质量和安全，节约了施工成本，取得了良好的经济效益和社会效益。2.技术特点2.1通过分段立体式地面组装整体吊装，减少了散装大型钢结构高处组装测量时受风载荷和温度而引起的测量误差，使测量调整等工序的操作条件大为改善，有利于安装质量的控制和提高。2.2工程施工过程中，研制了一种能够吊挂在钢结构上的吊耳，该钢结构专用吊装工具，制作简单，省时省力，提高效率，节约成本。2.3施工过程中应用Navisworks软件，建立钢结构厂房施工组织立体模型，实现施工过程的预控制。2.4通过该施工技术综合应用，解决了选煤厂钢结构厂房模块化施工技术难题，为同类工程施工提供了技术借鉴。3.适用范围本技术适用于选煤厂钢结构厂房或其他钢结构厂房施工。4.工艺原理根据设计图纸和现场吊车性能参数，利用计算机软件立体建模，直观分析，科学合理划分施工模块，并对各模块按照安装先后顺序进行编号，在地面对分好组的各模块单元按照顺序进行预拼装，再对拼装好的单元模块按照方案进行整体吊装，最后进行钢结构模块整体找正和层间设备、管道等的安装。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程选煤厂钢结构厂房模块化施工工艺流程见图5.1-1。图5.1-1选煤厂钢结构厂房模块化施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备根据现场实际情况及吊车性能参数，确定预拼装场地，一般为方便吊装，厂房横向两侧为吊车位置，拼装场地以就近吊车作业范围为界，组装完成后，吊车不用移动可直接吊装，可大大提高施工效率。5.2.2钢结构分组根据现场大型吊车参数，结合设计图纸，以我单位施工的蒙古国UHG选煤厂为例（如图5.2.2-1），考虑各模块内主要设备吊装安装技术方案及措施，把模块钢结构进行分组，所有模块单元划分为24组，单组最重28t。单元分组情况见表5.2.2-1表5.2.2-1各模块单元划分表平面纵向横向备注一层（输送机层）AB轴1-3轴3-5轴5-6轴二层（离心机层）AB轴1-3轴3-6轴BCD轴1-3轴3-4轴4-6轴三层（筛子层）AB轴1-2轴2-4轴4-6轴BC轴1-4轴4-6轴CD轴1-3轴3-6轴四层（旋流器层）ABC轴1-2轴5-6轴BC轴2-5轴CD轴1-2轴5-6轴五层（给料层）AB轴1-2轴5-6轴BCD轴1-2轴5-6轴图5.2.2-1模块式主厂房5.2.3钢结构预拼装对分组的钢结构进行预拼装（如图5.2.3-1），对所有模块按吊装先后进行排序，在预装场地使用小型吊车同时对多个模块单元进行预组装，恶劣的环境对钢结构的预拼装工作影响较小，地面预拼装工作安全风险较低，现场安全风险管理在可控范围以内。为减少模块框架单元就位后高处临边作业，加强临边防护，在预拼装时就将钢结构正式防护栏杆一起组装完成，这样既可以保证施工安全，还可以节约施工成本。图5.2.3-1地面预拼装由于在吊装过程中钢结构受力将会变形，所以钢结构在地面预拼装时的尺寸控制将是施工质量控制的重点，我们主要采用了梁与梁和梁与次梁的连接核对好尺寸后对螺栓进行终紧，使螺栓的紧力达到设计要求，梁与立柱的连接核对好尺寸后对螺栓进行预紧，使螺栓的预紧力达到设计要求的50%。5.2.4钢结构整体吊装每一层的模块预拼装并完成尺寸校验后，再进行整体吊装，为保证施工安全，所有模块吊装均严格执行审批后的专项吊装方案。下面以最重模块单元吊装为例。ST-421EL24.60标高面（筛子层）C-D轴、1-3轴模块单元，该模块长14m，宽8.5m，高5.1m，重量28吨，整体吊装采用现场SCC2000C液压履带起重机，吊钩采用80t吊钩（长0.548m×宽0.9m×高2.129m、重量为1.5t），吊装钢丝绳按0.5t计算。计算载荷：Q=K1K2（Q+q）其中：K1---动载荷系数，取1.1K2---不均衡系数，取1.2Q---被吊设备的重量q---吊具索具重量Q=1.1×1.2×（28+1.5+0.5）=39.6t起重高度为：H=H1+h1+h2其中：H1---设备所在层面标高h1---设备本身高度h2---吊索高度H=24.6+5.1+11.4=41.1m该模块起重量为39.6t，起重高度为41.1m，回转半径为16m，对照吊车性能参数表，回转半径16m，主臂伸长61.5m，起重能力为44.2t＞39.6t；满足吊装要求。吊点选择：采用六根钢丝绳（6×37+1×19、直径为32mm）吊装。（如图5.2.4-1所示）1-钢丝绳；2-拼装好的钢结构模块单元图5.2.4-1吊点布置图单根绳索受力：S=Qg/nsinaS----单根钢丝绳受力KN；n----吊装钢丝绳分支数6；a----绳扣与水平方向夹角68°则：S==68.8KN钢丝绳最低破断拉力：P=S×KK----安全系数，取8则：P=550.4KN根据五金手册查表，用6×37+1×19，d=32.5钢丝绳，抗拉强度1700MPa时，其破断垃圾总和为P=666.5KN＞550.4KN，满足使用要求。吊车抗杆校核：当吊车作业半径为16m，部件提升高度为26m时，吊臂与吊装部件中心距离为7.65m，大于吊装部件重心距部件边缘4.25m；吊装过程中不会抗杆，满足吊装要求。1-钢结构厂房；2-汽车起重机；3-拼装好的钢结构模块单元图5.2.4-2吊装示意图人员配备：起重总指挥1名，起重工2名，SCC2000C液压履带起重机司机1名，其他参加组装装人员由班组长统一配置。吊装过程：组装件正式起吊前先进行试吊，起吊时系上麻绳。先将组装件吊离地面200mm左右，对被吊物施加晃动力，观察无异常现象。然后徐徐升钩至组装件底面超过其安装标高面200mm后，麻绳牵引使组装件缓缓转动吊臂，使其方向符合安装方向，按照指挥人员指挥落钩就位，落钩时缓慢进行。就位过程：当组装件吊装至其安装标高面200mm后,组装件在其安装标高面的水平运输路线要明确，施工机具要提前配置好，以防吊装过程中由于施工机具配备不足导致人员来回跑动混乱。吊装过程中，组装件、立柱均与吊车主臂无抗臂现象。图5.2.4-3模块单元整体吊装注意事项：吊装过程中，应服从统一指挥，信号协调一致，指挥人员信号必须清楚明确，和吊车司机配合好。吊装时，吊车司机要分配好方案中预定的起重重量，凡工作人员严禁酒后进入现场，严禁起重机司机酒后或情绪紊乱时进行作业。当遇有五级（包含5级）大风或雷雨天气时禁止吊装作业。成品保护措施：在吊装过程中，组装件必须绑扎牢固，吊车不得超吨位吊装，组装场地必须平整，坚固；①模块钢结构组装结束并对其吊装安装完毕后，采用帆布进行覆盖以防大雨及阳光对其进行腐蚀②钢构上不放置杂物，保持清洁；设专人负责，专人看护，专人保养。钢丝绳捆绑方式为缠绕式；在捆绑钢丝绳之前，要制作好管皮，将管皮垫放于钢梁下面，以防钢丝绳磨损。图5.2.4-4设备与模块单元整体吊装整体吊装时采用升降机（如图5.2.4-5所示）或搭设移动式脚手架（如图5.2-8所示）两种临时工作平台，稳固的工作平台为高处作业提供了强有力的安全保障，最大限度的保障了整体吊装的施工安全。同时设置专门的高处作业安全通道，当遇到恶劣天气时能够及时从危险区域转移到安全区域。图5.2.4-5升降机提供高处作业平台所有模块吊装时严格执行吊装方案，吊车选型、占位、索具选择、吊点选择、吊点捆绑形式，必须经过严格的分析和计算。吊装前进行检查，是否满足吊装方案中的环境、设备、人员、机具等条件，满足后方可进行吊装。图5.2.4-6快装式移动脚手架5.2.5钢结构找正钢结构整体吊装就位后需要进行钢结构找正，由于采用了地面预拼装——整体吊装的工艺，就位后面临着钢结构整体变形，尺寸偏差较大的困境。项目部技术人员经过不断摸索，大胆创新。总结出了一套钢结构整体吊装校正的方案。梁之间找正在钢结构预拼阶段装就已完成。钢结构吊装就位以后利用两台经纬仪、倒链前后，左右、对角找正立柱。发生位置偏移的立柱上端螺栓孔穿卡环，倒链的一端挂在卡环上，另一端固定在下一层的钢结构上，通过倒链来调整立柱，最后螺栓紧固到设计要求。5.2.6钢结构吊耳的研制解决了在钢结构厂房中小型设备、管道安装过程中吊选择的难题，施工过程中研制了一种能够吊挂在钢结构上的吊耳，作为钢结构厂房专用吊装工具。吊耳的宽度是由H型钢的下翼板来决定。上面M26的孔用来穿M24的螺栓，可以让两块板更好的连接在一起。下面M40的孔是用来穿卡环，可以沿H型钢轴线方向随意移动的吊装点。该钢结构专用吊装工具，制作简单，提高效率，用于主场房内管道，小型设备的吊装（如图5.2.6-1所示）。该吊耳获得实用新型专利授权（专利号：ZL201120258317.7）。图5.2.6-1利用钢结构吊耳安装管道5.2.7应用Navisworks软件应用Navisworks软件，建立选煤厂立体模型（如图5.2.7-1所示）检查各专业各工序有无交叉干涉现象，保证工程顺利施工，直观了解工程形象进度情况，以便合理调配资源。图5.2.7-1钢结构厂房立体模型5.2.8加强现场施工安全管理，推行安全“工作五步法”图5.2.8-1安全“工作五步法”流程图在施工现场安全管理推行安全“工作五步法”，针对毎项工作均采用风险识别卡（如图5.2-11所示）进行风险管控，即：每项作业开始前首先判断此项作业是否具有重大风险，如有，立即暂停作业，从风险因素、防范措施、作业环境等方面进行作业安全与环境分析，逐条进行分析解决后方可进行作业。5.3劳动组织安排选煤厂钢结构厂房模块化施工人员配备见表5.3-1。表5.3-1劳动力配备情况序号工种人数序号工种人数1项目经理17钳工22项目技术经理18起重工23项目安全经理19电焊工14施工技术员310吊车司机35专职安全员111普工126电工1合计286.材料与设备本技术无需特别材料，主要材料与设备见下表表6-1主要材料与设备表序号设备名称设备型号单位数量使用期1吊车台3全过程2高处作业书台1全过程3活动脚手架套5全过程4水平仪台2全过程5经纬仪台1全过程6钢丝绳扣对若干全过程7吊耳个若干全过程7.质量控制7.1质量控制主要依据《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205、《工业安装工程质量检验评定统一标准》GB50252、《煤矿安装工程质量检验评定标准》MT5010、《钢结构工程施工规范》GB50755及设备安装图纸。7.2质量控制措施7.2.1建立、健全质量检查、例会制度。施工现场专职质量检查员对分项工程质量全数检查验评，并强化作业班组内部的自检、互检。7.2.2严格按设计图纸对到货的钢结构件进行尺寸、螺栓孔距等影响施工质量的关键因素进行复核，确保构件的安装质量。7.2.3加强进场构件管理，确保堆放整齐，防止变形。7.2.4钢柱安装垂直度超差的预防措施:1、采取措施防止钢柱在制作、运输和堆放中造成变形。2、钢柱在吊装时，吊点必须选在柱上2/3以上的位置，以防止变形。同时还要注意起吊半径或旋转半径正确，并在柱底端设置滑移设施，以防钢柱在起吊扶直时发生拖动阻力，以及压力作用所造成弯曲变形。3、钢柱垂直度的校正应以横轴线为基准，先找正固定两端边柱的样板柱，依样板为基准来较正其余各柱。4、钢柱就位较正时，应注意风力和日照温度的影响，以免柱身发生弯曲变形。8.安全措施 8.1认真贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，认真执行建设部及地方关于建筑施工企业安全生产管理的各项规定，以安全促生产。8.2施工时成立安全检查小组，对整个施现场从职工安全意识、现场安全防护、吊车、安全作业车等的安全性能及吊装索具等各个方面进行检查，对查出的隐患