浅谈超大循环水管安装技术创新

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菲律宾GNPD2×660兆瓦（1+1）燃煤电站项目机组的冷却水采用直流供水系统，循环水管类型多、长度较长，单管最长达到了6米，单管最重约为33吨，且施工工期紧张，若沿用传统施工方法则会造成经济性差、工期长、安全不易保证等潜在风险。针对上述问题，开展了电厂循环水管安装门架小车体系施工技术研究，进一步提高工程质量，提升项目绿色施工能力。

主要用途及技术原理

新技术适用于电厂循环水管安装施工，特别适合长距离、大跨度、重量大、施工区域受限的大型构件吊装施工。这种新技术提供一套全新的施工设备用于电厂循环水管的安装施工，可以开设多个工作面同时施工，且无需增加额外的吊机和短驳车。该体系由桁架式门架、小车横梁、滚轮组合件、轨道、路基箱和链条葫芦等几大部件构成。循环水管的二次驳运使用平板车，吊装采用汽车吊或履带吊，平板车和吊机的工作环境主要在坑顶，循环水管运至吊机预吊装位置，吊机卸车后将其放在坑底预定位置，然后吊机移至下一工作区域，重复上一个施工步骤。施工人员拉动链条葫芦将循环水管提升脱离坑底一定高度，此时门架小车体系带循环水管平移至安装位置，体系平移至下一段接头水管即可放下对位，完成循环水管对口安装。由此完成一个施工工序，实现循环水管的运输和精准就位和对口施工。

关键技术

关键技术一：通过有限元软件建模设计分析体系稳定性和吊装工况模拟。该体系的计算分析采用的SAP2000系列有限元分析软件，在细部节点设计中参考了部分CAD实时计算插件。这些软件的应用，在概念设计、工艺设计和计算分析中使技术人员节省了大量的重复工作量，提高了工作效率。在该体系的工况分析中，选取了静态、动态和安、拆工况三个重要工况，作为核心计算考量措施和计算控制要点。关键技术二：等强设计概念下的节点细化设计，保证节点刚性连接并降低用钢量。复杂的建筑钢结构设计中节点细化设计的要求和难度要高于杆件设计，尤其是等强设计，既要保证节点设计满足结构设计连接整体性，又要降低节点的用钢量。该体系在设计中后期就遇到了类似节点选择的难题，结构设计时考虑到该体系需拆除中间节以适应双管换单管的安装工艺，整个起吊横梁被分成了三段，设计时需要具有较强的整体性，所以连接段增加了两个等强节点。该体系的起吊横梁和门架立柱端部连接处的等强设计较为复杂，设计上需要保证刚性连接。门架小车体系的结构形式若从结构受力和荷载作用点的角度分析，此类结构和门式刚架体系又不同。首先，传统门式刚架的刚性节点做法在轻钢门式刚架体系是可以认定其为刚性连接节点。如果该门架小车采用该连接节点，其可以判定为半刚性节点。由图1可以看出，梁柱节点在弯矩M的作用下，梁端转角的θb大于柱顶转角θc。θ值越小越接近完全刚性，但是根据查阅资料，常见的节点破环证明此类节点在重载下刚性并不强，所以改强设计做了图2的改进。为了保证更强的连接整体性，加上考虑降低钢结构加工难度，最终选择了整体外挑三角斜拉的结构形式。关键技术三：改进质量控制环境和环节，循环水管的吊运、对口就位采取毫米级别的微调措施。该体系可以将循环水管吊运，沿地面轨道平移，循环水管安装时质量控制环节大幅缩减，仅需测量定位该体系轨道位置，可有效降低质量管理难度。该体系的小车横梁两端设置一对带动力的滚轮，并由步进马达控制其运动速度和轨迹，可实现三级变速控制。综合考虑现场实际情况，在架体荷载分析时，考虑了循环水管安装时可能遇到的各种施工工况，也即在合理进度和安全控制条件下，结构体系能效比最高。关键技术四：多个作业面促进效率提升，无需增加额外吊机及土方开挖工作量。吊机工作量大幅降低。该体系置于坑底进行循环水管的吊运就位工作，吊机一次性将循环水管吊至坑底位置后即可，无需占用额外的吊机工作时间。降低短驳车进场道路开设工作量。与传统施工方法不同，该新技术体系施工时，短驳车工作环境一直处于坑顶区域，无需进入坑底区域，可降低循环水管安装区域两端的道路入口土方开挖工作量。多工作面提高工效和通用性。为了进一步提高循环水管施工进度工效，可配置多个门架小车体系。可采用中置起始点向两端安装，可以多段流水向外对接的安装方式，安装关键路径的行进方式选择上更加灵活，非常适合循环水管安装工期紧张的项目。关键技术五：定制专业吊配设施，实现循环水管整体吊装。在体系设计初期依据施工场地的实际工况，并为其量身定做了一套适用于该体系的专业吊配设施。多孔吊耳通用化。通常电厂的循环水管轴线均会产生一定的间距变化，为了适应此施工工况，该体系的起吊横梁上设置了4组吊耳配件，配件上开设了不同类型的耳孔，以适应不同轴线的循环水管安装，做到一板对多管，提升该体系的工艺适配性和通用性。标配链条葫芦，垂直起降对口易。该体系不仅可实现循环水管水平运输的快、准，还可以实现循环水管的垂直起降，并保证循环水管对接口的垂直度和平整度。解决以往传统工艺的粗犷式就位操作性难题。关键技术六：研发循环水管接口灌浆模板装置，填补循环水管对接宽口大体量灌浆施工工法的空白。依托混凝土施工领域的知识产权优势，研发了一套专用的灌浆装置，既可解决灌浆料二次污染问题，又能适应循环水管大间距接口的施工特点。其结构设计分为内模和外架，内模上带有肋板起到自身加强的作用，外架用于支撑和稳定内模，一则可以分担内模的荷载，减少内模设计重量，再者可以作为内模的定位靠山，外架上设置了卡环，内模也可在外架内滑动。

成效与结论

以菲律宾GNPD2×660兆瓦燃煤电站项目使用该成果的效果来看，流水施工形成后，实现了循环水管1天6节的安装速度，2套配合可形成流水施工，整个施工工期缩短了25天，成效显著。施工质量上，由于采用定制的灌浆模板装置，接口处灌浆面观感质量好，未出现胀模、二次污染等质量缺陷，未发生构件碰撞损坏等情况。得益于机械化的安装方式和微调措施，对口位置偏差值控制在5毫米以内。构件的垂直度和平整度控制较好，现场多次使用均可控制在5毫米以内。该体系结构刚度大，体系安全富裕度高，经过多次运用证明，体系吊装横梁下挠度偏差均可控制在3‰以内。人工成本优势突出，流水施工以后该体系仅需配置5～7名施工人员。该体系是集构件吊运、对位微调于一体的装置，实现了构件的快运慢就位等操作，具有很高的精准性，特别适合电厂循环水管安装施工。该技术成果适用一般的大件吊运安装工程施工，尤其适合施工区域受限的大件吊装施工，顺应电力行业的发展，进行一定改造细化后可向市政等土木工程其他领域推广。

作者：李伟 单位：上海电力建筑工程有限公司