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吊盘自抬升工艺在高耸烟囱维护中的应用

吊盘自抬升工艺在高耸烟囱维护中的应用

高耸结构的维护历来是一个难题。许多高耸结构的烟囱常常是先期安装,后来在周围建设其它构筑物,从而使烟囱维护所需的空间散失,使维护工作更为困难,许多高耸烟囱常常因为得不到及时维护而提前报废。因而如何安全、经济、保质、保量地以最快速度完成烟囱的维护工作,成为延长高耸烟囱使用寿命的关键。制定安全、经济的作业平台成为解决问题的关键。本文以梅山某一个高耸烟囱的除锈、油漆工程为例,对作业平台的建立方案进行探讨,并为同类设备的维护提供参考。
1 工程概况
某厂的高耸烟囱为先期安装,高约35m,其后又在周围安装了其它的建筑物。使用12 年后,对烟囱进行检查,要求对其进行外表除锈、喷漆处理,并更换缆风吊点。传统的高耸烟囱(铁制)的维护通常有4 种方法。
1)第1 种方法是搭建脚手架,逐级抬升。这种方法较为普遍,前期准备时间短、方案简单,但耗费大、施工时间长、需要场地大、物料运输困难,同时人员上下“爬梯”动作频繁,也增加了安全风险。
2)第2 种方法是利用高耸烟囱上固有的爬梯( 加跳板)进行维护作业。本方法虽然需要场地小,但只能对烟囱爬梯的周围进行简单维护,不能保证施工质量,而且作业危险更大,对于长期使用的铁质烟囱锈蚀等因素会使用爬梯。
3)第3 种方案是采用大型吊机。这种方案显然花费较多,需求场地较大,也不安全。
4)最后一种方案是落地大修,显然对场地、工期、机具要求更多。
2 高耸烟囱的传统维护法
显然这几种方案由于在安全、技术、经济、工期、场地等方面的限制,都不能很好地予以实施。为解决这一难题,工程采用了吊盘( 平台) 分节自抬升的施工方案,利用较小的场地就可以进行相关的作业,并使安全、技术、经济、工期四者尽可能达到统一。
3 吊盘自抬升工艺
3. 1 烟囱的基本参数
烟囱总高35m( 不包括避雷针),底部外径5m,顶部外径4. 5m,壁厚30mm(锈蚀部分约3 ~ 5mm),缆风绳直径10mm。烟囱材料为A3钢,壁厚30mm,锈蚀约3 ~ 5mm,缆风绳10mm 待更换。吊盘自抬升法施工工艺,原则上是先期制作分体吊盘、带楼梯、辅助包箍、自由包箍、固定包箍;这些设备在现场组装后,再实施吊盘的爬升作业;当吊盘爬升到顶部时,安装缆风包箍,并将缆风包箍作为吊盘的上吊点源,利用常规的方法升降吊盘,实施除锈、油漆作业。如图1 所示。
本案的关键是吊盘的爬升作业;本案将烟囱作为升降的固定支柱,辅助包箍和自由包箍交替固定在烟囱上,固定在烟囱上的包箍拉升另外一只包箍;交叉动作,实现吊盘的爬升动作。如图2 所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 2 施工工艺
本案的工艺顺序:①制作吊盘、楼梯、包箍;②现场拼装组件、布置机具、松弛钢绳;③紧固辅助包箍,从楼梯爬上去,实施作业,此时辅助包箍通过楼梯拉住吊盘;④自由包箍连接,辅助葫芦与自由包箍连接;⑤松弛主葫芦,主葫芦挂在自由包箍上,并与吊盘相连;⑥
拉升自由包箍,拉升辅助葫芦,达最高临界值;⑦紧固自由包箍,从楼梯爬上去,实施作业;⑧吊盘抬升,连接主葫芦与吊盘;⑨收紧主葫芦,达中途临界值;⑩辅助包箍,从楼梯爬上去,实施作业;瑏瑡拉升吊盘,收紧主葫芦,达最高临界值;瑏瑢重复工序4 ~ 6,达烟囱最高点;
瑏瑣安装固定包箍、配置吊点、索具;瑏瑤缆风绳安装与调整;瑏瑥除锈、喷漆,利用稳车实施吊盘升降作业;瑏瑦清理现场、完成作业。
主要安装机具配置或涉及的设施及数量:①烟囱5m × 35m 高;②缆风钢丝绳12,4;③缆风钢丝绳12,4;④天轮(滑轮)1t,1;⑤牵引蝇15,4 × 100m;⑥地轮(滑轮)1t,4;⑦稳车10tJZ - 10,4;⑧吊盘2half,1;⑨调节螺栓M10,4;⑩木塞箍- 20,8;瑏瑡防坠木塞木
质,8;瑏瑢铰链1″,4;瑏瑣楼梯1″,4;瑏瑤自由包箍摩擦系数f = 0. 15,3;瑏瑥缆风包箍- 100 × 8,1;瑏瑦辅助葫芦2000kg,8;瑏瑧辅助包箍- 100 × 8,2;瑏瑨包箍本体- 100× 8,24;瑏瑩摩擦垫摩擦系数f = 0. 25,3 × 16;瑐瑠包箍螺栓M27,12 只;瑐瑡木螺丝1″;瑐瑢固定耳栏杆 34″;瑐瑣卸扣2t,16;瑐瑤棕绳15,100m;瑐瑥尼龙线5。
3. 3 自抬升平台设计要点
3. 3. 1 承载说明
由于在平台上作业人员不会超过6 人,且施工的器具都为手工工具,测算的平台受力不会超过10kN,显然为轻载工况,根据《钢结构设计规范》GB50017-2003,采用轻型结构设计。吊盘自抬升工艺在高耸烟囱维护中的应用
3. 3. 2 吊点设计
吊点由包箍来提供,经过测算,包箍需提供的总摩擦力约18kN(或2 × 18kN)。由于烟囱直径的变化,包箍设计成4 个1 /4 圆弧,每个1 /4 圆弧布置2 个摩擦垫(见图3);这样包箍就能够紧压烟囱,产生足够的摩擦力来实现提升功能( 烟囱锥度起辅助作用)。图中尺寸a 成为关键,由于烟囱逐渐变细它必须提供足够的紧固空间来,实现螺栓的预紧。经过测算a 需取400mm,如果在上升到一半时,更换包箍,这样a 取150mm 且与摩擦垫(厚度取20 ~ 150mm)(见图4 的PP)相配合,就可以满足要求;此时,包箍螺栓( 见图4Q向)的预紧力经过仅需40kN/2 只(取钢材-钢材之间的摩擦系数为0. 15,钢-木之间的摩擦系数为0. 25),采用2 - M27 × 350 螺栓即可,包箍采用扁铁100mm × 8mm即可。
3. 3. 3 导向设计
辅助包箍起与吊盘本体一起起到导向功能,在辅助包箍松弛时,包箍螺栓并不完全脱开( 见图4Q 向),一起保证导向功能。
3. 3. 4 防坠设计

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

发生意外时,防坠木塞( 见图5) 上的调节螺栓和包箍用尼龙线相连;在飞车时,防坠木塞完全可以阻尼吊盘的下滑;经过实验,下滑约1m 即可刹车。

3. 3. 5 连锁设计
吊盘、楼梯、辅助包箍通过铰链或卸扣串联。
4 工艺特点
4. 1 安全性能好
1)与传统的搭建脚手架或利用自身的爬梯作业相比,避免了人员的爬梯作业,降低了危险系数,同时实现了烟囱的全方位维护和检查;和使用吊机或落地大修相比,避免了拆除周围设备( 或设施) 的可能;而且使用吊机吊人作业并不为安全部门所容许。
2)辅助包箍、自由包箍、吊盘上设置许多吊点,提供了施工人员的安全绳吊点;栏杆提供了作业人员的常规保护。
3)防坠木塞( 见图5) 采用倒推把结构,牵引尼龙绳确保吊盘飞车时可以刹车;即使牵引尼龙绳失效,调整尺寸b 也可保证吊盘在离地3m 时归0,保证吊盘发生意外时不会落地,从而有效地保证安全。4)吊盘上盖板L( 见图2)、配置的棕绳确保吊盘
在空中卡阻时可以逃生。
4. 2 技术可靠
①平台作业,实现烟囱施工空间的无阻碍化,可以重复检查、多次维护;②避免脚手架作业的施工、质检的交叉进行影响作业的连续性;③避免爬梯作业的危险性和局限性;④可以实现连续施工、避免漏点现象的存在;⑤对烟囱的缺陷可以修复,也避免落地大修可能
带来的危害和烟囱使用寿命的缩短以及一些不可测的因素。
4. 3 工效高、工期短
采用吊盘自抬升工艺扩大了作业空间、避免了脚手架的阻碍或爬梯作业的空中跳板作业的高难工艺,其加工制作可以提前准备,在此次施工中,作业时间仅3d,而正常的脚手架作业需要9d;采用吊机作业,则需要6d;落地大修如采用吊机配合,落地和重新竖立就需要2d 才能完成,如采用扒杆配合,则需要5d。显然吊盘自抬升工艺的维修工效较高。
4. 4 经济效益好
1)采用脚手架作业,需要脚手架1 500m;其正常损耗约10% 为150m 或700kg。吊盘的总重约450kg;
显然吊盘作业损耗较少,还可节约1 500m 脚手架的租用或购买的费用。
2)采用吊机作业或辅以吊机作业( 如落地大修),必须使用16 ~ 32 000kg 大中型吊机一个台班就是6 千元,需要台班费用约3. 6 万元。
3)采用落地大修,如果使用扒杆作业,则必须使用8 000kg 吊机来配合,并需要325 × 27 的扒杆;如采用吊机辅助作业,则台班费约1. 2 万元,显然两者的费用远高于本案。
4. 5 场地需求小
吊盘自抬升工艺仅需求烟囱周围的必要场地,不会大于脚手架的场地显然这是任何烟囱都具有的;而稳车的布置和钢丝绳的走向可以根据烟囱周围的情况进行布置,不需要额外的空间。
4. 6 存在的问题

箍的安装由于缆风包箍位于烟囱的最高点,安装较为困难;升得太高,则吊盘失去辅助包箍的导向功能,升的太高或太低,则缆风箍的就位较难。经过分析,采用旧缆风包箍作为吊盘的导向固定,降低危险系数,从而解决此问题。
2)包箍的适应性自由包箍和辅助包箍在施工的中途需要更换,以适应烟囱上细下粗的结构,而辅助包箍由于和楼梯通过铰链相连接,所以较难;经过研究,决定在楼梯上端布置两个辅助包箍( 用不同的铰点连接),更换在用辅助包箍后,即将先用的辅助包箍拆除,对于缆风包箍及附件采用不锈钢材料,以便长期使用。
3)悬吊物作业的安全性本案吊盘的功能是提供作业平台;考虑拼装、升降及施工需求,吊盘( 件2) 采用2 个half 结购,在现场焊接成整体( 内径为5. 05m,外径7m);本案的楼梯、栏杆等均采用轻型结构设计,其安全系数达5 倍,包箍的安全系数达9 倍。符合《建筑安装工程施工技术操作规程》的要求。在施工过程中也曾经发生了吊盘下滑事故,但在离地5m 的地方,就为防坠木塞所阻,在2m 的高度即停止。
5 结语
实践证明,吊盘自抬升工艺在烟囱维修作业中,以其在安全、经济、优质、高效、场地等方面的优势,取得了成功,为高耸构筑物的维护开辟了一条新思路。

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