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某工程一臺2萬m3的外浮頂儲罐,浮盤為單盤式結構,單盤直徑達36.5m。施工過程中,因設計變更,需要將單盤旋轉一定角度從而達到設計目的。如此大直徑、已預制成型的單盤,由于其剛性太差,用單臺吊車完全吊起來旋轉一定角度顯然是不切實際的,用多臺吊車將單盤局部吊起來旋轉也存在太多不確定因素,難以保證安裝精度。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,我們摸索出了一種巧妙的方法:利用手拉葫蘆,再借助于罐壁、單盤的臨時支撐網(wǎng)架、腳手架桿等施工現(xiàn)場常備的工具及材料,輕松且高精度地完成了此次單盤旋轉的施工。

1 工程簡介

該儲罐為外浮頂結構,直徑43m,高16.5m,公稱容積為2×104m3。 浮頂為單盤式結構,即浮盤邊緣為浮艙,中間為單層浮盤(以下簡稱單盤),浮盤外徑42.6m,單盤外徑36.5m,單盤厚度為5mm、重量為50t。前期施工中,已經將單盤部分預制完成,并完成了單盤上的所有開孔工作,但預制單盤時的臨時支撐網(wǎng)架還未拆除。后因設計變更,需要將單盤逆時針旋轉5°,換算成單盤外緣弧長為1.59m。

2 擬定施工方案

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,擬定了以下兩種施工方案:

2.1 方案一:利用多臺吊車抬吊旋轉

臨時拆除單盤上的集水槽,在集水槽位置安裝一根DN400的鋼管與罐底臨時焊接,并安裝斜拉支撐加固,以此鋼管作為旋轉中心軸。以單盤邊緣作為吊點,根據(jù)單盤的重量,吊車作業(yè)半徑,吊點之間的間距等參數(shù),通過計算選擇吊車的規(guī)格以及數(shù)量。經核算,需要至少10臺25t吊車均布于罐基礎四周,同時起吊單盤邊緣,向同一方向旋轉單盤。

2.1.1 優(yōu)點

多臺吊車作業(yè),可節(jié)省人力投入。

2.1.2 缺點

(1)多臺吊車配合作業(yè),吊車操作同步性要求較高,一旦發(fā)生吊車操作不同步的情況,可能會引發(fā)安全事故。

(2)當旋轉至與目標角度接近時,吊車操作不便于掌控安裝精度。如此,有可能需要投入更多的人力和物力去糾偏以調整精度。

(3)使用吊車臺班多,施工成本較高。

2.2 方案二:利用手拉葫蘆旋轉

安裝與方案一相同的旋轉中心軸。在單盤邊緣焊接若干吊耳,在同標高的罐壁上焊接吊耳作為手拉葫蘆的持力點。在單盤預制時的臨時支撐網(wǎng)架與單盤支架徑向安裝若干腳手架桿作為滾杠,以減小旋轉時單盤與臨時支撐之間的摩擦阻力。根據(jù)單盤重量、滾杠減小的摩擦阻力、吊點之間的間距等參數(shù),通過計算選擇手拉葫蘆的規(guī)格以及數(shù)量。經核算,需要至少8臺2T的手拉葫蘆均布單盤吊耳和罐壁吊耳之間,同時操作手拉葫蘆,向同一方向旋轉單盤。

2.2.1 優(yōu)點

(1)相比于吊車作業(yè),安全系數(shù)更高。

(2)人工操作手拉葫蘆,可以精確掌控旋轉角度,安裝精度較高。

(3)全部使用人力,相比于吊車臺班,施工成本相對較低。

2.2.2 缺點

耗用人工相對較多。

通過分析上述兩種施工方案的優(yōu)點和缺點,方案二在安全、質量以及成本的角度都顯得更優(yōu)。從工期角度分析,預計兩者相差無幾。所以,選擇用方案二施工。

3 理論計算

為了論證用手拉葫蘆旋轉單盤的可行性,如下的理論計算是必要的:

3.1 總牽引力計算

預使單盤轉動,需要計算其總牽引力,計算公式如下:

S=K起×Q×(δ1+δ2)/D

式中:S——牽引力,KN;

K起——啟動附加系數(shù),鋼滾杠對鋼軌道取1.5;

Q——牽引物體重量,kN;

δ1——滾杠與其接觸的上方物體表面的滾動摩擦系數(shù),鋼與鋼取0.5mm。

δ2——滾杠與其接觸的下方物體表面的滾動摩擦系數(shù),鋼與鋼取0.5mm。

D——滾杠的直徑,mm。此次擬采用48.3mm外徑的腳手架桿作為滾桿。

將本次施工相關的各參數(shù)代入上面的公式進行計算:

S= 1.5×50×9.8×(0.5+0.5)/48.3=15.22 kN

即利用手拉葫蘆施加在單盤上的總牽引力達到15.22 kN時,單盤便可開始轉動。

3.2 手拉葫蘆受力校核

要在單盤邊緣安裝手拉葫蘆,理論上講只要手拉葫蘆位置沿著單盤外緣圓周均布,手拉葫蘆的數(shù)量越多,則旋轉越輕松。但是,應考慮到,如果布置的手拉葫蘆數(shù)量越多,操作的人相應也多,操作同步性就會越差,就可能會造成受力不均勻,反而適得其反。綜合考慮,擬安裝8臺手拉葫蘆。

單臺手拉葫蘆的牽引力S單=15.22/8=1.9025kN;

將單臺手拉葫蘆的牽引力換算成質量為:

1.9025/9.8=0.194t。

根據(jù)以上計算,選擇8臺2t的手拉葫蘆可滿足要求。

3.3 手拉葫蘆安裝角度計算

如圖2所示,F為手拉葫蘆所施加的拉力,受力軸線與手拉葫蘆的拉鏈中心線重合。

F切為旋轉單盤時的有效拉力,其方向與單盤的外緣相切。

圖2 單個手拉葫蘆受力分析圖

F徑為分解在單盤徑向方向上的力,對于旋轉單盤屬于無效力。

F切=F×Sinα

當F一定時,α從 0°到 90°變化的過程中,F切隨α增大而增大;在α= 90°時達到峰值;當α從90°開始逐漸 變大的過程中F切隨α增大又會逐漸變小。

此外,利用CAD軟件對單盤旋轉的初始狀態(tài)進行模擬放樣,得出結論:當單盤旋轉 5°時,α的變化幅度也為 5°。

從上述分析可知,當α在 87.5°至92.5°范圍時,旋轉的有效拉力F切最有效。

4 施工工藝

4.1 工序流程

此次單盤旋轉施工的工序流程如圖3所示。

圖3 工序流程圖

4.2 安裝旋轉中心軸

為了保證在單盤旋轉的過程中不會發(fā)生軸向的位移,需要在單盤的中心安裝一個旋轉中心軸,安裝示意圖如圖4所示。根據(jù)設計圖紙,單盤的中心有一個828mm的開孔,是浮盤排水用的集水槽的安裝位置。先在單盤中心開一個434mm的孔,然后再用厚3mm、寬60mm的扁鋼煨制內徑428mm的護圈安裝在孔內,再以單盤中心軸線為中心軸安裝DN400的中心柱,最后再為中心柱安裝四根均布的斜支撐。注意,中心柱垂直度偏差應調整至0,在圖5所標識的焊縫焊接時,應保采用雙人、對稱、同方向焊接,焊接過程中監(jiān)測中心柱與扁鋼護圈之間一圈的間隙,及時采取措施調整,保證一圈間隙的均勻。

圖4 旋轉中心軸安裝示意圖

4.3 安裝滾杠

由3.1節(jié)中牽引力計算公式可以看出,滾桿的數(shù)量對于牽引力的計算不是一個因數(shù),所以其對牽引力沒有影響。但是,前提是滾桿安裝后,滾桿應托起整個單盤使之不與臨時支撐網(wǎng)架之間有接觸,否則單盤與臨時網(wǎng)架之間存在的摩擦力將會對牽引力有影響。本次施工中采用直徑48.3mm的腳手架桿作為滾桿,使用千斤頂將單盤局部頂起后諸根安裝滾桿(安裝示意圖詳見圖5)。經施工現(xiàn)場實際試驗,當相鄰的兩根滾桿間距為4.58m時為臨界點,當間距大于4.58m時單盤與臨時支撐網(wǎng)架之間會有接觸,當間距小于4.58m時則不會有接觸。為了保證受力的均勻性,按相鄰滾杠之間等間距布置滾杠,實際間距為4.1m,實際使用滾杠數(shù)量為28根,每根滾杠長度為15m。

4.4 安裝手拉葫蘆

(1) 在單盤邊緣上清晰標記0°、90°、180°、270°方位線。

(2)避開以上四個方位線,以其它任意角度為起始點,在單盤邊緣均布8個吊耳。

(3)按3.2節(jié)計算的手拉葫蘆安裝的起始角度87.5°,分別以單盤邊緣的吊耳為基準,在與之同標高的罐壁上安裝對應的吊耳。

圖5 滾桿安裝示意圖

(4)在每一對對應的吊耳之間安裝1個2T的手拉葫蘆,每個手拉葫蘆應繃緊但不施加拉力。

4.5 旋轉單盤

(1)將單盤邊緣0°方位線投影至罐底板,并做好標記。

(2)將單盤邊緣5°方位線投影至罐底板上。

(3)在單盤邊緣0°方位線上安裝一個磁力線墜。

(4)在圖5所示的扁鋼護圈內側及與之齊平的中心柱上涂抹潤滑油以減小摩擦阻力。

(5)安排一名總指揮,負責發(fā)號施令兼監(jiān)視磁力線墜旋轉情況;每個手拉葫蘆安排一人操作;另外再安排一人負責在旋轉過程中沿單盤巡檢是否有卡澀等情況發(fā)生。

(6)在每個手拉葫蘆的鐵鏈上,在距離進葫蘆口100mm處做一個標記,要求每次手拉葫蘆拉出長度控制在100mm,以此來控制每個手拉葫蘆上受力的均勻性。

(7)發(fā)號施令,開始旋轉,8個手拉葫蘆的操作者開始同時拉。手拉葫蘆每拉出100mm鐵鏈的長度,暫停。檢查每個手拉葫蘆拉鏈的松緊情況,如果有松弛的,及時進行拉緊調整。另外,每暫停期間,將磁力線墜穩(wěn)定下來查看其與罐底板上之前標記的5°方位線距離。

(8)按步驟(5)反復進行標記,按步驟(6)進行操作、調整。

(9)當磁力線墜與罐底板上5°方位線標記接近時,需要減小每次手拉葫蘆拉出鐵鏈的長度,用較小的幅度將磁力線墜旋轉至與5°方位線重合,即可停止操作。

4.6 檢查驗收

旋轉完成后,需對以下兩項參數(shù)進行檢查驗收:

(1)從單盤邊緣板上之前標記的0°方位線處懸掛磁力線墜,檢查與罐底板上之前標記的5°方位線是否重合。檢查無誤后,將單盤上的0°方位線標記清除,重新根據(jù)罐基礎的方位在單盤邊緣定位0°、90°、180°、270°方位點。

(2) 在 0°、90°、180°、270°方位點處,測量單盤邊緣點與同標高罐壁上對應的方位點之間的距離。復核測量的實際距離與圖紙尺寸的偏差。

4.7 旋轉實際效果

整個施工過程進行地很順利。旋轉后,復核旋轉角度,誤差為 0;復核單盤邊緣 0°、90°、180°、270°四個點與同標高罐壁對應的方位點之間的距離,最大誤差為3mm,通過檢查這四個點上單盤的直徑證實是單盤制造誤差,可忽略不計。

4.8 拆除臨時設施

在檢查復驗旋轉后安裝精度達標后,開始拆除臨時設施。拆除順序如下:

(1)拆除手拉葫蘆及吊耳。

(2)逐個拆除滾杠。

(3)拆除中心柱。

(4)打磨罐底、罐壁、單盤上所有的臨時焊接點。

5 結束語

在工程施工過程中,類似于本文所述的大直徑儲罐單盤進行一定角度旋轉這樣貌似巨大、復雜的施工難題,利用吊車施工會是一貫的思維。但是,這樣的問題其實完全可以利用現(xiàn)場常用的一些工器具予以巧妙解決,而且施工安全系數(shù)高、安裝精度高、更節(jié)省成本。借以此文,希望對類似施工問題提供些許靈感和借鑒。