1 工程概況

中船長興島裝焊工場為單層大跨度鋼結構建筑, 主體結構采用四聯跨大跨度單層鋼結構, 呈長方形, 長 255 m, 寬169.48 m, 建筑面積 35 450 m2。四聯跨主體鋼結構采用鋼柱加鋼梁系統, 屋面采用彩鋼板和陽光屋面板, 四跨車間橫向跨 距 分 別 為 48 m、33 m、30 m、30 m, 各 跨 高 度 分 別 為35.4 m、31.2 m、27.2 m、27.2 m, 縱向柱距 12 m( 圖 1) 。

裝焊工場的功能主要為鋼材焊接和冷加工, 用電容量大, 機電安裝管線主要為工藝動力管道、消防管道和電氣線路。工藝動力管道設壓縮空氣、氧氣、乙炔、二氧化碳 4 種氣體管道, 由動力站房供應, 采用接頭箱形式供氣。消防管道為工場**滅火系統, 采用 4 路 DN150 mm 管市政進水, 在每柱位置設消防箱。電氣采用 4 座 10/0.4 kV成套箱式變電站供電, 主要線路為變電站進戶高壓電纜、電焊機及冷加工機床電源母線槽、照明電源母線槽和雙梁橋式起重機滑觸線安裝。

2 工程特點和難點

裝焊工場具有高、跨度大的特點, *高處達到 35 m, 4 跨的跨度大, 且都超過 30 m, 橫向*大跨度達到 48 m, 縱向柱間距也達到 12 m。由于室內設置的 17 臺各種類型起重機,啟動時, 地面振動大, 整個工場地坪內不能安裝任何機電管線, 所有管線都必須在鋼結構上空設置, 包括變電站高壓電纜、起重機滑觸線、母線槽、工藝動力管道等。大量機電管線在高空大跨度的鋼結構下安裝, 是裝焊工場機電安裝工程*大的特點, 增加了施工難度, 更難確保施工進度。

工場消防箱按照結構柱的位置布置, 管道在鋼結構柱中間安裝, 但在工場外側及四聯跨連接處, 起重機經過的部位,消防管道和動力管道必須高于起重機, 管道要安裝在起重機上方的 12 m大跨度的梁內, 施工人員無法在高空連接管道。工藝動力管道中, 壓縮空氣、氧氣、乙炔為 GC3 壓力管道, 屬于特種設備, 需要按照相應規(guī)定進行檢測, 而且不同管、道之間必須保持一定安全距離, 更是增加了施工難度。在電氣線路中, 變電站高壓進戶電纜需要穿過屋蓋網架, 工場照明及分支電源管線安裝于鋼屋蓋下, 是安裝*高的線路。起重機滑觸線在鋼梁外側外沿下方, 支架焊接和滑觸線拼接難度大, 是工場施工難度很大的內容之一。

3 管線分類和布置

裝焊工場機電安裝管線按照用途、施工方法可以分為四類, 包括 4 套變電站電源高壓電纜; 照明、電力設備供電的母線槽; 照明及管線; 起重機滑觸線; 工藝動力管道; 消防管道和雨水管道。

3.1 電纜和母線槽

裝焊工場四跨分別設置一套箱式變電站, 所以電纜有10 kV高壓和 380 V低壓兩種, 10 kV高壓電纜從工場外部接入, 通過“引上接下”的方式, 經過鋼結構屋蓋網架, 再接入箱式變電站。

低壓供配電主干線路采用電纜和母線槽供電, 安裝位置分布區(qū)域廣, 照明控制箱、大型橋式起重機采用電纜供電; 動力設備箱采用母線槽供電。橋架、母線槽安裝在鋼柱內部, 橋架在一層鋼平臺下吊裝, 采用大長度吊架固定, 配電箱均勻分布在工場分區(qū)隔斷的墻體上。

3.2 工藝動力管道

工場動力系統的管道設置要求高, 乙炔和氧氣均具有可燃、助燃特性, 安裝位置有特定要求, 除管道固定間距有一定要求外, 還要保證各系統管道和電氣設備、電氣線路之間保持一定安全距離。將工場內主要工藝動力管道在鋼柱內分層布置, 滿足固定間距和管道之間安全距離要求。

3.3 起重機滑觸線

起重機滑觸線沿行走路線安裝, 根據起重機起吊高度,分成 14 m、17 m、24 m三個高度, 每跨都設有 3 臺以上不同起吊噸位和起吊高度的起重機。

3.4 高空燈具安裝

工場照明采用廣照型金鹵燈, 吊裝于屋頂網架下方, 照明電源線安裝于網架中間。

3.5 雨水管道施工

裝焊工場屋面面積大, 雨水采用虹吸式雨水系統, 雨水立管在鋼柱內安裝, 直接排入地面排水溝。

4 主要施工技術措施的選用

4.1 電纜和母線槽安裝

電纜橋架和母線槽主要安裝于工場上方網架屋蓋和鋼結構柱兩個部位, 材料搬運、安裝全部采用人工進行。為避免材料墜落, 網架屋蓋內橋架本體和蓋板分兩次搬運、安裝, 先安裝橋架, 在電纜全部敷設完畢、測試后, 再進行蓋板安裝。高壓電纜穿越工場的橫向跨度, 設置滑輪, 減少敷設阻力。

4.2 過梁工藝動力管道和消防管道安裝

工場兩側過梁長度 12 m, 動力工藝管道和消防管道無法在高空拼裝、連接, 采用地面拼接、檢測, 一次吊裝安裝。

4.3 高空滑觸線安裝

高空滑觸線施工, 無安全防護設施, 采用自制吊籃, 利用鋼結構梁固定的施工技術措施; 起重機滑觸線支架偏差控制采用疊合拉線安裝支架, 控制支架安裝偏差。

4.4 高空燈具安裝

工場燈具安裝高度高, 燈具安裝位置和起重機雙梁頂面超過 2 m, 在無適宜登高設施的情況下, 進行了施工各方綜合協調, 保證起重機和滑觸線同步施工好, 在起重機通電、調試后, 采用在起重機頂搭設腳手架的方式, 進行了工場照明系統施工。

5 主要施工過程控制

5.1 變電站高壓電纜和電氣主干線

5.1.1 箱式變電站和高壓電纜

裝焊工場設立 4 套變電站, 安裝于各自 4 m的鋼平臺上方, 變電站采用集成式箱式變配電站( 圖 2) 。變配電站的高壓電源在室外引進后, 采用在屋頂網架敷設方式, 分路接入各變配電站。

變電站安裝采用汽車吊直接吊裝, 裝焊工場內部空間寬敞, 建筑鋼結構屋蓋施工好, 室內無大宗材料堆放時開始施工, 汽車吊直接進入工場內部施工。

高壓電纜施工必須經過橋架支架安裝、橋架安裝、電纜測試、電纜敷設、橋架蓋板幾個過程。由于橋架安裝高度在屋蓋網架 27 m的高度( 圖 3) , 網架上弦桿和腹桿之間有 2.5 m距離, 人員在上面操作的危險因素非常高。為了保證人員能夠進入網架施工, 采用了在網架中拉白綜繩的方式, 白綜繩在經過的每根網架連接桿位置打結, 作為施工人員行走的安全設施。

電纜敷設要分成六組人員, 每組人員分工明確。地面放電纜一組, 負責將電纜順電纜盤放出; 在放電纜一側, 上方20 m鋼平臺一組人員, 負責將電纜拉上網架內橋架; 網架中間, 整理、理順電纜兩組, 負責小負荷牽引; 在變電站一側鋼平臺, 接受電纜人員一組, 負責將電纜從橋架方向牽引; *后一組人員負責號令、指揮, 協調電纜敷設。

5.1.2 低區(qū)電氣管線施工

裝焊工場相當多電氣管線安裝于一層鋼平臺下方, 包括電氣橋架、電氣管道和母線槽等。安裝在鋼平臺下方, 可以利用鋼平臺焊接支架, 解決支架的固定點( 圖 4) 。

支架采用角鋼現場制作, 在確定走向后, 根據安裝高度、管線布置寬度計算出支架的尺寸, 將支架和鋼結構平臺焊接, 支架間距應符合要求。

母線槽的安裝先提前考慮好配電箱、分支接頭的位置,在連接頭、分支部位均設置支架。( 圖 5)

所有管線安裝完畢后, 將支架刷漆防腐, 顏色和鋼結構的顏色相同。

5.2 高空滑觸線安裝

滑觸線是裝焊工場橋式起重機的動力源, 是工場內施工危險因素*大的內容之一, 而且, 數量大, 有大小型橋式起重機 17 臺( 表 1) , 總安裝滑觸線約 8000 m。裝焊工場的滑觸線安裝量大、距地面高度大, 滑觸線*高安裝高度為 23.7 m, 施工難度大, 工期要求緊。通過對整個工場各工種整體進度的綜合安排, 仔細安排滑觸線施工,確定了支架、滑觸線測試、滑觸線安裝等施工步驟, 通過專門設計的吊籃保證了滑觸線施工質量。

5.2.1 支架焊接

為保證施工進度, 滑觸線角鋼支架先在地面按照尺寸落料好, 成捆運輸至各個高度的操作平臺。將電焊機運至操作平臺后, 直接將支架焊接在鋼平臺上。

5.2.2 滑觸線安裝

滑 觸 線 根 據 起 重 機 的 高 度 , 共 設 置 3 層 , 分 別 在14.0 m、17.0 m 和 24.0 m 的 3 個鋼平臺, 施工高度高、難度大。

滑觸線安裝時, 鋼平臺欄桿還未安裝, 既要保證滑觸線安裝質量, 又要保證施工人員安全, 難度大, 采用鋼制吊籃,槽鋼橫跨固定在鋼平臺上方, 既保證人員安全, 又大大方便了施工, 提高了施工質量。

5.3 燈具安裝

工場燈具采用廣照型金鹵燈, 吊裝于屋頂網架下方, 照明電源線安裝于網架中間 ( 圖 6) 。照明采用 4 套按鈕箱控制, 分別設在 C/9、G/3、G/10、G/15 軸線位置。干線采用 25A、32 A三相母線槽, 支線采用 BV- 750 銅芯塑料絕緣導線穿黑鐵管沿鋼屋架明敷, 車間內照明安裝容量 247 kV, 其中值班照明為 26 kV, 設計照度為 200 lx。照明光源采用防震型HXJ1000 型金鹵燈, 設 19 排, 13 列燈具, 總 247 套燈具。

5.3.1 安裝技術的選用

工場屋頂網架的桁架上弦桿和下弦桿的高差 2.5 m, 施工人員不能上網架施工。

照明電源管道和燈具安裝考慮利用起重機進行施工, 所以燈具以及管線需要安排在屋頂網架和陽光板施工完畢, 起重機經通電、運轉后進行。

5.3.2 安裝設施的搭設

考慮采用起重機后, 起重機的頂面高度離燈具有 2.6m的距離, 在起重機上方搭設腳手架的方式, 利用起重機移動,組成一個移動的腳手架。

5.3.3 管線和燈具安裝

先確定燈具具體安裝的網架節(jié)點部位, 然后按照照明回路對照明電管逐段連接。

電管直接固定在網架連接桿上, 采用抱箍固定。為保障施工人員的作業(yè)安全, 作業(yè)人員都安排傳遞、連接管道等多人進行, 施工安全員隨時陪同檢查。

5.4 動力、消防管道施工

裝焊工場動力是生產用特殊氣體系統, 包括壓縮空氣、二氧化碳、乙炔、氧氣等四種氣體管道, 從廠區(qū)儲氣罐引來,在各柱設置接頭箱。

5.4.1 管道布置和改進

根據設計和業(yè)主的要求, 為美觀和安全需要, 所有動力管道和消防水管安裝于 9.0 m鋼平臺和 17.0 m鋼平臺中間的鋼柱中, 這對工期緊、登高作業(yè)設施少的鋼結構建筑來說,施工難度相當突出。

經過積極爭取, *終將動力管道按照危險程度分類, 分為高區(qū)和低區(qū)動力管道, 不可燃動力管道安裝在 9.0 m 以下。

5.4.2 低區(qū)動力、消防管道安裝

低區(qū)動力和消防管道為工場非可燃氣體管道和水管, 包括壓縮空氣、二氧化碳和消防水管, 管道安裝于鋼柱橫向連接桿上, 根據規(guī)范要求, 在中間再增設固定支架(圖 7)。

5.4.3 高區(qū)動力管道安裝

高區(qū)動力管道為乙炔氣體管道和氧氣管道, 按照設計要求管道必須距離滑觸線的距離在 3.0 m以外, 安裝的高度在12.0~ 14.0 m之間。管道安裝高度取允許范圍的中間值, 安裝在 13.0 m的高度, 采用大長度、全螺紋吊桿吊裝( 圖 8) 。

5.4.4 高空梁內工藝動力、消防管道安裝

工場分為四跨, 每跨為 24 根柱, 消防管道、動力管道需要在工場內聯通, 受到起重機影響, 管道不能在低于起重機的部位、也不能在地坪安裝, 只能安裝在過梁*高位置( 圖9) 。管道施工采用地面拼裝、檢測后, 整體提升的安裝技術。首先, 施工前, 先按照圖紙、現場實際尺寸, 進行管道下料、預制, 同時進行管道固定支架制作, 將需要施工的管道、支架在地面加工、制作。再將管道按焊接、絲扣等連接方法進行拼裝, 拼裝成“Π”型, 然后對管道進行試壓, 對工藝動力管道進行無損檢測等試驗。*后, 在管道試驗合格后, 對管道、支架進行防腐處理,管道按照各自要求進行色標, 乙炔為白色, 氧氣為藍色, 壓縮空氣為灰色, 二氧化碳為黃色。支架根據鋼結構顏色進行防腐。

5.4.5 動力和消防設備安裝

4 種動力系統管道的接線箱安裝靠鋼柱鋼管安裝, 并在鋼柱管上焊接支架固定。

7 效果和總結語

同發(fā)達國家相比, 鋼結構建筑在我國起步較晚, 尤其采用拼裝、焊接后, 可以利用的施工機械和現成腳手架幾乎沒有, 機電安裝工程成熟及可借鑒的施工經驗也相當少, 給施工帶來的難度非常大。對于高空鋼平臺外側管線施工, 必須預防施工人員直接在鋼平臺或起重機軌道側施工, 既危險又不能保證滑觸線施工質量, 采用可移動橫跨吊籃的安全設施, 經濟、便捷, 又能保證工程質量。高空過梁消防、工藝動力管道, 在高空連接管道不現實, 采用地面拼接、檢測, 再整體吊裝是行之有效的方法, 在類似條件下, 完全可以參照使用,進行局部、整體二次試驗, 也符合相關施工驗收規(guī)范要求。對高空母線槽、燈具施工, 需要根據施工環(huán)境進行特別設計, 包括人員行走、操作、材料運輸等措施, 本工程的施工經驗一定程度上解決了高空、大跨度、復雜條件下的施工難題, 提供了

有效、可靠的技術措施, 但所有高空施工作業(yè), 都必須在人員有效安全防護, 施工嚴密監(jiān)控下進行。