大跨度钢结构装焊工场室内机电管线布置安装

1 工程概况

中船长兴岛装焊工场为单层大跨度钢结构建筑, 主体结构采用四联跨大跨度单层钢结构, 呈长方形, 长 255 m, 宽169.48 m, 建筑面积 35 450 m2。四联跨主体钢结构采用钢柱加钢梁系统, 屋面采用彩钢板和阳光屋面板, 四跨车间横向跨 距 分 别 为 48 m、33 m、30 m、30 m, 各 跨 高 度 分 别 为35.4 m、31.2 m、27.2 m、27.2 m, 纵向柱距 12 m( 图 1) 。

装焊工场的功能主要为钢材焊接和冷加工, 用电容量大, 机电安装管线主要为工艺动力管道、消防管道和电气线路。工艺动力管道设压缩空气、氧气、乙炔、二氧化碳 4 种气体管道, 由动力站房供应, 采用接头箱形式供气。消防管道为工场**灭火系统, 采用 4 路 DN150 mm 管市政进水, 在每柱位置设消防箱。电气采用 4 座 10/0.4 kV成套箱式变电站供电, 主要线路为变电站进户高压电缆、电焊机及冷加工机床电源母线槽、照明电源母线槽和双梁桥式起重机滑触线安装。

2 工程特点和难点

装焊工场具有高、跨度大的特点, *高处达到 35 m, 4 跨的跨度大, 且都超过 30 m, 横向*大跨度达到 48 m, 纵向柱间距也达到 12 m。由于室内设置的 17 台各种类型起重机,启动时, 地面振动大, 整个工场地坪内不能安装任何机电管线, 所有管线都必须在钢结构上空设置, 包括变电站高压电缆、起重机滑触线、母线槽、工艺动力管道等。大量机电管线在高空大跨度的钢结构下安装, 是装焊工场机电安装工程*大的特点, 增加了施工难度, 更难确保施工进度。

工场消防箱按照结构柱的位置布置, 管道在钢结构柱中间安装, 但在工场外侧及四联跨连接处, 起重机经过的部位,消防管道和动力管道必须高于起重机, 管道要安装在起重机上方的 12 m大跨度的梁内, 施工人员无法在高空连接管道。工艺动力管道中, 压缩空气、氧气、乙炔为 GC3 压力管道, 属于特种设备, 需要按照相应规定进行检测, 而且不同管、道之间必须保持一定安全距离, 更是增加了施工难度。在电气线路中, 变电站高压进户电缆需要穿过屋盖网架, 工场照明及分支电源管线安装于钢屋盖下, 是安装*高的线路。起重机滑触线在钢梁外侧外沿下方, 支架焊接和滑触线拼接难度大, 是工场施工难度很大的内容之一。

3 管线分类和布置

装焊工场机电安装管线按照用途、施工方法可以分为四类, 包括 4 套变电站电源高压电缆; 照明、电力设备供电的母线槽; 照明及管线; 起重机滑触线; 工艺动力管道; 消防管道和雨水管道。

3.1 电缆和母线槽

装焊工场四跨分别设置一套箱式变电站, 所以电缆有10 kV高压和 380 V低压两种, 10 kV高压电缆从工场外部接入, 通过“引上接下”的方式, 经过钢结构屋盖网架, 再接入箱式变电站。

低压供配电主干线路采用电缆和母线槽供电, 安装位置分布区域广, 照明控制箱、大型桥式起重机采用电缆供电; 动力设备箱采用母线槽供电。桥架、母线槽安装在钢柱内部, 桥架在一层钢平台下吊装, 采用大长度吊架固定, 配电箱均匀分布在工场分区隔断的墙体上。

3.2 工艺动力管道

工场动力系统的管道设置要求高, 乙炔和氧气均具有可燃、助燃特性, 安装位置有特定要求, 除管道固定间距有一定要求外, 还要保证各系统管道和电气设备、电气线路之间保持一定安全距离。将工场内主要工艺动力管道在钢柱内分层布置, 满足固定间距和管道之间安全距离要求。

3.3 起重机滑触线

起重机滑触线沿行走路线安装, 根据起重机起吊高度,分成 14 m、17 m、24 m三个高度, 每跨都设有 3 台以上不同起吊吨位和起吊高度的起重机。

3.4 高空灯具安装

工场照明采用广照型金卤灯, 吊装于屋顶网架下方, 照明电源线安装于网架中间。

3.5 雨水管道施工

装焊工场屋面面积大, 雨水采用虹吸式雨水系统, 雨水立管在钢柱内安装, 直接排入地面排水沟。

4 主要施工技术措施的选用

4.1 电缆和母线槽安装

电缆桥架和母线槽主要安装于工场上方网架屋盖和钢结构柱两个部位, 材料搬运、安装全部采用人工进行。为避免材料坠落, 网架屋盖内桥架本体和盖板分两次搬运、安装, 先安装桥架, 在电缆全部敷设完毕、测试后, 再进行盖板安装。高压电缆穿越工场的横向跨度, 设置滑轮, 减少敷设阻力。

4.2 过梁工艺动力管道和消防管道安装

工场两侧过梁长度 12 m, 动力工艺管道和消防管道无法在高空拼装、连接, 采用地面拼接、检测, 一次吊装安装。

4.3 高空滑触线安装

高空滑触线施工, 无安全防护设施, 采用自制吊篮, 利用钢结构梁固定的施工技术措施; 起重机滑触线支架偏差控制采用叠合拉线安装支架, 控制支架安装偏差。

4.4 高空灯具安装

工场灯具安装高度高, 灯具安装位置和起重机双梁顶面超过 2 m, 在无适宜登高设施的情况下, 进行了施工各方综合协调, 保证起重机和滑触线同步施工好, 在起重机通电、调试后, 采用在起重机顶搭设脚手架的方式, 进行了工场照明系统施工。

5 主要施工过程控制

5.1 变电站高压电缆和电气主干线

5.1.1 箱式变电站和高压电缆

装焊工场设立 4 套变电站, 安装于各自 4 m的钢平台上方, 变电站采用集成式箱式变配电站( 图 2) 。变配电站的高压电源在室外引进后, 采用在屋顶网架敷设方式, 分路接入各变配电站。

变电站安装采用汽车吊直接吊装, 装焊工场内部空间宽敞, 建筑钢结构屋盖施工好, 室内无大宗材料堆放时开始施工, 汽车吊直接进入工场内部施工。

高压电缆施工必须经过桥架支架安装、桥架安装、电缆测试、电缆敷设、桥架盖板几个过程。由于桥架安装高度在屋盖网架 27 m的高度( 图 3) , 网架上弦杆和腹杆之间有 2.5 m距离, 人员在上面操作的危险因素非常高。为了保证人员能够进入网架施工, 采用了在网架中拉白综绳的方式, 白综绳在经过的每根网架连接杆位置打结, 作为施工人员行走的安全设施。

电缆敷设要分成六组人员, 每组人员分工明确。地面放电缆一组, 负责将电缆顺电缆盘放出; 在放电缆一侧, 上方20 m钢平台一组人员, 负责将电缆拉上网架内桥架; 网架中间, 整理、理顺电缆两组, 负责小负荷牵引; 在变电站一侧钢平台, 接受电缆人员一组, 负责将电缆从桥架方向牵引; *后一组人员负责号令、指挥, 协调电缆敷设。

5.1.2 低区电气管线施工

装焊工场相当多电气管线安装于一层钢平台下方, 包括电气桥架、电气管道和母线槽等。安装在钢平台下方, 可以利用钢平台焊接支架, 解决支架的固定点( 图 4) 。

支架采用角钢现场制作, 在确定走向后, 根据安装高度、管线布置宽度计算出支架的尺寸, 将支架和钢结构平台焊接, 支架间距应符合要求。

母线槽的安装先提前考虑好配电箱、分支接头的位置,在连接头、分支部位均设置支架。( 图 5)

所有管线安装完毕后, 将支架刷漆防腐, 颜色和钢结构的颜色相同。

5.2 高空滑触线安装

滑触线是装焊工场桥式起重机的动力源, 是工场内施工危险因素*大的内容之一, 而且, 数量大, 有大小型桥式起重机 17 台( 表 1) , 总安装滑触线约 8000 m。装焊工场的滑触线安装量大、距地面高度大, 滑触线*高安装高度为 23.7 m, 施工难度大, 工期要求紧。通过对整个工场各工种整体进度的综合安排, 仔细安排滑触线施工,确定了支架、滑触线测试、滑触线安装等施工步骤, 通过专门设计的吊篮保证了滑触线施工质量。

5.2.1 支架焊接

为保证施工进度, 滑触线角钢支架先在地面按照尺寸落料好, 成捆运输至各个高度的操作平台。将电焊机运至操作平台后, 直接将支架焊接在钢平台上。

5.2.2 滑触线安装

滑 触 线 根 据 起 重 机 的 高 度 , 共 设 置 3 层 , 分 别 在14.0 m、17.0 m 和 24.0 m 的 3 个钢平台, 施工高度高、难度大。

滑触线安装时, 钢平台栏杆还未安装, 既要保证滑触线安装质量, 又要保证施工人员安全, 难度大, 采用钢制吊篮,槽钢横跨固定在钢平台上方, 既保证人员安全, 又大大方便了施工, 提高了施工质量。

5.3 灯具安装

工场灯具采用广照型金卤灯, 吊装于屋顶网架下方, 照明电源线安装于网架中间 ( 图 6) 。照明采用 4 套按钮箱控制, 分别设在 C/9、G/3、G/10、G/15 轴线位置。干线采用 25A、32 A三相母线槽, 支线采用 BV- 750 铜芯塑料绝缘导线穿黑铁管沿钢屋架明敷, 车间内照明安装容量 247 kV, 其中值班照明为 26 kV, 设计照度为 200 lx。照明光源采用防震型HXJ1000 型金卤灯, 设 19 排, 13 列灯具, 总 247 套灯具。

5.3.1 安装技术的选用

工场屋顶网架的桁架上弦杆和下弦杆的高差 2.5 m, 施工人员不能上网架施工。

照明电源管道和灯具安装考虑利用起重机进行施工, 所以灯具以及管线需要安排在屋顶网架和阳光板施工完毕, 起重机经通电、运转后进行。

5.3.2 安装设施的搭设

考虑采用起重机后, 起重机的顶面高度离灯具有 2.6m的距离, 在起重机上方搭设脚手架的方式, 利用起重机移动,组成一个移动的脚手架。

5.3.3 管线和灯具安装

先确定灯具具体安装的网架节点部位, 然后按照照明回路对照明电管逐段连接。

电管直接固定在网架连接杆上, 采用抱箍固定。为保障施工人员的作业安全, 作业人员都安排传递、连接管道等多人进行, 施工安全员随时陪同检查。

5.4 动力、消防管道施工

装焊工场动力是生产用特殊气体系统, 包括压缩空气、二氧化碳、乙炔、氧气等四种气体管道, 从厂区储气罐引来,在各柱设置接头箱。

5.4.1 管道布置和改进

根据设计和业主的要求, 为美观和安全需要, 所有动力管道和消防水管安装于 9.0 m钢平台和 17.0 m钢平台中间的钢柱中, 这对工期紧、登高作业设施少的钢结构建筑来说,施工难度相当突出。

经过积极争取, *终将动力管道按照危险程度分类, 分为高区和低区动力管道, 不可燃动力管道安装在 9.0 m 以下。

5.4.2 低区动力、消防管道安装

低区动力和消防管道为工场非可燃气体管道和水管, 包括压缩空气、二氧化碳和消防水管, 管道安装于钢柱横向连接杆上, 根据规范要求, 在中间再增设固定支架(图 7)。

5.4.3 高区动力管道安装

高区动力管道为乙炔气体管道和氧气管道, 按照设计要求管道必须距离滑触线的距离在 3.0 m以外, 安装的高度在12.0~ 14.0 m之间。管道安装高度取允许范围的中间值, 安装在 13.0 m的高度, 采用大长度、全螺纹吊杆吊装( 图 8) 。

5.4.4 高空梁内工艺动力、消防管道安装

工场分为四跨, 每跨为 24 根柱, 消防管道、动力管道需要在工场内联通, 受到起重机影响, 管道不能在低于起重机的部位、也不能在地坪安装, 只能安装在过梁*高位置( 图9) 。管道施工采用地面拼装、检测后, 整体提升的安装技术。首先, 施工前, 先按照图纸、现场实际尺寸, 进行管道下料、预制, 同时进行管道固定支架制作, 将需要施工的管道、支架在地面加工、制作。再将管道按焊接、丝扣等连接方法进行拼装, 拼装成“Π”型, 然后对管道进行试压, 对工艺动力管道进行无损检测等试验。*后, 在管道试验合格后, 对管道、支架进行防腐处理,管道按照各自要求进行色标, 乙炔为白色, 氧气为蓝色, 压缩空气为灰色, 二氧化碳为黄色。支架根据钢结构颜色进行防腐。

5.4.5 动力和消防设备安装

4 种动力系统管道的接线箱安装靠钢柱钢管安装, 并在钢柱管上焊接支架固定。

7 效果和总结语

同发达国家相比, 钢结构建筑在我国起步较晚, 尤其采用拼装、焊接后, 可以利用的施工机械和现成脚手架几乎没有, 机电安装工程成熟及可借鉴的施工经验也相当少, 给施工带来的难度非常大。对于高空钢平台外侧管线施工, 必须预防施工人员直接在钢平台或起重机轨道侧施工, 既危险又不能保证滑触线施工质量, 采用可移动横跨吊篮的安全设施, 经济、便捷, 又能保证工程质量。高空过梁消防、工艺动力管道, 在高空连接管道不现实, 采用地面拼接、检测, 再整体吊装是行之有效的方法, 在类似条件下, 完全可以参照使用,进行局部、整体二次试验, 也符合相关施工验收规范要求。对高空母线槽、灯具施工, 需要根据施工环境进行特别设计, 包括人员行走、操作、材料运输等措施, 本工程的施工经验一定程度上解决了高空、大跨度、复杂条件下的施工难题, 提供了

有效、可靠的技术措施, 但所有高空施工作业, 都必须在人员有效安全防护, 施工严密监控下进行。