爬模施工技術是我國由國外引進的具有80年代國際先進水平的冷卻塔施工技術。從哈爾濱第三發電廠二期工程7000m2冷卻塔施工開始應用該技術,主要解決三角架翻模施工不適應大型冷卻塔風筒施工的難題,減輕勞動強度,加快冷卻塔施工進度,保證施工質量及施工安全。在邊引進邊吸收的基礎上,不斷進行改進、提高,通過7座冷卻塔施工的應用,目前已全部設備國產化,冷卻塔風筒施工質量達到國內領先水平。這項技術主要適用于淋水面積5000m2以上的大型冷卻塔風筒施工,也可應用于大型圓形薄壁結構。
1、爬模施工技術總體設計
為解決大模板電動提升的構想,爬模施工工藝由以下幾部分構成:爬模系統(模板系統、平臺系統、腳手架系統)、垂直運輸系統(載物系統、載人系統)、測量找正系統。
1.1爬模系統
爬模系統主要由導軌、提升架、平臺、腳手架及模板等組成。導軌是施工機具的軌道,其他設備由蝸輪式減速機帶動沿導軌爬升,所以,爬模又可稱為“電動提模”。導軌分布于風筒內外,數量相等,間隔交錯布置,用高強螺栓與補償器相連,緊緊地夾在混凝土筒壁上,每4節導軌為1組,每節導軌長1500mm。每2根導軌形成1個獨立單元,單元主要參數如下:設備重量約為4500kg;提升速度為600mm/min;提升行程為750mm/次;工作環境溫度為-20℃~40℃。
單元的數量由冷卻塔風筒底部(環梁)、喉部(半徑最小處)、頂部的半徑及差值而定。既要滿足底部模板環向長度,又要考慮爬模冷卻塔施工通過喉部后因半徑增加而需增加模板量。為不新增加模板投入,用補償器進行增量補償,確定補償器的數量同時也確定了單元的數量。
操作平臺共分3層,由上至下分別為P1、P2、P3平臺。每層操作平臺又分為上平臺和下平臺2個部分,以便伸縮。P1平臺主要用于鋼筋綁扎、混凝土澆灌、提升導軌和混凝土養護等;P2平臺用于導軌安裝、找正及模板系統的安裝、拆除等;P3平臺用于提升架的提升操作、導軌拆除、混凝土表面質量檢查和缺陷處理、內筒壁防腐等工作。
模板系統由補償器、模板、壓條、管銷等組成。
模板用鋼絲繩掛在P1平臺上,隨導軌向上爬升而進行下一節風筒模板就位。
爬升裝置安裝在提升架的中部,由電動機、減速器、蝸輪蝸桿、提升螺桿和活動架組成。電動機、減速機、蝸輪箱安裝在提升架上,提升螺桿與活動架、蝸輪箱連接。當提升架的固定支托落在支撐銷上,而電機正轉時,提升螺桿頂著活動架上升,提升架不動;當活動架的固定支托壓在支撐銷上,電動機反轉時,活動架不動,提升螺桿帶動提升架和3層平臺向上爬升。這樣,就形成了活動架和提升架的交替爬行,使整個爬模系統逐漸上升。
1.2垂直運輸系統
混凝土、鋼筋及施工機具設備的垂直運輸由自升式折臂塔式起重機完成。為便于拆除,起重機可設置在冷卻塔中心或偏心位置。冷卻塔施工人員由風筒外側設置的附著式曲線電梯上下通行。
1.3測量找正系統
引進爬模冷卻塔施工技術初期,測量找正采取紅外測距儀測量斜距改正平距的方法,由于資金投入大、工作環境要求嚴格、工作時間長等不利因素,我們通過分析決定改進此項技術。方法是:在對應于風筒內導軌處,冷卻塔底板面上與導軌同一垂直面設置相同數量的輻射線,由中心向外徑向測量定位整米點位,半徑找正時,整米由輻射線量距,余距由激光經緯儀(或光學垂準儀)垂直投點,導軌找正處設置一水平尺測量余距。通過這種測量找正方法固定了導軌位置,然后進一步確定模板補償器的位置,安裝模板,外導軌由內兩導軌與圓周形成的小扇形拱高確定其位置。所有測量數據均為混凝土灰后結果,有利于調整半徑誤差。
2、爬模施工特點
2.1降低工人勞動強度
傳統三角架翻模施工采用3層定型鋼模板,施工中由工人進行人力向上翻倒,鋼筋、混凝土等施工材料垂直運輸至豎井架吊橋,上部作業面靠人力運輸至施工點,勞動強度高。而爬模施工采用了大型木模板,施工中由電動機完成模板的提升,冷卻塔施工人員只需維護就位,鋼筋、混凝土等施工材料由塔吊直接運輸至施工點,這樣大大降低了工人的勞動強度。
2.2保證施工質量及施工安全
由于爬模施工測量技術改變了懸掛吊盤測量找正方法,避免了人工拉尺可能出現的諸多誤差,而且混凝土澆筑前后2次測量,數據準確可信,且操作方便,保證了風筒半徑等幾何尺寸。大模板施工減少了模板拼縫及水平施工縫,由于導軌的補償作用改善了模板縫的處理,避免了混凝土施工振搗漏漿現象,有利于提高混凝土表面工藝水平。
爬模冷卻塔施工操作面為3層操作平臺,有利于交叉作業施工安全管理,整個爬模系統強度高,結構平穩,操作步驟清晰,工序安排合理,作業面安全設施齊全,施工人員由地面到上部施工作業面,通過風筒外設曲線電梯上下通行,確保了冷卻塔施工安全。
2.3加快施工進度,縮短工期
傳統三角架施工定型鋼模板最大規格為1000mm×1350mm,而爬模冷卻塔施工采用的大型木模板最大規格為2800mm×1500mm。由于導軌和補償器可以單組固定,模板也可以單塊固定,當鋼筋、模板安裝完成一段并通過測量找正后,隨即可以進行混凝土的澆筑工作,無需(如懸掛三角架翻模施工法)待全周模板安裝完成,才能進行模板找正和混凝土澆筑。因而實現了流水作業,加快了冷卻塔施工進度,縮短工期。
3、爬模施工技術需要進一步完善
到目前為止,應用爬模冷卻塔施工技術已先后完成了“哈爾濱第三發電廠3號、4號7000m2冷卻塔”、“元寶山發電廠4號、5號7000m2冷卻塔”、“武漢青山發電廠6000m2冷卻塔”、“武漢鋼鐵公司自備電廠1號、2號5500m2冷卻塔”的施工任務,冷卻塔施工質量各項指標均滿足施工規范及質量驗收規范的要求,達到了預期目的,為大型冷卻塔施工開辟了一條新的途徑。但是,在實際冷卻塔施工中爬模施工工藝仍存在一些不足之處,需要改進。
3.1提升模板系統的改進
模板目前為木模板,用11層膠合板做為面層板,25mm松木板做為基本層。為了增加模板的剛度,設3層100mm木方為加固帶,使模板的重量很大,又由于風筒半徑的變化,為滿足風筒半徑幾何尺寸的需要,隨著筒壁高度的增加,尤其接近風筒喉部時,模板需用手電鋸裁剪,浪費較大。一座冷卻塔施工完,當施工下一座同等或較大的淋水面積冷卻塔時,模板便不能使用。為避免施工浪費,便于模板使用周轉,將木模板改為鋼模板,即分為固定模板、收分模板(抽拔模板)和補償模板,這樣就可以用增加或減少收分模板來適應半徑變化。
3.2爬升系統的改進
原爬升系統是由蝸輪式減速機構成,在使用過程中施工荷載及提升阻力過大,致使有1/10的提升架由于減速機的損壞,只能人工提升,每座水塔蝸輪、蝸桿損壞達到50%左右,嚴重影響了正常冷卻塔施工。為此建議將原來的蝸輪傳動改為液壓提升式,以克服機械傳動帶來的不利影響。
3.3操作平臺的改進
原操作平臺采用抽拉式平臺,在冷卻塔施工過程中隨著水塔半徑的減小,相鄰提升架越來越近,使提升時兩提升架之間高差過大,易導致平臺的插銷拔出,造成安全事故。建議將原平臺插銷改為活動軸連接,將原操作固定平臺與抽拉平臺的平面滑動摩擦改為滾動摩擦,以減少阻力降低荷載,從而保證施工安全,提高冷卻塔施工速度。
3.4垂直運輸系統的改進
中心自升式塔吊上人(塔吊司機和機修人員)電梯原裝置中的電梯導軌為剛性導軌,其斷繩安全裝置不可靠,一旦提升鋼絲繩斷裂,勢必造成上人電梯高空墜落。后在折臂吊上人電梯上安裝了JFS-1.5型建筑防墜器,其安全程度有了很大提高,經武漢、元寶山工程幾年冷卻塔施工中的應用,效果很好。
中心自升式塔吊,在施工中存在制動不靈、吊重偏少和塔身剛度不好等缺陷,有待改進。
外部曲線載人電梯,載重量少,且速度慢。建議設計制造廠家改進,開發性能好的運輸機械。
