洞库砼顶油罐换顶施工方法

张东升 李 大 胡华月 徐允明

〔1 联勤保障部队供应局；2 晋中军分区；3 解放军66361部队〕

洞库立式金属油罐作为后方油库的一类设备，安全运行状况是油库安全管理的重点。日前，联勤保障部队驻晋某油料仓库圆满完成了8座洞库砼顶油罐换底换顶施工任务。由于油罐换底工艺已有成熟技术经验，在此笔者仅对砼顶油罐换顶施工方法进行归纳总结，以供参考。

1 洞库砼顶油罐的构造形式

某油库为山体洞库，有单通道和双通道两种构造形式。这次完成改造的是双通道式洞库油罐，1969年8月建成投入使用，为上下复合式结构。尽头式上导洞和下引洞均为葡萄式平面设置，下引洞通道两侧不规则分布8座砼顶油罐，上导洞通道两侧对应连接至各座油罐的砼顶，每座油罐砼顶均设有量油孔和喊话孔(用于收发作业时上导洞与罐室内人员通联)。油罐呼吸管路通过上导洞引至洞外。上下通道均为独立密闭空间，分别设置通风系统。上导洞通风系统采用金属通风管，由量油孔处沿通道上方引至洞外；下引洞通风系统采用混合通风管路，罐室金属通风管从罐壁顶部人孔处连接至支通道及主通道地坪下方的砖砌风道，在洞口第一道密闭门内与洞外金属通风管相连。

砼顶油罐罐体上设有直爬梯，非旋转盘梯，人员上下较为不便。罐体底层壁板设上中下3根取样管，由于静压力较大，取样管阀门经常出现渗油现象。封围设施仅安装罐室和洞口密闭门，缺少排水阻油装置和洞外拦油池(堤)。此外，单通道式砼顶油罐结构与双通道式下引洞基本相同，仅砼顶上未设测量孔和喊话孔，呼吸管路沿下引洞墙壁引至洞外。这两种类型砼顶油罐，由于建设时间久远，部分砼顶出现脱皮、混凝土渣块脱落甚至坍塌现象，均急需改造换顶。

2 洞库砼顶油罐换顶施工难点

由于洞库砼顶油罐构造的特异性，决定了换顶施工的特殊复杂性，与地面、覆土油罐以及洞库内油罐新建、换顶相比均存在很大差异。主要有以下三个方面的难点：

一是洞库内部施工作业空间狭小。以该库山体洞库为例，洞库内巷道布局紧凑，主通道及支通道最大高度2.2 m，最大宽度为2.8 m，罐室内衬墙面与罐壁之间最大距离仅有0.8 m，安装操作空间相当窄小，大型机械无法进入，吊装机具使用困难，施工作业空间极其有限。罐顶板焊接、罐壁板喷砂除锈、油罐防腐等作业时，烟气、粉尘在有限空间内容易积聚，洞库内多个油罐同时施工，安全风险骤然提高。

二是原有罐壁承重能力有待论证。洞库油罐一般建设年代较早，大多始建于上世纪六七十年代，尤其是洞库砼顶油罐，顶层壁板厚度一般仅为3～5 mm。加之年代久远，洞内湿度较大，腐蚀锈蚀现象较为普遍，能否承受新建罐顶的载荷需要，必须由设计单位认真核算，切忌盲目上马造成损失。

三是传统换顶施工方法均不适宜。目前油罐换顶施工普遍采用罐内搭设满堂脚手架起拱法、罐顶瓜皮板下设弦拉起拱法和逐块拆换法三种方法。第一种方法对瓜皮板组焊的搭接宽度有严格要求，一次成型的可能性很小，高空作业，调整不便，罐顶的成形质量较难控制，并且搭设满堂脚手架费时费力，罐内障碍较多，施工难度剧增；第二种方法拉弦的位置适当才能满足罐顶起拱的成形质量，且瓜皮板下设置的拉弦不易拆除，拆除时亦需搭设满堂脚手架，程序繁琐，施工安全难以保障；第三种方法适用于金属拱顶油罐换顶施工。由此可见，常用换顶施工方法均不适用于洞库砼顶油罐。

3 洞库砼顶油罐换顶实施步骤

经军地专家、设计人员、建设单位多次会商，最终确定“保留加固原砼顶作为罐室壳顶，在原有油罐罐体上增加钢质拱顶”的砼顶油罐换顶方案。由于无成熟经验做法可供借鉴，经多次研究论证，提出“桁架整体提升”的换顶方法。具体实施过程可分为四个步骤：

一是切割预埋钢板。首先在罐体下部适当位置切设进料口，在罐内搭设移动式脚手架，提供切割作业平台。由于预埋的环向“ィ”型钢板浇筑于被覆砼顶内部，为防止切割作业破坏被覆层，沿砼顶下沿约3 cm处对预埋钢板进行切割。针对残留在被覆砼顶上裸露部分的旧钢板，沿切割线进行打磨至平整光滑，防止人员在新罐顶上进行设备检修、拆装等作业时头部磕碰受伤。切割后新罐顶中心孔距离被覆内衬表面垂直高度不宜低于1.2 m。

二是增设中心支柱。因原有旧罐壁较薄，与现行国家规范中罐壁的厚度要求相差较大，经军队专家及专业设计人员论证，需在油罐中间增设钢制中心柱支撑。该措施目的在于对安装的新罐顶起到一定的支撑保护作用，尽量减少新罐顶直接作用于旧罐壁的荷载，同时也为新罐顶吊装提供了支撑平台。为便于拆卸和检修，新增中心支柱的各段之间采用法兰连接，法兰配套采用钢丝缠绕垫片，中心支撑柱与罐底垫板采用满焊固定。详见图2，中心支撑柱做法示意图。

图2 中心支撑柱作法示意图

三是布设吊升装置。综合考虑各类因素，制定了“桁架整体提升”的吊装方案。在罐室环形检查通道内对称布设6根支撑柱，采用法兰连接，每根支撑柱与通道承重地面通过地脚螺栓固定连接，与罐室墙面采用3只扁钢抱卡固定连接。支撑柱与中心柱顶端用6根工字钢梁焊接固定，在每根工字钢上合适位置固定吊耳，用于固定吊装葫芦，即完成了桁架的制作，可对新罐顶进行整体吊装。需要强调的是，为确保吊升过程安全，必须对所有承重件进行荷载计算并校核。

四是制作安装罐顶。考虑到满堂脚手架搭设费时费力，且高空吊装焊接作业罐顶成形质量较难控制，新罐顶瓜皮板组对焊接需要在油罐底部进行。首先在罐底预制用于新罐顶组焊的临时支架，支架上沿着轴线对称搭设4块瓜皮板，适当调整后定位焊接。尔后，再组装其余瓜皮板并按照设计图纸要求调整搭接宽度。瓜皮板之间采用搭接焊，并完成加强肋板及新罐顶外部吊耳的焊接。所有瓜皮板和加强肋板下料前要放大样，检查无误后方可下料。

吊升前，须在罐壁安装控制油罐变形的胀圈，并在新罐顶的边缘及中心孔采取包边保护措施，防止新罐顶在吊装提升的过程中与罐壁及中心柱之间发生硬性磕碰。安装好葫芦后，缓慢操作升吊装置，使带有中心孔的新罐顶沿着中心柱轴线均匀提升至预定位置。到达预定位置后，在油罐顶部焊接包边角钢和中心顶板。包边角钢外侧与罐顶板采用连续焊，瓜皮板和中心顶板采用对接焊。新罐顶焊接完毕并检查合格后，拆除吊升装置、胀圈等辅助设施。详见图3“桁架整体提升”示意图。

图3桁架整体提升示意图

4 结语

采用桁架整体法进行洞库砼顶油罐换顶施工，操作简单便捷、节约投资成本、缩短施工周期、安全系数较高。