超大型双曲线间接空冷塔施工技术研究与应用

李成宝，李 彬

（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司，山东 济南 250102）

间接空冷塔（以下简称间冷塔）间冷塔是火力发电厂标志性的构筑物之一，其形状复杂、塔高壁薄，施工难度大。存在如下施工难题：高耸双曲线筒壁混凝土如何实现连续性浇筑；双截面双向倾斜的“X”形支柱支撑架是否满足施工要求；筒身双曲线顺滑度如何保证等。针对以上难点，中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司成立了“超大型双曲线薄壁筒体结构施工技术研究”攻关组，创新采用“X”形支柱有限元分析技术、环形轨道式混凝土布料车技术、三维激光扫描测量技术等一整套技术，总结形成了超大型双曲线薄壁筒体结构施工工法。

1 工程概况

以内蒙古盛鲁电厂一期项目为例，该项目间冷塔基础环基中心半径为75.526m，环基断面尺寸为10m×2.5m，环基设计底标高为-6.5m，有48对现浇钢筋混凝土“X”形支柱支撑，“X”形支柱断面尺寸为1.2m×1.8m，“X”形支柱顶面中心标高33.124m，X柱混凝土总方量为7500m3。塔高190m，出口直径96.366m，喉部标高142.5m，直径92.35m，进风口高度33.378m，进风口直径130.11m，下环梁壁厚为1.95m，筒壁最薄处的壁厚只有0.3m。

环基共分为16仓，采用跳仓法施工；“X”形支柱分4段施工，“X”形支柱径向脚手架支撑体系共34排，采用有限元分析方法对支撑架安全性及稳定性进行复核；间冷塔筒壁共计106节，采用环形轨道式电动布料车浇筑，曲线顺滑度采用激光三维扫描技术进行半径控制（同时配置SC200/200型垂直升降机及YDQ26×25-7液压顶升平桥）。

2 主要创新技术方案

2.1 “X”形支柱异型空间支撑体系

（1）“X”形支柱支撑架设计。该项目间冷塔共48对“X”形支柱，脚手架设计为环形（封圈型）脚手架，按照区域设置48相同的单元，立杆径向间距1.1m，环向间距0.94～1.225m。在每个单元的中间四跨向塔心方向继续搭设15跨脚手架，径向间距1.1m，环向间距0.94～0.699m，具体见图1。

图1 脚手架支撑系统平面布置图及断面示意图

（2）建立有限元模型。通过使用SAP2000有限元软件对“X”形支柱支撑脚手架进行模拟分析计算。主要对各施工段（一、二、三、四）的支撑架体整体位移和整体失稳模态进行模拟分析。

（3）整体失稳模态分析。所建模型通过SAP2000计算后得到整个体系的失稳模态，结构不会发生整体失稳。支撑体系有限元位移量及失稳特征值示意图见图2。

2.2 激光三维扫描技术

（1）建立筒体三维模型。依据图纸及设计要求，建立筒体三维模型。（2）筒体三维激光扫描。计算机与三维激光扫描仪连接，将实际测量得到的点云数据经过Cyclone软件处理，得出三维坐标，形成空间图形。（3）对比分析、控制半径。通过扫描得出的曲线图，与三维建模生成的图形进行点位对比，利用软件形成对比模型图，然后重新对筒体半径出入的部位进行调整，从而达到规范要求的标准。

2.3 环形轨道式电动布料车

该装置由轨道系统和布料车系统组成。轨道系统由轨道、限位片、接头销、挂墙件等4部分组成。布料车系统由蓄电池、电动机、驱动轮、从动轮、动力控制手柄、车架、电动智能闸门控制器等构件组成。环形轨道式布料车及轨道图见图3。

工作原理：多辆布料车装料完毕，转动布料车电动把手使布料车沿轨道前进，待前进至需布料位置，按下出料槽控制手动阀开关，将出料槽闸门开启，进行布料，布料完毕，按下出料槽手动阀开关，关闭闸门，然后行驶小车沿同一方向至装料位置，如此循环作业直至完成施工作业。

图2 支撑体系有限元位移量及失稳特征值示意图

图3 环形轨道式布料车及轨道图

3 效益分析

3.1 “X”形支柱支撑架设计对比情况

采用有限元分析技术，能够更为科学、直观地了解支撑架稳定及安全性，保证了“X”形支柱支撑架的承载安全性，验证分析了整体承载力和稳定性，保证了施工安全。

3.2 筒壁测量方式的对比情况

该项目采用的激光扫描测量技术，提出了大型双曲线空间结构的准确测量方法，提高了筒体结构的准确度，有效避免了传统人工拉尺受外界干扰误差大的问题，将筒壁尺寸复核的时间由1h缩短至20min，同时保证了筒体双曲线的顺滑度，确保外观质量优良。

3.3 筒壁混凝土浇筑方式的对比情况

采用该技术后，使用环形轨道式布料车代替人工推车，筒壁施工工期减少28d，施工所需劳动力平均减少20人，提高了混凝土浇筑效率，有效保证了施工安全，提升了筒壁施工效率，保证了筒壁混凝土的施工质量。

4 结束语

间冷塔作为火力发电厂标志性的构筑物之一，其施工方法和施工工艺一直受到社会各界的关注，如何在保证安全施工的前提下，提高施工质量成为间冷塔施工亟待解决的问题。而超大型双曲线薄壁筒体结构施工技术运用先进的施工技术及科技工具，缩短了施工周期，降低了安全风险，提高了施工效率，对保障施工安全、降低施工成本等具有重大影响，其市场推广前景巨大。