Особенности монтажа высотных сооружений при реконструкции действующих предприятий обусловлены производством работ в условиях сложившегося генплана промышленного предприятия с действующей и разветвленной сетью промпроводок, эстакад, коммуникаций и другими зданиями и сооружениями заводской службы. Это усложняет организацию и производство монтажных работ, затрудняет применение прогрессивных крупноблочных методов монтажа и средств механизации, используемых в условиях нового строительства, и предъявляет особые требования к конструктивно-компоновочным решениям возводимого сооружения и охране труда.
Высокая плотность застройки территории предприятия затрудняет и порой делает невозможным рациональное складирование и укрупнение конструкций непосредственно в монтажной зоне. В этих условиях для большинства высотных сооружений характерна индивидуальность объемно-планировочных и конструктивных решений, что затрудняет использование типовых и прогрессивных методов монтажа. С целью сокращения продолжительности строительства и снижения трудозатрат при производстве монтажных работ выбор наиболее эффективных методов монтажа на основе данных технико-экономического анализа и оценка монтажной технологичности возводимого сооружения становятся обязательными условия ми для проектных и монтажных организаций. В этой связи возрастает значение технологического проектирования на стадиях разработки генпроектировщиком технического проекта и инженерной подготовки производства.
Монтаж высотных сооружений производят в соответствии с техническими решениями ППР, который должен быть согласован с соответствующими службами реконструируемого предприятия, генподрядной и проектной организациями
Многолетняя практика возведения башенных сооружений показала, что наибольшее распространение получили методы наращивания конструкций в проектном положении, предварительной сборки на земле с последующим поворотом вокруг шарнира в проектное положение и подращивания. Каждый метод монтажа включает несколько способов. При этом почти во всех случаях монтаж нижней пирамидальной части башни осуществляют пространственными блоками до отметки, определеямой техническими возможностями гусеничных (реже башенных) кранов
Монтаж вытяжных башен наращиванием конструкций в проектном положении производят при помощи различных монтажных механизмов. При монтаже с помощью универсально-подвесного крана типа УПК (рис.1, а) его устанавливают в проеме башни в месте прохода газоотводящего ствола, который монтируют позже.
Передвижение крана после монтажа очередного яруса башни осуществляется при помощи подъемных полиспастов, устанавливаемых в нижней опорной части крана. Устойчивость в процессе выдвижки обеспечивается специальной обоймой и рамкой, устанавливаемой в верхней части монтируемого сооружения. Монтаж конструкций башенных сооружений осуществляется поэлементно, грузоподъемность крана 4,5 т.
Удачно используя конструктивные особенности вытяжных башен, их монтаж осуществляют с помощью оголовка самоподъемного (ползучего) крана типа СПК (ГЩТ), устанавливаемого на верхние секции металлического газоотводящего ствола (рис.1, б).
Такое использование оголовка самоподъемного крана устраняет необходимость усиления конструкций верхней части башни при установке крана по одной из граней.
Процесс монтажа заключается в периодическом выталкивании газоотводящего ствола с помощью полиспастов и поэтапном наращивании секций башни с помощью оголовка самоподъемного крана. Монтаж призматической части башни осуществляется поэлементно или с частичным укрупнением плоскостей в пределах грузоподъемности крана (5-12 т).
Крупноблочный монтаж конструкций осуществляют с помощью ползучих портальных подъемников.
Принцип работы подъемника (рис.1, в) заключается в том, что его устанавливают на частично смонтированную конструкцию на специально предусмотренные опорные столики. Изменение наклона производят с помощью подъемного (переднего) и тормозного (заднего) полиспастов. Перестановку на очередную стоянку осуществляют с помощью подъемной балки и полиспастов перестановки, закрепляемых вдоль стоек подъемника. Во всех случаях подъем укрупненных секций массой до 40 т производят с помощью оттяжек.
При подходе подъемника с грузом к вертикальному положению натяжение рабочих и тормозных полиспастов должно быть примерно одинаковым. Переход через зенит является наиболее ответственной операцией, требующей синхронности и слаженности в работе всех участников подъема.
Применение крупноблочного монтажа при помощи самоподъемных портальных подъемников резко сокращает объем верхолазных работ по сравнению с монтажом отдельными элементами. Однако их применение вызывает ряд трудностей особенно в условиях реконструкции предприятий из-за расположения якорей и лебедок на значительном расстоянии от оси башни, равном примерно 1,5 высоты монтируемого сооружения. При монтаже вытяжных башен с помощью приставных (прислонных) кранов (рис.1, г) устойчивость крана обеспечивается специальными опорными рамками, которые крепятся приставными консолями к смонтированной части башни. Выдвижение ствола крана вверх по мере монтажа башни производят с помощью полиспастов, расположенных в опорном устройстве. Ствол крана скользит по направляющим, находящимся в опорных рамках и в верхней части опорного устройства.
Монтаж вытяжных башен прислонным краном обеспечивает высокую скорость монтажных работ благодаря крупноблочному монтажу конструкций несущего каркаса башни, однако отрицательным в этой схеме является большой объем работ по монтажу и демонтажу прислонного крана.
При необходимости для выполнения работ по наращиванию конструкций, установке дополнительного оборудования или демонтажу верхней части сооружения используют вертолеты (рис.1, д).
Рис.1. Монтаж вытяжных башен с помощью
а - универсально-подвесного крана; б - оголовка самоподъемного крана на газоотводящем стволе; в - самоподъемного качающегося портального подъемника; г - прислонного крана; д - вертолета; 1 - электролебедка с якорем; 2 - тяговый полиспаст; 3 - обойма; 4 - рамка; 5 - газоотводящий ствол; 6 - задняя тяга; 7 - передняя тяга; 8 - опорный столик; 9 - опорные рамки; 10 - ловители.
Монтаж башенных сооружений методом предварительной сборки на земле с последующим поворотом вокруг шарнира производят с использованием специальной оснастки. Предварительно собранную на земле в горизонтальном положении вытяжную башню поднимают в проектное положение в течение одной смены.
Чаще всего применяют оборудование, состоящее из тяговых полиспастов и "падающей" стрелы, шевра или портала (рис.2 а). Различают несколько схем этого метода в зависимости от расположения в плане опорного узла: узел располагают впереди поворотного шарнира поднимаемой конструкции, их оси параллельны; ось угла совпадает с осью поворотных шарниров; узел располагают сзади поворотного шарнира Выбор той или иной схемы в каждом конкретном случае зависит от наличия такелажных средств и технических характеристик поднимаемой вытяжной башни Учитывая, что в процессе подъема конструкции возникают значительные сдвигающие горизонтальные усилия, фундаменты, закладные детали, анкерные устройства необходимо рассчитывать с учетом этих воздействий.
Однако подъем башен поворотом вокруг шарниров наряду со значительным упрощением процесса сборки конструкций требует тщательной инженерной подготовки. В каждом случае необходимо рассчитать конструкции башни на монтажное состояние, установить наиболее невыгодный момент для работы конструкций и на основании полученных данных дать рекомендации для усиления конструкций; определить оптимальные характеристики монтажных устройств; найти наиболее удачное расположение монтажных устройств относительно поднимаемой конструкции. Из-за больших монтажных нагрузок не во всех случаях удается оснастить вытяжную башню газоотводящим стволом. К недостаткам этого метода относится также большая свободная территория, необходимая для укрупнения башни и расположения расчалок, подъемных и тормозных тяг.
Совершенствование метода поворота вокруг шарнира привело к безъякорному способу. Особенность безъякорного способа монтажа (рис.2, б) заключается в том, что силы, действующие в элементах оснастки и в поднимаемой конструкции при монтаже, вызывают реакцию только в опорных шарнирах шевра (портала) и башни. Отсутствие мощных якорей, боковых расчалок и лебедок большой грузоподъемности упрощает монтаж и уменьшает трудозатраты.
При подъеме башенных сооружений из горизонтального положения в вертикальное способом выжимания поворот производят вокруг опорного шарнира такелажной системой с порталом, нижняя опорная часть которого перемещается вдоль оси поднимаемого сооружения к фундаменту, а верхняя - выжимает башню (рис.2, в). Этот способ применяют в условиях стесненных площадок при невозможности использования кранов и необходимости снижения горизонтальных усилий на фундаменты. При монтаже вытяжных башен на нефте- и газоперерабатывающих предприятиях, где используются монтажные мачты большой грузоподъемности, предназначенные в основном для монтажа поворотом технологических аппаратов колонного типа, получил распространение подъем поворотом целиком собранных на земле башен с подтаскиванием на "поддоне" или скольжением с отрывом низа башни от земли.
Рис.2. Монтаж вытяжных башен поворотом вокруг шарнира
а - падающей стрелой; б - безъякорным способом; в - способом выжимания; 1 - электролебедка; 2 - тяговый полиспаст; 3 - башня в процессе подъема; 4 - "падающая" стрела; 5 - тормозной полиспаст; 6 - портал; 7 - тяги; 8 - мачта выжимания.
Монтаж башен поворотом вокруг шарнира из-за значительных монтажных усилий, возникающих в момент отрыва конструкций от земли, получил распространение только для сооружений высотой не более 100-120 м.
Монтаж вытяжных башен подращиванием получил широкое распространение в последние годы. В связи с резким увеличением строительства вытяжных башен возникла острая необходимость в переходе на принципиально новые методы монтажа, обеспечивающие значительное повышение производительности труда и сокращение продолжительности монтажных работ в условиях стесненной площадки реконструируемых предприятий. Последовательность монтажных работ при возведении вытяжных башен подращиванием приведена на рис.3.
Рис.3. Монтаж подращиванием каркаса вытяжной башни
а - план; б - первоначальный этап (крановый монтаж); в - первая выдвижка; г - закрепление укрупненного блока с ранее выдвинутыми конструкциями призматической части башни; д - очередная выдвижка при помощи тяговых полиспастов; е - очередность укрупнительной сборки и монтажа вытяжной башни; 1 - электролебедка с якорями; 2 - канат тягового полиспаста; 3 - рельсовые пути надвижки; 4 - стенд; 5 - площадка складирования; 6 - кран; 7 - пирамидальная часть башни; 5 - призматическая часть башни с зонтом газоотводящего ствола; 9 - электролебедка подачи возврата стенда; 10 - уравнительное устройство сблокированных попарно тяговых полиспастов; 11 - тяговый полиспаст.
После монтажа металлоконструкций пирамидальной части на рельсовых путях для надвижки блоков собирают стенд, на котором осуществляют укрупнительную сборку блоков призматической части башни. Собранные на стенде блоки массой до 35 т подают под основание башни по рельсовым путям при помощи двухниточного полиспаста и электролебедки. После закрепления нижних подвижных блоков тяговых полиспастов к стенду блок ствола башни поднимают на 200 мм для совмещения кромок трубчатых поясов ствола с ранее выдвинутыми конструкциями башни. После выверки и сварки монтажных стыков опорные балки, расположенные на пирамидальной части башни, задвигают в нерабочее положение при помощи упорных винтов и призматическую часть башни выдвигают на 10-12 м в зависимости от высоты блока. Опорные балки возвращают в рабочее положение и на них производят временное опирание выдвинутого ствола (рис.4, а) Последующие операции повторяют в аналогичном порядке, пока не будет полностью смонтировано сооружение.
Усилия в тяговых полиспастах, рассчитанные для любого момента подъема, сравнивают с фактическими путями снятия показаний стрелки динамометра, установленного в уравнительной коробке на тяговой нитке, идущей на лебедку.
В процессе выдвижения на первоначальном этапе проводят испытание конструкций башни и монтажной оснастки на полную проектную нагрузку путем установки заглушек и постепенного доведения расчетных усилий в тяговом полиспасте, контролируя фактические усилия по динамометру.
В качестве подъемно тяговой системы используют тяговые полиспасты с уравнительной системой (рис.4, а), запасовку которой в различных комбинациях используют при возведении 3-, 4- и многогранных башенных сооружений.
В ряде случаев при монтаже вытяжных башен подращиванием используют съемный (инвентарный) хвостовик, который закрепляют за нижнюю секцию призматической башни (рис.4, б). В этом случае призматический ствол совместно с монтажным хвостовиком меньшего чем ствол сечения перемещают вдоль инвентарных направляющих, изготовленных в виде упорных винтовых кронштейнов, которые прикрепляются в трех уровнях по высоте к конструкциям пирамидальной части и рассчитываются на восприятие горизонтальных усилий от ветровых нагрузок. Одновременно в работе находятся два уровня направляющих, так как третий уровень поочередно выключают в момент прохождения мимо него ствола башни, в котором имеются выступающие за поверхность скольжения детали или участки с "переломом" сечения в уровне закрепления хвостовика с нижней секцией призматического ствола. Поскольку размеры наружного контура призматической части башни превышают размеры внутреннего контура, образованного тремя верхними блоками пирамидальной части, для прохода подращиваемого ствола на отметку 50-60 м раскосы временно разворачивают наружу. Подращивание осуществляют при помощи трех электролебедок грузоподъемностью по 5 т и трех полиспастов грузоподъемностью по 50 т каждый.
По достижении призматической части башни отметки выше проектной на 300 мм развернутые пояса пирамидальной части при помощи упорных винтов приводят в проектное положение. Призматическую часть опускают на пирамидальную и закрепляют. Хвостовик демонтируют в порядке, обратном монтажу.
Высотные сооружения индивидуального назначения типа радио-, телебашен, метеорологические опоры, молниеотводы и другие высотой более 180-200 м могут быть смонтированы методом подращивания с иной последовательностью работ с использованием другой монтажной оснастки (рис.4, в, г) или комбинированным методом, который совмещает 2 (реже 3) метода. Необходимость в таком совмещении в большинстве случаев определяется местными условиями или рельефом площадки. Монтаж башенных сооружений комбинированным методом при соответствующей инженерной подготовке способствует сокращению сроков возведения этих объектов, при этом отдельные части башни используются в качестве монтажной оснастки. Однако при этом чаще всего требуются сложная такелажная оснастка и квалифицированные рабочие. Использование дорогостоящей оснастки и изготовление небольшого количества дополнительных приспособлений должно компенсироваться выигрышем во времени при производстве монтажных работ.
Рис.4. Монтаж вытяжных башен подращиванием
а - с уравнительной системой и стендом с временным опиранием выдвигаемой части на опорные устройства; б - с инвентарным хвостовиком и разворотом поясов с временным опиранием выдвигаемой части на землю; в - с вертикальными захватами в качестве элементов подъемно тяговой системы; г - с двойным "самодоворотом" верхней пирамидальной части башни; 7 - стенд подъемно тяговой системы; 2 - выдвижная опорная балка; 3 - опорный столик; 4 - шарнир; 5 - хвостовик; 6 - крестовина; 7 - вертикальный захват; 8 - фланцевое соединение; 9 - верхняя часть пирамидальной части, 10 - тяга.
Монтаж газоотводящих стволов диаметром 0,6-10 м, выполненных из различных материалов (сталь разных марок, текстофаолит и др.), осуществляют одновременно с монтажом несущего каркаса башни или после монтажа каркаса на полную высоту.
В первом случае способ монтажа газоотводящего ствола наращиванием или подращиванием зависит от метода возведения каркаса вытяжной башни и по существу ему аналогичен, так как используются одни и те же грузоподъемные механизмы (портальный подъемник, прислонный кран, подъемно-тяговая система и др). Ствол монтируют предварительно укрупненными блоками высотой, равной блоку каркаса башни.
Во втором случае на выбор способа монтажа газоотводящего ствола существенно влияет его материал. При металлическом газоотводящем стволе чаще используют метод подращивания, при этом верхнюю часть ствола оснащают съемными направляющими с плавным переходом, придающим форму конуса. Подъем осуществляют тяговыми полиспастами, установленными в одном (реже двух) уровне. При текстофаолитовом газоотводящем стволе установку в проектное положение осуществляют путем последовательного подтягивания предварительно укрупненных царг (от 3 до 6 штук при высоте каждой до 5 м) общей массой до 10 т с общим направлением "сверху вниз". Подъем осуществляют при помощи канатных тяг и монтажной балки (портала), оснащенной двухниточными полиспастами и устанавливаемой на верхней части башни.