王衛(wèi)紅

摘要：介紹了多種輸煤棧橋建設(shè)方案的優(yōu)、缺點，并結(jié)合本工程的特點，列舉了可選方案，進而對可選方案進行綜合技術(shù)經(jīng)濟分析比較，提出本工程輸煤棧橋最優(yōu)方案為：#4轉(zhuǎn)運站到碎煤機室位于輸煤配電間上部部分和煙囪至煤倉間轉(zhuǎn)運站棧橋結(jié)構(gòu)型式為混凝土支架（或煙囪筒壁）上支承空間倒三角鋼管桁架結(jié)構(gòu)，棧橋為露天布置，棧橋樓面采用壓型鋼板做底?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土板;其余棧橋采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，露天膠帶輸送機加裝玻璃鋼防護罩。

關(guān)鍵詞：火電廠;輸煤棧橋;結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 近年出現(xiàn)的新型輸煤方式和棧橋型式

近年隨著技術(shù)和設(shè)計理念的進步，電廠和設(shè)計院對輸煤方式和棧橋型式的革新做了不少有益的探討和嘗試，陸續(xù)出現(xiàn)了一些新的輸煤方式和新的棧橋型式。簡要介紹如下：

1.1? 帶防塵罩的皮帶輸送機+露天棧橋

皮帶機自帶防塵罩可以起到防塵防雨的作用，棧橋則不必封閉。為便于水沖洗，棧橋橋面仍采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋面。圖1所示為某電廠露天棧橋。棧橋承重結(jié)構(gòu)可根據(jù)棧橋高度和場地情況選用不同的結(jié)構(gòu)：

·當棧橋高度不高，且場地較空曠，柱網(wǎng)設(shè)置不受限制時，可采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu);

·當棧橋高度較高，或場地條件限制需建造大跨度棧橋，如需跨越其他建筑物或道路時，可采用排架柱支承的鋼桁架結(jié)構(gòu);

·近年出現(xiàn)了采用大跨度平板網(wǎng)架代替鋼桁架的做法，從技術(shù)經(jīng)濟分析比較的結(jié)果來看，采用平板網(wǎng)架代替鋼桁架在技術(shù)上更先進，經(jīng)濟上也更合理。

露天棧橋減少了棧橋上部結(jié)構(gòu)的土建工程量，同時減輕了結(jié)構(gòu)自重，相應(yīng)降低了地基處理的難度和工程量，其土建綜合造價僅為普通封閉棧橋的1/2～1/3。如果棧橋建在煤場區(qū)域，考慮到防塵罩意義不大，可取消防塵罩，從而進一步降低造價。

這種棧橋具有成功的設(shè)計經(jīng)驗，華能瑞金電廠（2×350MW）就采用了這種棧橋型式。2009年投運的井岡山電廠2×660MW機組也采用這種棧橋型式。

1.2 管狀皮帶輸送機+露天棧橋

管狀皮帶輸送機是在輸送途中皮帶卷成管狀將煤包裹在當中的輸煤方式。這種皮帶輸送機具有如下優(yōu)點：

·皮帶機自帶棧橋鋼支架，土建僅需建造鋼支架的基礎(chǔ)，使土建工程量大幅度減少;

·由于煤被包裹運輸，避免了煤塵飛揚和淋雨的問題，棧橋不必做成封閉式，其結(jié)構(gòu)簡單，且運送清潔，也不存在橋面沖洗的問題;

·單條皮帶輸送距離長，且皮帶可以拐彎，僅在皮帶需拐急彎處需設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置（轉(zhuǎn)運站），從而避免了大量中繼轉(zhuǎn)運站的建設(shè)，節(jié)省了投資;

·皮帶爬坡角度遠大于普通皮帶，進入主廠房時皮帶起坡距離可大大縮短;

·雖然設(shè)備造價較高，但是土建費用大幅度降低，其總體造價與傳統(tǒng)封閉棧橋+皮帶機的方式相比仍具有優(yōu)勢。

望亭電廠2×660MW機組工程中采用雙路管徑4000mm、帶速3.15m/s，出力1000t/h的管狀皮帶輸送機運行狀況良好，但總體來說在大型電廠中應(yīng)用較少，其運行、維護的經(jīng)驗尚需積累。

1.3 ?垂直提升

這種方式主要用在皮帶機進入主廠房的位置，皮帶機可以從地面較低的位置到達主廠房，然后將煤用垂直提升的方式運送到皮帶層。這種方法能避免土建高位棧橋的建造，但是設(shè)備造價較高。

1.4? 皮帶機棧橋一體化

皮帶機棧橋一體化技術(shù)是將輸煤皮帶機支架與輸煤棧橋合二為一的一種新型膠帶支撐體系;利用該技術(shù)，皮帶機機架不必再單獨設(shè)置支腿和中間架，可節(jié)約了輸煤皮帶機支架的材料，同時由于鋼結(jié)構(gòu)棧橋和皮帶機支架合成一體后，有效減小了棧橋占用空間，鋼結(jié)構(gòu)棧橋材料用量也大大減少，從而大大節(jié)約投資成本;而輸煤皮帶機棧橋整體式的設(shè)計便于在地面上將膠帶機設(shè)備與結(jié)構(gòu)組裝成一體，進行整體式吊裝，可使高空作業(yè)變?yōu)榈孛姘惭b。方案圖見圖2。

皮帶機棧橋一體化技術(shù)在鋼鐵、建材、化工、煤炭等行業(yè)已有應(yīng)用，在火力發(fā)電廠中尚未有應(yīng)用。其應(yīng)用效果見圖3所示。

2 本工程可采用的方案

本工程為新建工程，從場地和地質(zhì)條件來看，具有以下特殊性：

·場地相對空曠，棧橋布置不受地形和已有建筑物限制，布置相對靈活;

·廠區(qū)地處撫州市臨川區(qū)青泥鎮(zhèn)周家村，棧橋的設(shè)計應(yīng)考慮與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀;

·設(shè)計應(yīng)考慮因地制宜，盡可能降低工程造價，節(jié)省輸煤系統(tǒng)占地面積;

結(jié)合以上特點，分析各種輸煤棧橋的可行性如下。

（1）翻車機室到#1轉(zhuǎn)運站段

本段輸煤系統(tǒng)從翻車機室到#1轉(zhuǎn)運站，部分位于地下部分，部分位于地上部分，地下部分采用混凝土箱形結(jié)構(gòu)，地上部分高度較低，棧橋形式選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟角度出發(fā)，棧橋可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（2）#1轉(zhuǎn)運站到#2轉(zhuǎn)運站、#3轉(zhuǎn)運站到#4轉(zhuǎn)運站段

本段輸煤系統(tǒng)從#1轉(zhuǎn)運站到#2轉(zhuǎn)運站，#1、#2轉(zhuǎn)運站經(jīng)過煤場斗輪機后分別到達#3、#4轉(zhuǎn)運站，再從#3轉(zhuǎn)運站到#4轉(zhuǎn)運站，均為地上結(jié)構(gòu)，總體布置較規(guī)則，受場地條件限制較小。地上結(jié)構(gòu)高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟角度出發(fā)，棧橋可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（3）#4轉(zhuǎn)運站到煙囪段

本段輸煤系統(tǒng)先從#4轉(zhuǎn)運站到碎煤機室，再從碎煤機室到煙囪，均為地上結(jié)構(gòu)，總體布置較規(guī)則，受場地條件限制較小。地上結(jié)構(gòu)高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟角度出發(fā)，除輸煤配電間上部棧橋采用鋼結(jié)構(gòu)外，其余可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（4）煙囪到煤倉間轉(zhuǎn)運站段（含煙囪內(nèi)）

作為新建電廠工程，在保證皮帶輸送機能順利爬上主廠房輸煤轉(zhuǎn)運站的前提下，盡量壓縮本段棧橋的長度，從經(jīng)濟性角度考慮，本段采用露天棧橋的的方案。

3 技術(shù)經(jīng)濟分析與比較

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)棧橋和鋼桁架棧橋的比較

取某棧橋中長度為24m的一段，分別按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案和鋼桁架方案設(shè)計，立面布置圖分別見圖4和圖5。

由以上比較結(jié)果可見，由于鋼材價格持續(xù)上漲，鋼桁架棧橋的造價遠高于混凝土棧橋，價格差甚至達到一倍以上。由此可見，鋼筋混凝土棧橋的性價比更好。

3.2 ?棧橋封閉與露天布置的比較

結(jié)合前文提到混凝土棧橋經(jīng)濟性優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)棧橋，選擇混凝土棧橋做比較。為便于比較，取棧橋同一段按兩種布置方案分別進行計算分析。本節(jié)算例為出轉(zhuǎn)運站棧橋的第一段，按布置雙路皮帶考慮。計算采用PKPM軟件進行空間建模計算。兩種方案的縱向框架布置見圖6。

計算結(jié)果分別列于表6～表7。

通過以上計算和比較，可以得到以下結(jié)論：

（1） 對于同一段混凝土框架結(jié)構(gòu)的棧橋，露天棧橋的混凝土用量僅為封閉棧橋的1/2左右;

（2） 露天棧橋的柱腳反力在1200kN以內(nèi)，而封閉棧橋的柱腳反力接近2000kN，根據(jù)本工程地基承載力情況，采用天然地基，基礎(chǔ)混凝土量增加接近50%，造價較高。

由此可見，露天棧橋在經(jīng)濟性上明顯優(yōu)于封閉棧橋。

3.3 ?空間倒三角鋼管桁架與平面桁架比較

本工程結(jié)合我院棧橋設(shè)計經(jīng)驗，深入分析棧橋結(jié)構(gòu)受力性能，防止網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點過多，易出現(xiàn)施工問題的特點，提出空間倒三角鋼管桁架，所有桁架桿件均采用鋼管截面。

傳統(tǒng)平面桁架，采用兩榀桁架，桁架上下弦之間通過支撐連接成一個整體，桿件采用雙角鋼組合或H型鋼。

空間倒三角鋼管桁架充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)受拉性能強的特點，把傳統(tǒng)平面桁架下弦桿合二為一，其截面和應(yīng)力分別見圖7、圖8。

某25m長典型露天棧橋，雙路皮帶，兩種鋼結(jié)構(gòu)棧橋結(jié)構(gòu)形式技術(shù)經(jīng)濟比較詳見表9。

從表9可以看出采用空間倒三角鋼管桁架能大大節(jié)省用鋼量，與傳統(tǒng)平面桁架相比節(jié)省約28%。

針對本工程創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計原則，本工程露天棧橋鋼結(jié)構(gòu)部分推薦采用空間倒三角鋼管桁架，具有以下優(yōu)勢：

①一方面，相對于建筑工程中常用的角鋼、型鋼等型鋼棧橋桁架而言，作為薄壁構(gòu)件的圓鋼管具有優(yōu)良的截面性能，同時又避免去了一般型鋼結(jié)構(gòu)施工必須面對的相貫線復(fù)雜加工過程，其連接的處理和實施方便、簡潔，在用鋼量經(jīng)濟性明顯的條件下可相應(yīng)節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)加工、制造工作量，在提高勞動效率加快工期的同時降低了工程造價;

②在同樣的條件下，比其他型材外表面積要小很多，一旦管材的兩端焊接密封，則油漆的面積比普通角鋼要少30%左右;又由于沒有凹角，使得油漆及防火處理很方便，耐久性更長;

③節(jié)點的設(shè)計和施工多采用構(gòu)件間的直接焊接，無必通過連接節(jié)點板的轉(zhuǎn)換，可以節(jié)省連接鋼材用量;

④下弦桿由于受到兩邊斜向支撐，下弦支撐可以取消，可以節(jié)省支撐用量;⑤三角形管桁架上弦寬度小于橫梁長度，可以減小橫梁跨度，節(jié)省橫梁用鋼量;

⑥整體造型美觀、輕巧、極具現(xiàn)代建筑氣息。

4 結(jié)論

綜合以上論述，從工程可行、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的角度考慮，本工程的輸煤棧橋土建最優(yōu)方案為：#4轉(zhuǎn)運站到碎煤機室位于輸煤配電間上部部分以及煙囪至煤倉間轉(zhuǎn)運站段，由于工藝布置限制，結(jié)合周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致的原則，采用空間倒三角鋼管桁架，膠帶輸送機采用加裝玻璃鋼防護罩，棧橋樓面采用壓型鋼板做底模現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。其余棧橋根據(jù)本工程特點及工藝要求為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，膠帶輸送機采用加裝玻璃鋼防護罩。