张劲松 王来强 皮忠锡 杜玉涛
七冶建设有限责任公司 贵州大学空间结构研究中心 贵州贵阳
摘要：在现代化大型工程建设项目中，不可避免地要涉及一些特重特大型设备、非标设备的整体移动，特别是在特殊环境中，如因地震、山洪等自然灾害引发的地基下沉、倾斜等，导致大型设备在与其他设备相连接的情况下，出现整体移位，具体在有色冶炼工程来说涉及一些特大型整流变压器和电解槽的整体移动。电解槽整体移动施工方法解决了无法使用大型机械吊装设备、地面遭到严重破坏、场地极其狭窄，而被顶升的物件又极其庞大、不规则且不易找到可以作为顶点的情况下移动大型设备的难题，技术水平处于国内领先水平。
关键词：电解槽；地面破坏；场地狭小；整体移动
1 背景技术
铝厂使用的电解槽体形庞大（如阿坝铝厂的电解槽达到19米×5米×6米、整体重量将近400吨），且上部的阳极大梁与阳极软带相连、电解槽下部的阴极槽壳与阴极软带相连，电解槽底板下面为间断性的摇篮架，并非一整（体接触面）块钢板，其底板内部为槽内衬属易碎物品，生产要求槽内衬不能有裂纹，否则电解液将从裂缝处漏出，烧坏电解槽和铝母线，严重时会导致整条生产线停产。安装使用后由于受外部因素（如：地基下沉或地震等）影响，电解槽会出现整体下沉、严重移位甚至东倒西歪；严重的电解槽纵、横向移位达到两百毫米以上。如：5.12特大地震后阿坝铝厂的电解槽出现严重倾斜或下沉，综合起来主要分为以下几种情形：
（1）电解槽只是纵、横向中心移动，基础局部破损，绝缘板错位，电解槽基本还在原来的安装高度；
（2）电解槽摇篮架均已坠地，电解槽整体座到基础上，倾斜不算太严重；
（3）电解槽严重倾斜，部分基础已经垮塌，绝缘板全部破碎，单台电解槽部分在基础或支撑梁上，部分接近地面，摇篮架、端头梁底部距地面略高于千斤顶高度，连接角钢与支撑梁焊接部位被拉脱，支撑梁和角钢严重变形；
（4）电解槽摇篮架、端头梁底部距地面只有100 mm左右，远远低于千斤顶的自身高度，无法直接把千斤顶架在电解槽的摇篮架和端头梁下面进行顶升工作；
（5）电解槽和基础一起整体下沉，地平面高低起伏不平，无法确定在顶升电解槽时地面是否会继续下陷。
由于电解厂房场地极其狭窄，若采用拆除重新安装，无论在成本、施工场地和工期上都不利。若采用整体恢复的方法，操作时不仅仅要克服自身巨大的重量，还会遇到阳极大梁受到阳极软带的牵扯，阴极槽壳受到阴极软带的牵扯等外部因素的影响。如果使用倾斜调整法（落顶时先落需要偏移的方向），对没有互相牵扯的、重量又轻的小距离调整还有用，对自身重量三四百吨，上下都有软带互相牵扯而位移又很大的电解槽却是收效甚微。
2 电解槽整体移动施工方法
2.1应用范围
电解槽整体移动施工方法适用于地理环境条件限制、特殊环境（地震、山洪、地质下陷、与其他设备相连接不易解体、无法使用大型机械吊装设备、场地狭窄等）条件下的电解槽整体移动工程施工，同时也适用于各类大型设备整体移动工程施工。
2.2工艺原理
采用枕木先将受损的设备的悬空位置垫实，再用千斤顶进行局部找平使设备大致处于水平，然后再使用顶升保护装置将设备平稳顶升至超过设备的安装高度，用钢支架临时支撑起设备。待土建基础修复完并达到养生期后，用枕木搭设支撑，移除临时钢支架后，再进行设备的纵横向位移，直到达到设备的安装标准后，重新安装设备的支撑梁和绝缘装置，电解槽准确就位后移除枕木。
2.3 工艺流程
施工准备→扁担梁、钢支撑制作→测量放线→电解槽顶升→土建基础恢复→电解槽纵向或横向移动→就位。
2.4 操作要点
2.4.1扁担梁及钢支撑制作
1 扁担梁制作
扁担梁断面的大小、长度由设备的荷载和受力部位等因素确定，可用型钢与钢板组焊而成，也可用钢板组焊成箱型梁。制作中的具体要求如下：
（1）根据设备的荷载及关联设备的牵连荷载计算出扁担梁的断面尺寸。
（2）精确控制扁担梁的各受力点，并在此位置加加强筋。
（3）严格控制扁担梁支撑点及上平面的平整度。
（4）保证焊接质量
2、钢支撑制作
钢支撑的断面大小、高度由设备的荷载和设备所处的位置（摇篮架或端头梁与地基的距离）等因素确定。可用无缝钢管与钢板组焊而成，也可用型钢与钢板组焊而成，视现场情况而定。制作中的具体要求如下：
（1）根据设备的荷载及关联设备的牵连荷载计算出钢支撑的断面尺寸。
（2）钢板与钢管连接处应加焊加强筋
（3）严格控制钢支撑的上下工作面的平整度
（4）保证焊接质量
2.4.2 顶升准备
在顶升和移动电解槽之前，先用测量仪器在电解车间平台和钢柱上标出电解槽安装的中心线和标高基准线，并做好标准线的保护措施。
（1）用枕木把能直接布置顶的地方先用枕木垫实；
（2）用两三个千斤顶先顶已经坠地的角部下面的丁字板，选择丁字板是因为其位置由三块立板（此三块立板为电解槽短侧壁板和呈垂直焊接的丁字板构成）焊在底板上，这种结构能承受很大的力，用两倍甚至三倍的力尽快把倾斜部分顶起，减少顶的时间来达到减少变形的目的），当把最低点顶到与其它三点基本在一个平面后，用枕木垫实。
（3）用枕木先把离地高的长侧边垫实，在坠地的长侧边两头布置千斤顶，在电解槽中部安全位置准备不同厚度的钢垫板；
（4）两边同时顶升电解槽，顶升出能垫一块钢垫板的空间时立即垫进一块钢垫板；
（5）当顶出的中间高度达到能架一组千斤顶时应立即在中部增加一组千斤顶同时顶升；达到可以架千斤顶和钢扁担时立即采用在千斤顶上架设钢扁担，钢扁担托住摇篮架或端头梁；
（6）当三组千斤顶顶升的一边达到另一边的同一高度时用枕木垫实。
2.4.3电解槽顶升
电解槽顶升，如下图所示，包括如下步骤：
图2.4.1 电解槽顶升图
1、在电解槽底部两侧边对称均布布置八个千斤顶，在两者之间设置钢扁担，千斤顶顶在钢扁担的重心位置；
2、布置好千斤顶后，用枕木垫好电解槽，把电解槽垫实；
3、在电解槽一长侧边先小距离平稳顶升，达到能塞进一层枕木时立即停下来塞一层枕木后再顶升对应的另一长侧边；
4、顶升到摇篮架、端头梁底部距地面的距离略高于原始安装高度时用钢支架支撑住电解槽；
5、放下千斤顶，把千斤顶和枕木一起移开；
6、用角钢把相邻钢支架连接起来形成框架结构增大稳度。
2.4.4电解槽基础恢复
为节约工期，本工程采用高效混凝土（混凝土标号一周就可以达90%以上）现场浇筑。
2.4.5电解槽纵向或横向移动
如图所示，在基础已经达到养生期的电解槽下面用枕木按井字形搭好支撑架，在接近摇篮架底部时用一整块厚钢板铺在支撑架枕木上形成光滑的平台利于滚动，对准摇篮架的底部位置放上一层纵向圆钢和一层横向圆钢，布置完毕后根据现场的实际情况选取平移支撑点和移动工器具，若支撑点较近、用作顶点位置距离较小时可选择螺旋千斤顶或液压千斤顶作为动力使物件向需要的方向移动，若支撑点或固定点较远时使用手拉葫芦或电动卷扬机来作为动力使物件向需要的方向移动。
图2.4.2 电解槽纵、横向移动图
上述的电解槽纵向或横向移动中，具体要求如下：
（1）放置钢支架时钢支架位置不能影响土建恢复基础施工。
（2）圆钢的直径大小根据被移物体的重量来选取，物体越重所需的圆钢直径越大。
（3）钢扁担，包括工字钢、加强筋板、加强筋板，其中：加强筋板对称固定在工字钢两侧的凹槽内。
（4）钢支架，包括钢板及钢管，其中：钢板固定在钢管两端，钢管内设有垂直于钢板的加强筋板。加强筋板为呈十字形交叉的两块构成。
3 工程实例
3.1工程实例一：阿坝铝厂恢复重建工程
工程结构为三联跨钢结构厂房，跨距为27米，长度为380米，两边跨各布置360KA特大型电解槽55台。2008年5月10日建成投产，同年5月12日遭受四川汶川“5.12”特大地震灾害袭击。导致整个车间一片狼藉，惨不忍睹，电解槽东倒西歪，基础下沉（最严重者下沉1500mm之多）。阿坝铝厂在接到中央和四川省领导的指示，同年12月12日要恢复生产后，要求由原施工单位七冶建设有限责任公司承担灾后重建任务。我单位接到通知后，立即组织有关技术人员现场勘察制定施工方案进行施工。
阿坝铝厂2008年7月15日正式开工，在受交通、通讯、电力、余震等众多因素的影响下。七冶建设公司员工发扬伟大的抗震精神，克服重重困难，于2008年12月12日胜利完成了110台360KA特大型电解槽的灾害重建任务，并一次送电成功，使用至今运行情况良好，产生了很好的经济效益和社会效益。
3.2工程实例二：黄河鑫业有限公司电解铝工程
黄河水电铝型材联营项目黄河鑫业有限公司电解铝工程，为25万吨/年电解铝，使用350kA电解槽型。自项目建成生产后，因地质情况原因，出现地基下沉，使电解槽产生位移。项目从2009年3月15日开始进行电解槽整体处理，在建设单位分批停产后，七冶建设公司员工克服重重困难，在要求时间内高效地完成修复任务，并一次送电成功，使用至今运行情况良好，产生了很好的经济效益和社会效益。
3.3工程实例三：青铜峡铝业股份有限公司异地改造一期项目
青铜峡铝业股份有限公司异地改造一期项目，为20万吨/年电解铝，使用350kA电解槽型。自项目建成使用后，因地质情况原因，出现地基下沉，使电解槽产生位移。采用了电解槽整体移动施工工法，对产生位移的电解槽进行整体纠偏处理，效果显著，缩短了工期，降低了成本，安全可靠，自2010年5月1日投产以来，各项生产指标符合设计要求，运行情况良好。
4 总结
本工法是为恢复遭受2008年“5.12汶川特大地震”处于震源中心区的阿坝铝厂电解车间，面临全世界有色行业从未遇到过被8级特大地震震垮的360kA大型电解槽，电解槽重达400吨左右（地震前准备启动生产的全部材料都在槽内）、外形19米（长）×5米（宽）×6米（高），地平面下沉和基础的破坏程度前所未有，特别严重的电解槽达到顶升高度2米、纵横向平移200～300毫米才能恢复到原位；电解槽底部没有固定顶点且大部分地方不能直接作为顶点（内有易碎物质，一旦顶坏，则整台电解槽报废）；数量达到110台；顶升时经常会受到余震的威胁等特殊情况，经七冶建设有限责任公司组织有关专家反复论证、试验总结形成了电解整体移动施工工法，难度很大。
本工法与同类工程的工法相比，由于占用作业面小、使用的机械和机具简单易操作、工程进度块、干扰因数少、有利于文明施工、各种资源能较好利用。能确保设备完好无损，免除的肢解设备增加的大量费用，同时大大缩短了工程工期，具体单台电解槽移动修复可节约：人工费：1.2万元，机械费：2.3万元，材料费：1.6万元，合计：5.1万元；缩短工期：5天，形成了较好的经济效益。
本工法采用就地恢复设备安装，避免了肢解设备占用大量的场地的困难；减少大量大型机械及人工降低了恢复重建工程的费用；减少了因肢解设备产生的大量场外运输量，降低了对城镇交通的影响；避免了因拆除槽内衬产生的振动、噪音、粉尘等公害对居民的影响。为以后类似工程施工提供了可靠的决策依据和技术保证，社会效益和环境效益明显
参考文献：
【1】混凝土工程结构施工质量验收规范 GB50204
【2】钢结构工程施工及质量验收规范 GB50205
【3】机械设备安装工程施工及验收通用规范 GB50231
【4】现场设备、工业管道焊接工程施工规范 GB50236
【5】承压设备无损检测 JB/T4730
作者简介：
张劲松 七冶建设有限责任公司 副总工程师，贵州 贵阳 邮编550061
王来强 七冶建设有限责任公司 项目经理
皮忠锡 七冶建设有限责任公司 施工员
杜玉涛 贵州大学空间结构研究中心
论文作者:张劲松,王来强,皮忠锡,杜玉涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/16
标签：电解槽论文; 枕木论文; 设备论文; 千斤顶论文; 扁担论文; 阿坝论文; 钢板论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;