一、工程概況
本工程為某熱電廠工程210/6m鋼筋混凝土套筒式煙囪，內布置一出口直徑為6m鋼內筒（頂部標高為210m）。在30m、60m、90m、115m、140m、165m、185m、203.5布置八層鋼平臺。內筒重約600噸（包括保溫及其他附件重量）。鋼內筒鋼板厚度分布如下：

標高范圍：（m）	鋼板基板厚（mm）
0-60	20
60-90	18
90-140	16
140-185	14
185-210	12

二、 施工方案
本工程采用氣壓頂升法施工,即將鋼內筒頂部封閉,其底部為氣頂活塞,從而形成一密閉容器,利用空氣壓力托住鋼內筒,通過充氣增大氣壓達到鋼內筒頂升,實現倒裝鋼內筒筒體。物理原理:P=F/S
鋼內筒鋼板重量約為590噸，頂升摩擦力大約為10噸，鋼內筒頂升是最大壓強為：
P=600×10⁴÷(3.14×3050² )=0.205N/mm²。   
計算焊縫是否能夠承受頂升時的拉力：P×1×12=u
求得應力為：u=0.205×1×12=2.46N。
從施工手冊中查得：Q235B級鋼的大于頂升時焊縫承受的強度。
頂部鋼梁的計算見下圖：
M=1/4ql=1/4×200KN×4.3m=215KNm
從施工手冊中查得Q235B級鋼的屈服強度為215N/mm²，查得H型鋼的彎矩值為3853。
415000000/3853000=55.8/mm² 可知Q235B級鋼的應力遠大于鋼梁所受的力。  
三、施工工藝流程
首段鋼內筒（頂帽）制作、就位         氣頂活塞安裝          組對平臺安裝
 

鋼內筒弧型片運輸、組對       鋼內筒的分段卷制        安裝運料螺旋軌道及組焊平臺
 

筒節的焊接          焊縫檢查        氣壓頂升
四、施工方法
1. 利用施工鋼平臺的15噸卷揚機、鋼絲繩、煙囪頂部鋼梁把帶有頂帽的首段鋼內筒安裝在煙囪內。此段鋼內筒高16米，頂部用14mm的鋼板封口與活塞組合形成密閉容器。
2. 氣頂裝置系統的安裝
氣頂裝置系統由活塞、活塞桿、組對平臺、空壓機、儲氣罐、連接管道、閥門等組成
①把活塞置入首段鋼內筒安裝、就位。
②把活塞桿與活塞組合為一體，下端牢固的固定在鋼內筒中心，與鋼內筒首段形成密閉容器。活塞部分在頂升系統中起著承重與密封的作用，因此要安裝精密、牢固可靠。
③組對平臺由槽鋼及鋼板組成，形成組對鋼內筒弧型片的工作面，同時起著固定活塞桿的作用。
④把空壓機與儲氣罐組合在一起，通過連接管道、閥門、活塞桿和鋼內筒相聯，形成完整供氣系統。
3. 運料螺旋軌道及組焊平臺
運料螺旋軌道與軌道小車組合,是鋼內筒弧型片由筒外向筒內倒運的運輸工具；組焊平臺是鋼內筒施焊時的工作平臺。
4. 鋼內筒的分段卷制
①鋼內筒的材料為耐酸露點腐蝕鋼板,耐酸露點腐蝕鋼板在組合場進行卷制,板材卷制時必須保持卷板機滾軸的清潔。在卷制前應對原材料進行檢查，對甲供材料應取得檢驗證明，對材料表面的缺陷應在卷制前進行，邊緣表面不應損傷和裂縫，用砂輪清理痕跡應順邊緣方向進行。板材邊緣進行機械自動切割、刨邊加工等工藝后，其表面平整度不能超過0.2mm，連接邊緣的垂直度不能超過0.1mm不符合上述者要求均可用打磨平緩的方法加以修整。
②鋼內筒弧型片弧度的確定：根據圖紙要求鋼內筒直徑為6米，用5mm的普通鋼板制成一段弧度為6米的模具，鋼內筒弧型片卷制時以此模具為標準逐次卷制，直到與模具的弧度一致。
五、鋼內筒弧型片的運輸、組對及焊接
1.利用軌道小車沿螺旋軌道把鋼內筒各弧型片送進筒內與首段鋼內筒組合，連接豎縫應按要求距離交錯，相臨立縫間距不小于150mm,如筒體上有孔洞,則焊縫與孔洞邊緣距離不得小于100 mm,經檢驗合格后方可進行焊接。組裝后施焊應連續完成，在組裝對口根部定位焊時，定位焊后應檢查個焊點的位置，如有缺陷應立即清除重新進行定位焊，點固焊長80mm 左右，間隔350mm—500mm，焊縫高6mm左右。焊接應在有維護、不受雨和雪、大風侵蝕的環境里進行。
2.施焊時按照先焊縱縫，后焊環縫；先焊外縫，后焊內縫的順序施工。應采取雙面焊接，并應采取清跟措施，以保證封底焊的質量，焊口焊完后應進行清理，經自檢合格后做出，可追溯的永久性標識。
3.焊條應采用T427CrCuSb型專業焊條，增加焊條箱保證焊條干燥隨使隨用。
4.縱（環）縫焊接應采取分段或對稱焊以分散應力，如果中途被迫中斷時應采取防止裂紋產生的措施，再焊時應仔細檢查并確認在無裂紋后方可繼續施焊。停止焊接則一條焊縫至少焊接二層以上。
5.縱向焊道的焊肉應焊到環向焊縫的中心，在環縫焊接前鏟除磨光。
6.對于坡口缺肉或間隙過大處必須在焊前填補、磨光并進行外觀檢查，合格后方可焊接。
7.在施焊過程中應特別注意接頭和收弧的質量，收弧時應將熔泡填滿，多層多道焊的接頭應錯開。
8.嚴格禁止在坡口外面的母材上引弧，一旦在母材上引弧，應隨時磨去。對于擊弧后較深處，應打磨并補焊，外觀檢查合格符合要求。
9.引弧采用回焊法，在焊接前方約15mm引弧，然后拉回到焊接處焊接。
10.工卡具焊接：組裝所用的定位塊、吊耳等焊接部位的焊接工藝同正式焊接，并應從嚴要求。焊接時嚴禁在殼板上引弧，起弧和收弧均應在焊縫坡口內側并采取回焊法，填滿弧坑。
11.焊縫清根可采用角向磨光機及碳弧氣刨清根。氣刨時弧長為1～2mm,太長容易發主夾碳現象，弧長大于3mm則電弧不穩。調整合適的風壓，風壓太小，不能有效地將鐵水吹出來，風壓太大，則電弧不穩，且容易斷弧。碳弧氣刨的深度及寬度視鋼板的厚度及坡口角度而定。清根時一般使用拋光機刨2～3次即可成型，其深度不宜超板厚的1/2。氣刨寬度要適中，寬度太窄時，底層焊接時運條不方便，容易產生夾渣和未焊透缺陷。成型刨槽兩側的飛濺應清除干凈，并用磨光機打磨成光滑過渡形狀，露出金屬光澤方允許焊接。
  氣刨工藝參數
        工藝參數：          電極直徑：Φ8
        電流（A）：          280~330
        風壓MPa:           0.35~0.4
        弧    長:            1~2
12.內外焊縫成型后，經過檢查合格后，可以進行焊縫表面打磨工作，去掉表面焊渣、飛濺；修整咬邊。對接焊縫外觀尺寸允許偏差除符合上述規定外、尚應滿足：焊縫余高允許偏差1.5+1.0mm；焊縫凹面值不大于0.5mm，焊縫錯邊不超過1mm，組裝成型過程中不得用錘猛力敲打。內筒周長允許偏差10mm，橢圓度應滿足錯邊不超過1mm要求，且不大于10mm。
13.定位塊、吊耳等的切割優先采用碳弧氣刨切割，其次選用氧氣乙炔焰切割,以上焊接件切割后，應用角向磨光機磨光，使其與母材平滑過渡。
14.減少焊接角變形
保證正面焊接質量，控制線能量在要求范圍之內,反面清根深度適中,可減少角變形。正面焊接時，封底焊不宜太厚，一般在4mm以下，因為這層焊肉缺陷很多，必須要清除掉。單層焊縫的厚度不大于所有焊條直徑加2mm避免產生氣孔和夾渣。焊接線能量越大，則母材及焊縫溫度越高，金屬冷縮的應力越大，勢必造成角度增大，所以必須注意控制線能量，這是減少角變形不可缺少的措施之一。此外，為了防止角變形,反面清根的適宜深度及寬度，有利于減少角變形。
環縫用卡具防止角變形。工卡具對殼板的精確組裝起很大的作用，能足夠地保證間隙、錯口、角變形等都在要求范圍之內，當焊縫點固焊完后，打緊全部楔子用以防止焊縫產生過大的角變形，反面清根前再將其拆除。
15.支座環上螺栓孔的允許偏差：孔與孔之間的尺寸不得超過1.5mm，孔徑不超過1.0mm，同心度不超過20mm，支座環與筒體間隙最大不超過1.5mm。
六、鋼內筒的頂升
1.鋼內筒各焊縫經驗收合格后進行鋼內筒頂升。利用調節閥使進氣壓力等于計算壓力,用三臺六立方空壓機通過連接管道經活塞桿向首段鋼內筒充氣，當鋼內筒內的氣壓達到所需壓強時它就會緩慢上升,頂升高度達到一節鋼內筒的高度2米時停止供氣，頂升停止。再循環連接鋼內筒弧型片,焊接、頂升，直至整體工程結束。
2.在各層鋼平臺上安裝臨時導向輪,在鋼內筒通過該層平臺后起到對鋼內筒的導向和止晃作用.
3. 鋼內筒筒身與基礎螺栓的連接以及細部結構的完善
①將不銹鋼爬梯材料提前運輸到頂部平臺上,待鋼內筒頂升通過頂部平臺時由上向下順序完成爬梯的焊接安裝工作.
②鋼內筒完成頂升工作后,將鋼內筒落到內筒支座環上與基礎螺栓固定牢固.
③完善觀測孔、檢修孔和煙道口等其它細部結構.
七、氣壓頂升法施工鋼內筒的優點和應用前景
１．優點
①氣頂法采用通用的常規機具，節省大量裝備投資
順裝法能夠大大減輕提升重量，可以采用常規吊裝機具，但高空作業量大大。從安全上考慮不可取。若采用以往的的任何一種倒裝法，由于最終的提升重量都相當于筒體總重，無論是卷揚機抬吊或液壓頂升，一般施工企業原有的裝備往往難以勝任，必須為此而添置超重型的專用起重設備，耗資需百萬元。采用氣頂倒裝法則由于把組裝過程中鋼內筒自身轉化為頂升工具，免去了傳遞重力的構件與機具，僅需提供一個氣源裝置，即2-3臺空壓機、儲氣罐等，都是常有的型號與普通的規格，是一般施工企業所具備的，所以幾乎不必進行機具的投資，這對非專業施工部門尤是有利。
②氣頂法對鄰近構筑物不增加施工荷載
采用氣頂法對筒體的組裝與提升過程中其力的作用點始終在筒體基礎上，而且力的大小也不大于運行載荷，鋼內筒組裝時對外筒及其外筒內壁上的各層鋼平臺和內筒基礎以外的地面都不產生施工荷載，若采用其他倒裝法，其中某幾層鋼平臺受力因安裝吊具而增大，鋼平臺和外筒壁因此需要加強，而若采用液壓頂升倒裝法，重力也要從筒身通過三根立柱傳到內筒基礎以外的地面上，因而必須增加立柱基基礎，氣頂倒裝法可以省去此類加強費用而獲得經濟效益。
③采用氣頂倒裝法有良好的穩定性
采用卷揚機和索具抬吊或液壓頂升的倒裝，其對筒身的提升著力點往往低于被組裝筒身的重心，而且組裝得愈高，其重心高于著力點距離越大，穩定性也越差。氣頂倒裝法則和以上情況完全不同，由于它的提升著力點是在接近頂端的封頭內表面上，它始終高于被組裝筒體的重心，而且隨著鋼內筒的逐步增高，提升著力點高于筒體重心的距離也愈來愈大，穩定性也更好，特別當封頭正中裝上一個牽引滑輪組的情況下，靠牽引滑輪組克服靜摩擦力，則穩定性更好，幾乎是懸浮式上升，對鋼平臺沒有撞擊。
④采用氣頂法可以節省更多的輔助用料
組裝過程中的鋼內筒始終承受著一定的正壓，有使筒壁自動保持圓形的趨勢，所以筒體不會發生橢圓或多角形的變化，采用其他方法因鋼筒的壁厚與直徑比較小，接近薄壁結構，容易產生變形，為此需在筒節內焊接十字支撐，裝拆這些十字支撐，既費料又費工。
⑤采用氣頂法對多管式煙囪優點更突出
氣頂工藝可以兩根筒或多個筒同時施工，特別在兩根筒同時施工有著其它方法沒有的優勢，那就是焊接和頂升對口可以交替進行，使勞動力和機械的潛力發揮到最大，達到資源的優化配置。
２．前景：從目前國內大氣污染的治理力度來看，電廠的煙氣排放必須經過脫硫，但目前各電廠所普遍采用的濕法石灰石脫硫工藝會使煙氣溫度大幅減低，造成煙氣在內筒壁結露，加劇了煙氣通道的腐蝕，傳統設計的煙囪已很難滿足電站使用壽命要求，煙囪內設置鋼內筒目前已成為使煙囪達到設計使用壽命要求的普遍方法，應用將會越來越廣。在眾多的鋼內筒施工方法中氣頂施工以其特有的優勢：簡單、安全可靠以及其高效性必將越來越多的被電力施工單位所采用。
【參考文獻】
[1]劉江.建筑施工手冊.中國建筑工業出版社，2003.9