公路架橋機快速安裝超大型弧門應用技術

王文明, 楊光忠

(中國水利水電第八工程局有限公司,貴州貴陽 550008)

1 工程概況

思林水電站位于貴州省思南縣境內的烏江干流河段,是烏江干流梯級開發的第六級電站,開發任務以發電為主,兼顧航運、防洪、灌溉等功能。電站裝機容量為 106萬 kW。大壩為碾壓混凝土重力壩,壩高 117m,壩頂長 310m。水庫正常蓄水位高程 440m,相應庫容 12.05億 m3,防洪庫容1.84億 m3。

思林電站的泄洪系統布置在壩中,由 7孔開敞式溢流道組成,每孔溢流道的下游面均布置有1扇露頂式弧形工作閘門(以下簡稱弧門),孔口尺寸為 13m×34m,底檻高程為 418m。

弧門的結構形式為斜支臂三桿主橫梁式,由門葉、支臂和支鉸等組成。支鉸采用球面滑動軸承,啟閉裝置采用懸掛式液壓啟閉機,其設計的運行操作條件為動水啟閉并可局部開啟運行,設計水頭 22.5m,工作半徑為 27.5m。

根據思林電站大壩工程施工的實際進度,弧門安裝唯一的吊裝設備——壩頂門機不能形成。為滿足電站按期擋水發電目標的實現,7扇弧門中的 5扇須在 4個月內完成,且壩體閘墩只能依次形成,壩頂預制件與閘門構件需交叉進行安裝,施工干擾大。弧門的吊裝單元重量為 11至 42t不等。因此,若按照常規的方法進行弧門安裝,不僅吊裝難度大,成本高,而且需要的工期長,為此,我單位采用了以 DF50/150Ⅲ型公路架橋機為主要吊裝設備快速安裝弧門的方法,不僅優化了安裝工藝,也降低了安裝難度,從而保證了施工安全并大大縮短了安裝工期,更重要的是保證了電站擋水發電目標的實現。

2 公路架橋機的選型與布置

2.1 公路架橋機的選型

目前,由大方公司研制的公路架橋機有 DFⅡ、DFⅢ系列。DFⅢ系列公路架橋機的運輸、安裝更加方便快捷,使用更加安全可靠,效率更高,采用過墩方梁,可實現跨度范圍內全幅一次安裝架設,極大地提高了施工速度;因該架橋機前、中支腿位置可以隨意調整,可適應 45°以下任意角度施工環境。因此,最終選用了 DFⅢ系列公路架橋機。

DFⅢ系列公路架橋機具有 DF50/150Ⅲ、DF40/100Ⅲ、DF35/80Ⅲ和 DF3O/60Ⅲ四種規格,其相關特征值見表 1。

表1 DFⅢ系列公路架橋機相關特征值表

根據公路架橋機的使用特性,結合施工現場實際和弧門主要吊裝單元情況,使用架橋機吊裝弧門的相關數據見表 2。

表2 使用公路架橋機吊裝弧門的相關數據表

結合表 1、2,在安裝弧門時選用 DF50/150Ⅲ型公路架橋機。

2.2 架橋機的改造

公路架橋機是架設公路橋梁的專用設備,因此,其天車起升揚程均較低。為了保證弧門構件能夠吊裝到位,必須對天車進行改造。改造方案是將天車上現有的 3t卷揚機更換為 5t卷揚機,增加卷揚機卷筒的容繩量;同時,根據閘門構件的吊裝重量選擇合適的滑輪倍率,確保高揚程將弧門構件吊裝到位。另外,配備55t旋轉吊鉤兩個,用于支臂部件的吊裝,確保支臂部件吊裝過程中轉向安全可靠。

2.3 公路架橋機的布置

弧門共 7孔,孔口寬度為 13m,孔與孔之間的閘墩寬 4m,溢流壩下游立視見圖 1。閘墩上下游以樁號壩縱 0+14為界,上游側高程為 452m,下游側高程為 449m,上下游高差為 3m。為保證架橋機能夠吊裝弧門的所有構件,需在下游側架設支承鋼梁,以保證架橋機在閘墩 452m高程全行程運行,支承鋼梁架設斷面見圖 2。為優化安裝工序,盡量加快安裝速度,DF50/150Ⅲ型公路架橋機需要進行三次安裝布置,即第一次跨兩孔,第二次跨三孔,第三次跨兩孔。

圖1 溢流壩下游立視圖

根據架橋機的吊裝特性,弧門大部分構件采用立裝運輸,然后直接運至架橋機吊點之下進行吊裝,從而可以節約門葉構件在架橋機底下翻身占用的時間,大大加快了安裝速度。

3 弧門安裝工藝

弧門門體主要吊裝單元有支鉸、下支臂(含半支腿)、中支臂、上支臂、拉桿和各節門葉。根據弧門的結構特點,充分利用公路架橋機的吊裝穩定性、定位的準確性、吊鉤可獨立操作性和跨度范圍內可全幅一次安裝等優點,采用了以下閘門安裝順序:支鉸安裝→下支臂(含半支腿)安裝→第八節(底節)門葉安裝→第七節門葉安裝→第六節門葉安裝→中支臂安裝→第五節門葉安裝→第四節門葉安裝→上支臂安裝→第三至一節門葉安裝→拉桿安裝→焊接。

利用公路架橋機安裝弧門,將傳統安裝方法中弧門構件就位后的調整過程轉移到弧門吊裝過程中進行調整至安裝狀態,從而大大加快了弧門的安裝速度,相對傳統的安裝方法,工期約縮短了一半。

圖2 架橋機大車軌道支承鋼梁布置圖

3.1 支鉸安裝

支鉸已在制造廠家組裝成整體。為加快安裝速度,分別用架橋機兩天車同時吊運已運輸到位的同一扇弧門兩件支鉸進行安裝。天車同側兩吊鉤將支鉸吊至安裝部位時,通過單鉤可單獨升降調整兩吊鉤吊繩的長度,使支鉸中心線與水平方向的夾角約為 16.7295°(設計值),同時,微動架橋機大車,使支鉸螺孔與預埋螺桿對準,待全部預埋螺桿分別穿入相應的螺孔后將螺桿擰上螺母以定位。支鉸調整通過微動架橋機的吊鉤實現,其調整用水準儀和鋼琴線控制,待每套調整均滿足設計和規范要求后再進行整體檢查調整。兩鉸座同心度不大于 1mm,鉸座軸孔傾斜不大于 1mm/m,合格后擰緊螺母并松鉤。

3.2 支臂、半支腿及拉桿安裝

支臂分半支腿、下支臂、中支臂和上支臂等部件。半支腿重 14.5t,下、中支臂為箱梁結構,重25.7t,上支臂為工字梁結構,重約 12t。為減少吊裝單元數量,方便安裝,在安裝前將下支臂和半支腿組拼為一個吊裝單元,同時對支臂進行預先修整,修整尺寸應相對設計尺寸留 10mm余量,以便在門葉安裝時對支臂進行精確修邊,保證支鉸中心至弧門面板外緣半徑 R的極限偏差為 ±8 mm,兩側相對差不大于 5mm。

用架橋機一天車的兩吊鉤(其中一個為旋轉吊鉤)將運輸到位的支臂吊起并單獨調整兩吊鉤,以確保支臂以工作狀態就位。就位并精調合格后,點焊必須牢固。

由于支鉸與半支腿結合面為平面,因此,在對下支臂(含半支腿)進行安裝時,要將半支腿與活動支鉸接觸端面對正。調整時,要保證半支腿與活動支鉸連接組合面之間緊密貼合,接觸面應不少于 75%。調整合格后,將活動支鉸與半支腿連接螺栓緊固。

拉桿為[40b槽鋼,最大重量為 0.1t,待支臂、門葉安裝完成后進行拉桿安裝。拉桿用卷揚機進行掛裝,上、中、下支臂從下游向上游方向掛裝,掛裝時點焊必須牢固。

3.3 門葉安裝

弧門門葉分八節,單節重量為11～35t不等。最大外形尺寸:1.296m×1.8m×3.3m。

為提高安裝速度,確保安裝質量,門葉安裝前,在弧門底檻上孔口中心線對稱焊接兩擋塊,擋塊間距為 12960mm+4mm,以對底節門葉進行快速定位、調整,同時,在各節門葉上吊點中心對稱焊接 4個臨時吊耳,以備吊裝門葉用。

門葉按從底到頂節的順序進行安裝。用公路架橋機兩天車的四個吊鉤將運輸到位的門葉結構吊起并運輸至門槽正上方,通過單獨調整四個吊鉤使門葉處于工作狀態后緩緩下降,使門葉順著門軌下滑至安裝位置進行拼焊、加固等。節與節之間以對位塊對位合格為準。

門葉安裝時,有意識的向上游傾斜 10～20 mm,以便進行支臂的精確修整和焊接。

3.4 焊 接

弧門焊接使用 J507焊條,焊條須經烘烤并滿足要求。為減少焊接變形,焊接前制定了嚴格的焊接工藝。焊接的順序為門葉→支臂→拉桿。由4名焊工同時施焊且 24h連續焊。弧門在焊接時由專人監測弧門變形,當發現門葉變形時,根據其變形方向進行反變形處理。焊接采用多層多道、對稱焊接法,嚴格控制焊接速度。全部焊接結束后,對閘門的外形尺寸進行了測量,全部達到設計和規范要求。

4 結 語

思林水電站弧門安裝在工期緊、施工難度大的情況下,我單位努力開拓,大膽創新,利用公路架橋機解決了弧門吊裝問題,以每 15天完成一套弧門安裝的速度創造了水電行業弧門安裝新記錄。

閘門安裝完成后,對各項數據進行了檢查,均符合設計、規范要求。其結果證明:利用公路架橋機快速安裝超大型弧門的應用技術是成功的,值得在水電工程中推廣。