公路架橋機(jī)快速安裝超大型弧門應(yīng)用技術(shù)

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(nèi)的烏江干流河段,是烏江干流梯級(jí)開發(fā)的第六級(jí)電站,開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主,兼顧航運(yùn)、防洪、灌溉等功能。電站裝機(jī)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(yīng)庫容 12.05億 m3,防洪庫容1.84億 m3。

思林電站的泄洪系統(tǒng)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(jiǎn)稱弧門),孔口尺寸為 13m×34m,底檻高程為 418m。

弧門的結(jié)構(gòu)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(dòng)軸承,啟閉裝置采用懸掛式液壓?jiǎn)㈤]機(jī),其設(shè)計(jì)的運(yùn)行操作條件為動(dòng)水啟閉并可局部開啟運(yùn)行,設(shè)計(jì)水頭 22.5m,工作半徑為 27.5m。

根據(jù)思林電站大壩工程施工的實(shí)際進(jìn)度,弧門安裝唯一的吊裝設(shè)備——壩頂門機(jī)不能形成。為滿足電站按期擋水發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),7扇弧門中的 5扇須在 4個(gè)月內(nèi)完成,且壩體閘墩只能依次形成,壩頂預(yù)制件與閘門構(gòu)件需交叉進(jìn)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(guī)的方法進(jìn)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(jī)為主要吊裝設(shè)備快速安裝弧門的方法,不僅優(yōu)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(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 公路架橋機(jī)的選型與布置

2.1 公路架橋機(jī)的選型

目前,由大方公司研制的公路架橋機(jī)有 DFⅡ、DFⅢ系列。DFⅢ系列公路架橋機(jī)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)跨度范圍內(nèi)全幅一次安裝架設(shè),極大地提高了施工速度;因該架橋機(jī)前、中支腿位置可以隨意調(diào)整,可適應(yīng) 45°以下任意角度施工環(huán)境。因此,最終選用了 DFⅢ系列公路架橋機(jī)。

DFⅢ系列公路架橋機(jī)具有 DF50/150Ⅲ、DF40/100Ⅲ、DF35/80Ⅲ和 DF3O/60Ⅲ四種規(guī)格,其相關(guān)特征值見表 1。

表1 DFⅢ系列公路架橋機(jī)相關(guān)特征值表

根據(jù)公路架橋機(jī)的使用特性,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和弧門主要吊裝單元情況,使用架橋機(jī)吊裝弧門的相關(guān)數(shù)據(jù)見表 2。

表2 使用公路架橋機(jī)吊裝弧門的相關(guān)數(shù)據(jù)表

結(jié)合表 1、2,在安裝弧門時(shí)選用 DF50/150Ⅲ型公路架橋機(jī)。

2.2 架橋機(jī)的改造

公路架橋機(jī)是架設(shè)公路橋梁的專用設(shè)備,因此,其天車起升揚(yáng)程均較低。為了保證弧門構(gòu)件能夠吊裝到位,必須對(duì)天車進(jìn)行改造。改造方案是將天車上現(xiàn)有的 3t卷揚(yáng)機(jī)更換為 5t卷揚(yáng)機(jī),增加卷揚(yáng)機(jī)卷筒的容繩量;同時(shí),根據(jù)閘門構(gòu)件的吊裝重量選擇合適的滑輪倍率,確保高揚(yáng)程將弧門構(gòu)件吊裝到位。另外,配備55t旋轉(zhuǎn)吊鉤兩個(gè),用于支臂部件的吊裝,確保支臂部件吊裝過程中轉(zhuǎn)向安全可靠。

2.3 公路架橋機(jī)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(hào)壩縱 0+14為界,上游側(cè)高程為 452m,下游側(cè)高程為 449m,上下游高差為 3m。為保證架橋機(jī)能夠吊裝弧門的所有構(gòu)件,需在下游側(cè)架設(shè)支承鋼梁,以保證架橋機(jī)在閘墩 452m高程全行程運(yùn)行,支承鋼梁架設(shè)斷面見圖 2。為優(yōu)化安裝工序,盡量加快安裝速度,DF50/150Ⅲ型公路架橋機(jī)需要進(jìn)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(jù)架橋機(jī)的吊裝特性,弧門大部分構(gòu)件采用立裝運(yùn)輸,然后直接運(yùn)至架橋機(jī)吊點(diǎn)之下進(jìn)行吊裝,從而可以節(jié)約門葉構(gòu)件在架橋機(jī)底下翻身占用的時(shí)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(jié)門葉。根據(jù)弧門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),充分利用公路架橋機(jī)的吊裝穩(wěn)定性、定位的準(zhǔn)確性、吊鉤可獨(dú)立操作性和跨度范圍內(nèi)可全幅一次安裝等優(yōu)點(diǎn),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(jié)(底節(jié))門葉安裝→第七節(jié)門葉安裝→第六節(jié)門葉安裝→中支臂安裝→第五節(jié)門葉安裝→第四節(jié)門葉安裝→上支臂安裝→第三至一節(jié)門葉安裝→拉桿安裝→焊接。

利用公路架橋機(jī)安裝弧門,將傳統(tǒng)安裝方法中弧門構(gòu)件就位后的調(diào)整過程轉(zhuǎn)移到弧門吊裝過程中進(jìn)行調(diào)整至安裝狀態(tài),從而大大加快了弧門的安裝速度,相對(duì)傳統(tǒng)的安裝方法,工期約縮短了一半。

圖2 架橋機(jī)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(jī)兩天車同時(shí)吊運(yùn)已運(yùn)輸?shù)轿坏耐簧然￠T兩件支鉸進(jìn)行安裝。天車同側(cè)兩吊鉤將支鉸吊至安裝部位時(shí),通過單鉤可單獨(dú)升降調(diào)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(shè)計(jì)值),同時(shí),微動(dòng)架橋機(jī)大車,使支鉸螺孔與預(yù)埋螺桿對(duì)準(zhǔn),待全部預(yù)埋螺桿分別穿入相應(yīng)的螺孔后將螺桿擰上螺母以定位。支鉸調(diào)整通過微動(dòng)架橋機(jī)的吊鉤實(shí)現(xiàn),其調(diào)整用水準(zhǔn)儀和鋼琴線控制,待每套調(diào)整均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后再進(jìn)行整體檢查調(diào)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(jié)構(gòu),重25.7t,上支臂為工字梁結(jié)構(gòu),重約 12t。為減少吊裝單元數(shù)量,方便安裝,在安裝前將下支臂和半支腿組拼為一個(gè)吊裝單元,同時(shí)對(duì)支臂進(jìn)行預(yù)先修整,修整尺寸應(yīng)相對(duì)設(shè)計(jì)尺寸留 10mm余量,以便在門葉安裝時(shí)對(duì)支臂進(jìn)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(cè)相對(duì)差不大于 5mm。

用架橋機(jī)一天車的兩吊鉤(其中一個(gè)為旋轉(zhuǎn)吊鉤)將運(yùn)輸?shù)轿坏闹П鄣跗鸩为?dú)調(diào)整兩吊鉤,以確保支臂以工作狀態(tài)就位。就位并精調(diào)合格后,點(diǎn)焊必須牢固。

由于支鉸與半支腿結(jié)合面為平面,因此,在對(duì)下支臂(含半支腿)進(jìn)行安裝時(shí),要將半支腿與活動(dòng)支鉸接觸端面對(duì)正。調(diào)整時(shí),要保證半支腿與活動(dòng)支鉸連接組合面之間緊密貼合,接觸面應(yīng)不少于 75%。調(diào)整合格后,將活動(dòng)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(jìn)行拉桿安裝。拉桿用卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行掛裝,上、中、下支臂從下游向上游方向掛裝,掛裝時(shí)點(diǎn)焊必須牢固。

3.3 門葉安裝

弧門門葉分八節(jié),單節(jié)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(zhì)量,門葉安裝前,在弧門底檻上孔口中心線對(duì)稱焊接兩擋塊,擋塊間距為 12960mm+4mm,以對(duì)底節(jié)門葉進(jìn)行快速定位、調(diào)整,同時(shí),在各節(jié)門葉上吊點(diǎn)中心對(duì)稱焊接 4個(gè)臨時(shí)吊耳,以備吊裝門葉用。

門葉按從底到頂節(jié)的順序進(jìn)行安裝。用公路架橋機(jī)兩天車的四個(gè)吊鉤將運(yùn)輸?shù)轿坏拈T葉結(jié)構(gòu)吊起并運(yùn)輸至門槽正上方,通過單獨(dú)調(diào)整四個(gè)吊鉤使門葉處于工作狀態(tài)后緩緩下降,使門葉順著門軌下滑至安裝位置進(jìn)行拼焊、加固等。節(jié)與節(jié)之間以對(duì)位塊對(duì)位合格為準(zhǔn)。

門葉安裝時(shí),有意識(shí)的向上游傾斜 10～20 mm,以便進(jìn)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(jīng)烘烤并滿足要求。為減少焊接變形,焊接前制定了嚴(yán)格的焊接工藝。焊接的順序?yàn)殚T葉→支臂→拉桿。由4名焊工同時(shí)施焊且 24h連續(xù)焊。弧門在焊接時(shí)由專人監(jiān)測(cè)弧門變形,當(dāng)發(fā)現(xiàn)門葉變形時(shí),根據(jù)其變形方向進(jìn)行反變形處理。焊接采用多層多道、對(duì)稱焊接法,嚴(yán)格控制焊接速度。全部焊接結(jié)束后,對(duì)閘門的外形尺寸進(jìn)行了測(cè)量,全部達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4 結(jié) 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(chuàng)新,利用公路架橋機(jī)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(chuàng)造了水電行業(yè)弧門安裝新記錄。

閘門安裝完成后,對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查,均符合設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。其結(jié)果證明:利用公路架橋機(jī)快速安裝超大型弧門的應(yīng)用技術(shù)是成功的,值得在水電工程中推廣。