大型吊裝系統在水利工程中的應用分析

郭　杰

(廣州新珠工程監理有限公司，廣州 510610)

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大型吊裝系統在水利工程中的應用分析

郭杰

(廣州新珠工程監理有限公司，廣州 510610)

摘要：對黔中水利總干渠渡槽C3標龍場渡槽的大型吊裝系統進行應用分析，可得出大型吊裝系統的設計滿足龍場渡槽的吊裝工程需要，其強度和穩定性滿足要求。但水利工程中，由于起吊場地受到限制，可能需跨越峽谷，應在施工中加強纜吊系統、錨索張拉及松索、拱圈和接頭混凝土澆筑等觀測工作，確保施工安全和質量。

關鍵詞：吊裝系統;吊具結構；渡槽； 安全系數；主索

隨著國民經濟的不斷發展，中國各行各業方興未艾，尤其是石油化工、冶金和電力建設方面，為了追求更高效率和更高效益，整體吊裝工程越來越普遍，對吊裝技術和吊裝設備的要求也越來越高。目前吊裝技術普遍用于道路、橋梁、船舶等工程，但大型吊裝系統在水利水電工程中的運用，并不多見。鑒于此，文章以實際水利工程為背景，對黔中水利總干渠渡槽C3標龍場渡槽的大型吊裝系統進行應用分析。

1工程概況

黔中水利總干渠龍場渡槽起止樁號：總干23+207.198~總干23+547.198，總長340 m。上游接大水井隧洞、下游接明渠。為拱式渡槽，拱圈軸為懸鏈線，凈矢高f0=40m，矢跨比1/5，主拱箱為單箱雙室鋼筋混凝土變截面拱箱，拱寬由12 m漸變為5.5 m，拱箱高3.5 m，主拱凈跨200 m，離地面最大高度120m，目前為國內最大的單跨拱式渡槽。

龍場小河為不對稱的“V”型斜向河谷，谷底寬15 m，谷底沖洪積砂卵礫石層厚2～3 m。進口岸(左岸)1 210 m高程以上地形坡度為30°左右，基巖裸露，為硬質巖構成的逆向坡，巖層傾向左岸偏下游，傾角34°，自然邊坡穩定；1 210 m高程以下為陡崖，為硬質巖構成的逆向坡，自然邊坡穩定，陡崖腳為縣級公路。出口岸(右岸)地形坡度均勻，約40°左右，基巖裸露，為硬質巖構成的斜向坡，自然邊坡穩定。地層巖性主要有：第四系(Q)：殘坡積、沖洪積物，成分黏土夾碎石以及砂卵礫石層，厚0～5.7 m。白堊系(K)：塊狀角礫巖夾紫紅色砂巖。三疊系(T)： 永寧鎮組第一段第一層(T1yn1-1)灰色中至厚層狀灰巖夾少量泥灰巖。夜郎組(T1y)中至厚層狀灰巖夾少量泥灰巖和泥頁巖。場地進口岸(左岸)陡崖腳發育K1水平溶洞，溶洞位于渡槽軸線下游10 m以外，溶洞口徑約3 m，可見深約5 m，未見洞穴堆積物。區內地層巖性主要為灰色中至厚層狀灰巖夾少量泥灰巖和泥頁巖，地下水類型為巖溶管道水、巖溶裂隙水、基巖裂隙水等，含水量中等至強[1]。

2主纜索系統設計

主吊裝系統主跨徑550 m，出口岸平衡索錨碇位于主索錨碇前方120 m，平衡錨索及反置主索角度θ=28.3゜，單套系統主索采用12Φ62鋼芯鋼絲繩，在出口岸吊塔頂部，4根主索過索鞍輪后2根錨固于錨碇，2根轉向后反置于吊塔頂部。4臺15t慢速滾筒卷揚機(角速度恒定)用于起吊，4臺20 t慢速滾筒卷揚機(角速度恒定)用作牽引。通過計算主索的最大垂度、最大張力；起重索最大拉力、牽引索最大牽引力，可得單套纜索吊機設計參數及計算結果如表1所示，其安全系數滿足規范要求[2]。

表1　單套纜索吊機設計參數及計算結果

3吊具設計

拱肋吊裝系統吊具包括纜索跑車、起吊滑車組、吊點分配梁、吊點等結構。全橋布設2組主索，每組上設置兩套吊具。吊具數量、規格匯總見表2。

表2　吊具數量、規格匯總表

3.1　纜索跑車設計

跑車結構設計示意圖如圖1所示：

圖1　行走天車及上吊具結構示意圖

主要技術指標：承重主索12Φ62 mm；起吊索Φ32 mm；牽引索Φ32 mm。跑車輪、牽引輪及起重輪直徑均為600 mm；軸承均采用柱式滾動軸承。 單個跑車承受的豎向力T=750 kN，設計按1 000 kN取值。各部位應力安全系數K≥2.0。

3.2　起吊滑車組設計

起吊滑車結構設計示意圖如圖2~3所示：

圖2　 下吊具結構示意圖

技術指標：起吊繩走線數10線。起吊繩直徑Φ32 mm。滑車組直徑為600 mm。滑車組滑輪內均采用柱式滾動軸承。滑車組承受的豎向力為750 kN，設計按1 000 kN取值。各部位應力安全系數K≥2.0。

3.3　扁擔梁設計

扁擔梁采用鋼管桁架結構，主管采用Φ325×20 mm，平聯及斜撐采用Φ219×10 mm鋼管。經過計算扁擔梁應力分布如圖4所示，可知桿件最大組合應力為135 MPa，小于200 MPa，滿足要求。

4吊塔系統設計

吊塔結構設計圖如圖5所示。出口岸吊塔立于山頂，吊塔與基礎的連接形式為固結。吊塔基礎采用樁基混凝土承臺，吊塔材料采用鋼管桁架焊接而成。吊塔高度只有4.5m，剛度很大，無需設置橫向抗風索。吊塔平衡索用于平衡主索的水平拉力，在鋼管桁架上設置與主索相對應的主索平衡錨索，上下游各設置12束8Φ15.24鋼絞線平衡索，空載工況下其初張力為：4 800 kN。通過計算吊塔強度和穩定性滿足要求。

圖4　扁擔梁應力分布圖

5扣塔系統設計

扣塔結構設計圖如圖7所示。兩岸扣塔均立于交界墩頂部，與墩頂預埋鐵板固結。吊塔材料采用鋼管桁架焊接而成，高度27m，立柱鋼管采用Φ630×20 mm厚鋼管，墊梁采用I36型鋼組合箱型截面，張拉錨梁采用I50型鋼組合截面，其他連結桿件采用槽20箱型截面，所有型鋼均采用Q345b材質。扣塔頂部橫向布置各布置2組3Φ15.24鋼絞線橫向纜風，當扣塔產生水平偏位時，張拉鋼絞線，控制扣塔水平偏位在10 mm之內。扣塔縱橋向不設置專門的纜風，扣塔縱橋向的偏位通過張拉扣、錨索來實現。通過計算吊塔穩定性強度和穩定性滿足要求。

圖6　扣塔結構示意圖

6主索錨固系統設計

6.1　地質條件

進口岸主索錨碇位于標高為1444的山腰上，地質情況好，巖石裸露，基本為弱風化石灰巖。出口岸吊塔基礎位于山頂，巖石裸露，基本為強風化石灰巖。出口岸主索平衡錨索錨碇位于山腳，巖石被淺層土體覆蓋，基本為弱風化石灰巖。

6.2　基礎類型及錨固方式

1)主索地錨基礎型式

根據地錨所在地質情況，進口岸采用山體錨索錨碇，錨索孔深33米。出口岸吊塔基礎采用樁式承臺基礎，樁徑1.2 m，樁長8 m，承臺尺寸6.5 m×5 m×1 m(厚)。出口岸平衡索錨碇采用樁式承臺錨碇，樁徑2 m，樁深6 m，承臺高度3 m，長8 m，寬6 m。

2)主索索股錨固方式

進口岸主索錨固于與山體錨索錨固的錨梁上。出口岸主索捆于吊塔橫梁上，平衡錨索亦錨固于橫梁上，與主索一一對應。出口岸平衡錨索與錨碇的連接方式為預埋的形式，直接澆筑錨固在混凝土基礎中。

7主拱肋抗風索的設計及布置

本橋拱箱為整箱安裝，其橫向穩定性好，永久抗風索半拱設置兩道，共4道，采用2Φ32鋼絲繩；節段安裝就位時，每節段設置1對臨時調位風纜，采用2Φ21.5鋼絲繩，就位后，安裝下一節段時，將上一節段的臨時調位風纜前移。

7.1　全橋拱肋抗風索系統布置

永久抗風索系統布置見圖7。

圖7　永久抗風索系統布置圖

7.2　抗風索的選用與設置

抗風索用Φ32(6×37+1)的鋼絲繩。固定端鋼絲繩與拱肋捆綁連接，收放端鋼絲繩捆綁在抗風地錨上，通過倒鏈收放進行調整。收放端先用卷揚機牽引，使抗風索產生一定的初張力，以克服鋼絲繩的部分延伸量。抗風索初張力單根Φ32鋼絲繩為10 t，抗風索破斷拉力安全系數>3。進口岸、出口岸左右兩側各布置1個抗風地錨。抗風索地錨采用錨桿錨碇，單個錨碇在基巖上打入Φ25錨桿16根，錨桿深度1.8m，外露澆筑C30混凝土樁頭，單個錨碇抗水平力設計為80 t，抗風索直接困于樁頭上。

8結語

黔中水利總干渠龍場渡槽目前為國內最大的單跨拱式渡槽，其吊裝工藝采用無支架纜索吊裝和斜拉扣掛，操作難度大，技術、安全措施要求高。然而通過對吊裝系統的設計計算，各項技術參數的安全系數滿足要求，其強度和穩定性滿足工程實際需要，已實現大型吊裝系統在水利工程中的運用。但由于水利工程中，起吊場地受到限制，拉各種風纜時地形險要，需跨越峽谷，可能造成施工比較困難的情況，而纜吊系統、錨索張拉及松索、拱圈和接頭混凝土澆筑是吊裝系統成功運行的關鍵，因此施工中應認真細致，加強觀測，確保施工安全和質量。

參考文獻：

[1]王欣,高順德.大型吊裝技術與吊裝用起重設備發展趨勢[J]，石油化工建設,2005,27(01):58-60.

[2]都昌林，馬學峰，龔志剛.大跨徑無支架纜索吊吊裝系統設計與施工[J].公路交通科技，2004，21(09):74-77.

Application of Large Hoisting System in Water Conservancy Project

GUO Jie

(Guangzhou Xinzhu Engineering Supervision Ltd.，Guangzhou 510610，China)

Abstract：By analyzing the large hoisting system of C3 Longchang aqueduct located in Qianzhong hydrological main canal in the paper，it is concluded that the design of large hoisting system can meet the demands of hoisting projec6ts and its strength and stability is capable to meet the demands.Limited by the lifting field of hydraulic project，possible to cross the canyon，the cable suspension system,cable tension，arch and joint concrete pouring should be strengthened in the construction so as to ensure the safety and quality of the construction.

Key words：hoisting system；structure of suspension machine；aqueduct；safety coefficient；main cable

[作者簡介]郭杰(1982-)，男，湖北孝感人，工程師，從事工程監理工作。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：TV53

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0009-04