亭子口水利樞紐升船機承船廂安裝

韓孟均

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水利樞紐升船機承船廂安裝

韓孟均

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

嘉陵江亭子口水利樞紐升船機船廂為鋼質槽形結構，船廂有效水域尺寸為116.0m×12.0m×2.5m（長×寬×水深），外形尺寸為128.0m×16.6m×9.0m（長×寬×廂頭高），船廂結構、設備加廂內水體總重約6 250 t。嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司根據金屬結構制作施工經驗，結合工程實際，強化過程質量控制，嚴格控制制造質量，改善船廂的焊接工藝，優化船廂分段長度，最大限度地減少節間拼裝預留值，自制各種工裝具，有效控制了產品的制造質量。

升船機承船廂；安裝；方案

1　概況

亭子口升船機船廂為鋼質槽形結構，由136根鋼絲繩懸吊，并通過主提升機驅動，在船廂室內沿埋設在塔柱墻壁上的軌道豎直升降。船廂有效水域尺寸為116.0m×12.0m×2.5m（長×寬×水深），外形尺寸為128.0m×16.6m×9.0m（長×寬×廂頭高）。

承船廂結構主要由箱形主縱梁、底鋪板、次縱梁、單腹板橫梁、箱形橫梁、小縱梁、廂頭機艙結構、電氣室設備、設備支承結構等構件組成。兩主縱梁的內腹板與底鋪板及船廂門構成船廂的盛水結構。船廂頭設有工作門及檢修門門龕、防撞梁導向槽、U型密封框導槽和機艙結構。船廂上的夾緊、頂緊、導承、密封框、充泄水、消防等設備安裝在相應的機架上，機架與船廂結構焊接為整體。船廂吊耳板采用加厚板材，并與主縱梁外腹板對接拼焊。船廂內側沿高度各設兩道鋼護舷，護舷與主縱梁內腹板用螺栓連接，向內凸出200mm。根據現場實際情況及運輸要求，承船廂分為24個主縱梁分段、17個底鋪板分段、8個廂頭結構分段、1個中部電氣室鋪板分段，共50個分段，總重約1 750 t，其中最大運輸單元外形尺寸為14.8m×9.06m×2.3m，重57.8 t。

2　承船廂安裝施工準備

2.1承船廂安裝測控系統布設

船廂分段吊裝前，在船廂閘室地面上布設船廂現場拼裝基準地樣線，并在船廂閘室四周及邊側合適位置設置船廂安裝高程標桿。

船廂分段現場拼裝基準地樣線包括三條縱向中心線、七條橫向中心線和高程基準線。船廂地樣基準線放劃如圖1所示。

在布設好船廂安裝的三縱七橫中心線后，在船廂室基準面（即EL.363.0m的閘室底板）上的適當位置埋設永久固定物，并將船廂安裝基準線在其上作出標記。

2.2液壓運輸臺車及軌道布置

船廂室內沿左、右船廂兩根主縱梁縱向中心線方向，各布設2條運輸軌道，臺車軌道為P43，高140mm，底部寬114mm，每條長約130m，同側軌道間距根據臺車車輪跨距確定。左、右側軌道上各布置2臺液壓運輸臺車，解決船廂室內船廂結構件安裝就位。液壓臺車及軌道由平板車運到下游引航道EL370底板后采用布置在下閘首EL.387高程的2× 75 t臨時橋機安裝就位。

2.3工裝支墩擺放

根據船廂結構件分段位置，將制作完成的船廂安裝所需工裝支墩，從上游依次擺放至下游。工裝胎架為桁架結構，橫截面為700mm×700mm，工裝擺墩高度以端部主縱梁下翼緣面距離閘室地面高度1 300mm為原則。在支墩上放置調整斜鐵，可連續調整分段高度。具體擺放情況如圖2。

圖1　船廂地樣基準線放劃示意圖

圖2　工裝支墩擺放示意圖

3　船廂安裝

3.1船廂安裝流程

船廂現場安裝從上游依次向下游安裝，具體順序如圖3。

圖3　船廂安裝順序圖

船廂安裝流程：

（1）按船廂上下游順序，將單件船廂分段通過載重汽車運輸至下游航槽EL.370高程；

（2）由布置于EL.387高程的75 t+75 t臨時橋機卸車、翻身后，并吊入船廂室下游端拼裝工位；

（3）依次吊入左側主縱梁、中間底鋪板、右側主縱梁分段，拼成一個H或U形單元節（共計12個單元節），拼裝尺寸完全按照安裝尺寸進行控制，滿足規范要求后進行相應的加固焊，確保臺車運輸過程中組裝單元節的拼裝尺寸不變及運輸安全；

（4）4臺液壓臺車將第一單元節從下游轉運至上游安裝部位后，放置于安裝工裝支墩上，作為船廂安裝的定位節進行精細調整，保證各中心線及高程滿足設計要求后，對其進行加固。

（5）依次進行后續各單元節（第2～12節）的拼裝、運輸、對裝、調整、驗收、加固。

（6）船廂焊接、檢查、驗收。

3.2單元節拼裝、運輸

3.2.1船廂分段重量確定

船廂重量直接影響升船機后續調試工作，在出廠前，根據施工圖和各分段單元，計算出每個分段的理論重量，并予以登記。在船廂安裝前，采用過磅方式，對各分段進行精確稱量，統計出詳細重量，將結果與施工圖計算結果對比，確定誤差范圍，最后計算出防腐材料重量累加即可。

3.2.2拼裝及轉運流程

將船廂各分段單元按主縱梁、底鋪板、主縱梁的順序運至下游EL.370高程航槽內，采用75 t+75 t臨時橋機卸車，翻身后，吊放至船廂室下游拼裝工位上進行拼裝。拼裝為H或U形單元后，用液壓臺車從下游側向上游側轉運就位。如此重復，依次將船廂各分段單元吊裝就位。

3.2.3H、U形單元拼裝

（1）上游廂頭{U}單元（第1節）拼裝方法

上游廂頭401+402+403、701+301分段與主縱梁101、201拼為U形結構，機艙設備同步預置。由4臺液壓臺車運至安裝部位，放置在預先布設的安裝工裝支墩上。

具體方法：船廂廂頭各分段中心與船廂縱向中心地樣線對齊，先縱向調整機房分段401、402，控制401分段上游側底橫梁腹板中心與船廂端面基準面的理論間距尺寸和面板平面高程，調整好后在閘室地面將其點焊定位，依次調整402、403分段，控制節間間隙及分段面板對接錯位在公差范圍內，吊裝101空中翻身就位、吊裝701就位；預置設備，再吊裝301組拼定位；吊裝201組裝。精調后點焊固定，焊接701、401、402，加焊固定101、201與701分段，整體前移，再吊裝403就位焊接，吊裝剩余廂頭設備，加焊固定，撤走支架，啟動液壓臺車轉運。拼裝后的廂頭結構如圖4。

圖4　拼裝示意圖

（2）船廂中部{H}單元（第2～11節）拼裝方法

在船廂室下游拼裝場拼裝，先吊主縱梁，翻面后放置到支墩上就位，利用閘墻上預埋件固定主縱梁，再進行底鋪板的吊裝就位，每2個主縱梁分段和1個（或2個）底輔板分段拼成一個H形單元。拼裝調整后臨時加固點焊，用液壓臺車整體平移到安裝位置，就位后進行調整、校正。依次將船廂各H形單元按此方法拼裝、轉運、就位。形成｛H｝單元后，主縱梁與底鋪板之間只留焊縫間隙6mm，主縱梁與底鋪板之間用牛腿、斜撐連接。

（3）下游廂頭{U}單元（第12節）拼裝方法

下游廂頭各分段利用75 t+75 t臨時橋機直接吊裝就位，先吊裝503、502、501，拼裝就位后焊接成整體，再吊裝112、702、212分段，焊接702與501、502、503分段，同步預置廂頭設備，最后吊裝317分段，與其它部件焊接。

3.3船廂拼裝單元節安裝

3.3.1上游廂頭單元節安裝

（1）上游側廂頭101、201、401、701分段調整定位

廂頭單元節運輸就位后，精確調整廂頭401、701分段，保證廂頭端面與水平基準面垂直度≤10mm，廂頭分段中心線與船廂縱向中心地樣線對齊偏差≤1mm。

（2）上游機房分段與上游廂頭分段定位裝焊

上游機房和廂頭分段401、701定位完成后，機房401分段與廂頭分段701點焊定位，并依次焊接401與701分段的組合焊縫、401與402、402與403的對接焊縫，焊接過程中適時監控，焊后測量。

（3）調整底鋪板301分段，分段中心與船廂中心地樣線對齊，對齊偏差≤1mm，保證分段橫梁中心與船廂橫向中心的距離偏差0～3mm，調整底鋪板分段面板平面安裝高程與理論高程齊平，控制節間間隙和面板對接錯位在公差范圍內，分段間點焊固定。

（4）調整主縱梁101、201分段，保證101、201分段中心與船廂中心地樣線對齊偏差≤1mm，控制101、201分段工作門側向止水面與701分段橫向止水面錯邊量，用激光檢查校正各分段止水面，保證各止水面整體共面度在公差范圍內；控制上、下翼緣面與理論安裝高度齊平，控制各分段節間間隙和面板對接錯位在公差范圍內；調整好后分段間點焊固定。

（5）嚴格按照評定合格后的焊接工藝依次焊接301與廂頭701組合焊縫、701與101、201對接焊縫、301與101、201組合焊縫，焊接過程中適時監控，焊后整體測量。

（6）調整底鋪板302分段，分段中心與船廂中心地樣線對齊偏差≤1mm，底鋪板面與理論高程齊平，控制與301分段的臺階高程，定位好后與301分段點焊固定。

上游廂頭單元節作為船廂安裝的定位節，各安裝尺寸滿足規范要求后，將其與預先埋設的預埋件采用型鋼連接加固，防止船廂在后續的焊接過程中定位節發生位移、變形。

3.3.2后續單元節安裝

（1）后續各船廂單元節采用插接形式，為了便于安裝調整，盡量減小各分段節間預留間隙，保證底鋪板各分段節間間隙不大于50mm。

（2)最后吊裝下游機房503、502、501分段，吊裝兩側主縱梁112、212分段，吊裝底鋪板317分段，下游廂頭702分段。拼裝方法同上游機房分段。在底鋪板317分段吊裝前，先將機艙設備預置機艙底鋪板上，主縱梁內設備在吊裝前預置入內。之后112+317 +501+502+503+212+702拼成U型，安裝方法同上游廂頭安裝方法。

（3）船廂所有分段在船廂室內運輸就位后，用千斤頂、手拉葫蘆等依次精確調整并定位船廂分段，準備進行船廂焊接工作。

（4）在主縱梁和底鋪板單元制造時進行一些接口處理，嚴格遵守設計院主縱梁和底鋪板主要焊縫不在同一平面的規則：

1）主縱梁結構接口處理。主縱梁每端翼板間錯開500mm，腹板間錯開300mm（不交），翼板與腹板錯開100mm或400mm，上、下翼板與走道板錯開250mm；每段主縱梁的上游端上翼板向上游方向伸出，下翼板向上游方向縮進；下游端上翼板向上游方向縮進，下翼板向下游方向伸出，形成臺階形式，以便下段主縱梁安裝；每邊二端的主縱梁（101、201、112、212）一端平整，另一端錯開。

2）底鋪板接口處理。每段底鋪板的面板上游端伸出中縱梁和次縱梁（角鋼）100mm，下游端縮進中縱梁和次縱梁（角鋼）100mm，在每段底鋪板上游端的橫梁前增加一段中縱梁和次縱梁（角鋼），長200mm，下游相應減少200mm。

3.3.3湊合段（第11節）切割

船廂全長128m，當地多處平均氣溫16.6℃，擬定最大溫差15℃，計算出船廂整長變形量為21mm，加之船廂節間焊接收縮等因素，為控制船廂整體長度尺寸，在第11節下游端預留50mm切割余量。因此，第11節船廂安裝完成后，根據前段焊接收縮值，測算出實際所需預留余量，多余部分在湊合段切割。

4　船廂焊接

4.1焊接順序

4.1.1船廂整體焊接順序

由于船廂調整定位為從上游至下游進行，故船廂拼裝焊接從上游第一個小總段（701、301、501、502、503、101、201分段組成）開始。此部分焊接順序：先焊接主縱梁對接焊縫，再焊接底鋪板對接焊縫，最后焊接主縱梁與底鋪板組合焊縫；待下一個小總段裝配完成后，先焊接主縱梁對接焊縫，再焊接上一個總段的底鋪板與主縱梁的搭接組合焊縫，再焊接底鋪板的對接焊縫；如此重復多個單元節，直至完成下游廂頭焊接工作。

4.1.2單節局部焊接順序

主縱梁焊接全部采用對稱焊接。主縱梁對接焊縫先焊接兩側外板內部的小結構；其次焊接主縱梁外側板，每側立縫分成4段,從上到下分段退焊；再焊接主縱梁上下翼緣板內部的小結構；最后焊接上下翼緣板的對接焊縫。焊接順序如圖5。

圖5　焊接順序圖

底鋪板分段對接，先焊接底鋪板下部結構焊縫，對稱、跳躍施焊；在焊接底鋪板對接焊縫時，兩人從中向兩側施焊，上下同時施焊，底鋪板蓋面采用埋弧焊。

4.2焊接及變形控制

（1）根據焊接結構的材質、板厚、構造形式，及拘束度、變形等因素，對焊接質量進行綜合分析后制定出相應措施。

（2）根據圖紙和相關規范規定，對第一次使用的材料和未經驗證的焊接工藝，進行焊接工藝評定，以評定合格的工藝評定報告，編制焊接工藝，指導焊接施工作業。

（3）船廂焊接時，根據船廂測控系統對船廂進行測量監控，根據焊接變形情況，及時調整焊縫焊接順序，以減小焊接變形對船廂精度的影響。

（4）從船廂的結構形式看，船廂除機艙和廂頭部分外，底鋪板與主縱梁焊縫在主縱梁縱向中性面上部，焊接易引主縱梁內傾，底鋪板與主縱梁連接角焊縫離主縱梁中性面+1 050mm（底鋪板面板以上），底鋪板橫梁下翼緣板與主縱梁角焊縫距主縱梁中性面-550mm。因此底鋪板與主縱梁組合焊縫焊前檢測船廂整體尺寸，調整后加臨時支撐約束。焊接順序為先焊主橫梁腹板與主縱梁內側板組合焊縫，再焊下翼緣對接縫，后焊底鋪板與主縱梁內側板組合焊縫，單個分段兩端對稱焊接（見圖6）。

（5）所有結構端頭焊都進行包角焊。

（6）焊接時根據焊接工藝嚴格控制焊接參數和焊腳尺寸。

5　船廂設備的安裝

船廂焊接完成通過整體尺寸驗收后，開始船廂設備的安裝，安裝順序為：船廂液壓系統（泵站和閥架）安裝→電氣設備安裝及線路布設→廂頭充泄水裝置安裝→U形框與液壓推桿安裝→夾緊、頂緊機構安裝→防撞梁及液壓驅動機構安裝→檢修門安裝→工作門及液壓啟閉機安裝→其它設備安裝。

圖6　分段施焊示意圖

6　結束語

亭子口升船機承船廂安裝采用了液壓臺車運輸安裝部件，代替了傳統安裝工程中采用起重設備吊裝安裝部件至安裝工位這一做法，解決了工件吊裝難題，節約了工程成本，縮短了安裝工期，此方法在國內升船機承船廂安裝首次使用，后續工程中可根據實際情況予以借鑒。

U642

B

1672-5387（2016）11-0037-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.013

2016-09-07

韓孟均（1983-），男，工程師，從事水利水電開發工作。