用單吊點錨索吊裝地下廠房橋機大件

李 剛，賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明650032）

1 概述

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流中游河段，為雅礱江中游（兩河口至卡拉河段）一庫七級開發的第一級，是雅礱江中下游的“龍頭”水庫電站，具有多年調節能力。電站站址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2 km河段，距離雅江縣城約25 km。

廠房內共設置2臺550 t/100 t/16 t-24.8 m橋式起重機，由太原重工股份有限公司起重分公司制造，主要承擔兩河口水電站水輪發電機組大件吊裝及檢修工作。橋式起重機采用雙梁雙軌單小車的結構型式，由小車、橋架、起重機運行機構、550 t吊具滑輪組、550 t吊鉤裝置、100 t吊鉤裝置、16 t電動葫蘆裝置、附屬鋼結構和電氣設備等組成，其中最重部件為小車其重量約76 t。小車沿著主梁軌道運行、整車沿平行于廠房的軌道運行。

2 天錨結構

廠房橋機大件吊裝通常采用在頂拱安裝錨點，設置提升系統或使用汽車起重機。然而因為橋機結構部件體積大、重量重，使得安裝錨點時布置錨桿難度較大，安全風險也大大增加，投入汽車起重設備時則增加成本，不經濟實惠。

兩河口水電站項目是在廠房頂拱布置了一個天錨，其結構主要采用單孔多錨頭防腐性壓力分散型預應力錨索，錨索設計噸位2 000 kN，天錨設計最大承載力為1 000 kN。其中天錨錨頭結構示意如圖1所示。

圖1 天錨鋼錨頭結構圖

3 吊裝系統布置

為順利完成橋機大件吊裝，根據廠房橋機各部件的重量參數，結合已布設的天錨錨頭結構特點，設計和布置橋機大件吊裝的起吊系統，包括與鋼錨頭連接的吊耳、配套滑輪組、導向滑輪、卷揚機、鋼絲繩等。

3.1 連接吊耳設計

分析天錨鋼錨頭的結構及特點，鋼錨頭無法直接與起吊滑輪組連接，需設計一個連接吊耳，連接鋼錨頭和起吊滑輪組。根據鋼錨頭的結構尺寸以及橋機部件最大起重量（76 t），吊耳設計為箱型結構，與鋼錨頭采用焊接的方式進行連接，吊耳結構如2所示。

圖2 箱型吊耳與錨頭連接示意圖

確定吊耳結構為箱型后，依據錨頭材料、尺寸及橋機部件最大起重量等參數，對吊耳進行選材并進行強度校核。

根據錨頭設計圖紙，錨頭材料為45號鋼，板厚為40 mm，查《GB/T699-2015優質碳素結構鋼》[1]，得到該材料下屈服強度δsmin≥355 MPa，抗拉強度σb=600 MPa；根據《機械工程師手冊》[2]，在靜載的情況下，鋼材取ns=2～2.5，其許用應力 [σ]=σsmin/ns=355÷2=177.5 MPa，許用剪切應力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=106.5 MPa。

選用Q345 C作為吊耳材料，板厚55 mm，查詢《焊接手冊（第3版）第2卷：材料的焊接》[3]得到該材料下屈服強度δsmin≥295 MPa，抗拉強度σb=470～630 MPa，在靜載的情況下，鋼材取ns=2～2.5，其許用應力[σ]=σsmin/ns=295÷2=147.5 MPa，許用剪切應力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=0.6×147.5=88.5 MPa。

橋機最重部件約為76 t，按100 t進行計算，校核吊耳圖2所示J-J截面的承載能力：

27 MPa＜147.5 MPa＜177.5 MPa，故選用 Q345C，δ=55 mm鋼材制作的吊耳，其強度滿足使用要求。

3.2 吊耳與錨頭連接

吊耳與錨頭的連接方式采用焊接。根據預先制定好的焊接工藝，將制作好的箱型吊耳焊接于錨頭上并校核焊縫強度。

焊縫主要受拉應力，載荷按100 t計算，焊縫截面積按圖2所示，僅取吊耳板截面積進行計算（不考慮連接板截面積），其中焊縫截面系數ψ=0.8～0.95，取最小值ψ=0.8。

焊接采用手工電弧焊，焊條為E5015，熔敷金屬抗拉強度≥490 MPa。21.84 MPa＜490 MPa，故焊縫強度滿足要求。

3.3 吊裝系統安裝

根據天錨位置及地下廠房安裝間現場空間情況，布置橋機大件吊裝的起吊系統，包括：牽引動力卷揚機、導向滑輪、起升滑輪組等，選用一臺200 t帶旋轉吊鉤的10門滑輪組作為起吊系統動滑輪，選用一臺200 t的10門滑輪組與吊耳連接作為起吊系統定滑輪，選擇20 t的單門吊鉤定滑輪作為導向滑輪，導向滑輪通過與預設錨桿連接固定，具體平面布置如下頁圖3所示。

根據起升載荷，選擇牽引卷揚機及鋼絲繩，起升載荷按100 t計算：

按10門滑輪組小花穿繞21根鋼絲繩吊裝計算卷揚機牽引力Z，由牽引力計算公式得：

式中Q為吊裝荷載最大重量100 t；n為鋼絲繩數量；η為滑車綜合效率；ε為滑車阻力系數；η1為導向滑輪效率。

根據計算出的牽引力8.08 t，故選擇16 t卷揚機為吊裝提供牽引動力。

單根鋼絲繩受到的拉力為：P=Q/n×g=8.08 t×9.8 kN/t=79.18 kN

鋼絲繩的破斷總拉力為：

式中P為鋼絲繩的容許拉力（kN）；ΣS0為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；a為考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，對6×37鋼絲繩，a取0.82；K為鋼絲繩使用安全系數，取5。

選用6×37+FC-φ36 mm鋼絲繩，公稱抗拉強度為1 570 MPa，查《GB8919-2006重要用途鋼絲繩》[4]，最小破斷拉力F0=671 kN。

F0＞ΣS0，所選鋼絲繩滿足使用要求。

圖3 起吊系統平面布置示意圖

4 吊裝系統負載試驗

在進行橋機大件吊裝前，為驗證起吊系統各機構的安全性與穩定性，對已安裝完成的起吊系統進行載荷試驗，試驗負載物選用鋼筋，采用鋼絲繩兜吊的方式按設計額定載荷（100 t）50%、75%、100% 的階段依次逐級增荷進行負載試驗。

試驗步驟：

（1）各階段載荷先緩慢提升至距離地面200 mm，保持10 min，再次提升至距離地面500 mm，然后降至距離地面100 mm，反復起落3次。

（2）在試驗過程中，時刻觀察及監測各機構的運行及位移情況。

（3）負載試驗完成后，對箱型吊耳焊縫進行檢查，對滑輪組、導向裝置、鋼絲繩、卷揚機、地錨等裝置的完好情況進行檢查，確認各裝置完好無損，保障后續使用安全。系統負載試驗示意圖如4所示。

圖4 起吊系統負載試驗示意圖

5 橋機吊裝

5.1 起吊準備

依據橋機設計圖紙及廠房結構圖，核算確認橋機各部件的起吊高度，并根據各部件結構及重量，合理安排吊裝順序，優化吊點布置以及選擇適宜的吊具。

兩河口廠房橋機整機高度為6.7 m，其中橋架主梁高度約為2.8 m，小車的高度約為3.4 m。當橋架吊裝到位后，大車卷筒頂面的高程為：EL.2624.08 m（軌頂高程El2621.5 m+2.58 m），廠房頂拱高程為EL2636.0 m，天錨錨頭與吊耳連接后的長度約為1.0 m，滑輪組自身高度4.4 m，計算小車起吊空間高度為2 636.0-2 624.08-1.0-4.4=6.52 m，小車高2.4 m，所以小車吊裝時，利用廠家預裝余留于車架上表面的吊耳，即可滿足小車最高部件的起吊高度要求。

除此之外，還可以使用SolidWorks等建模軟件進行實體建模模擬，可有效防止空間干涉、重心偏移等問題，還可以提供吊點優化布置的合理化參考建議。

5.2 主梁吊裝

主梁總重約為30 t，遠低于天錨設計承載載荷，故可以將行走機構、平臺、護欄、司機室等附屬部件在吊裝前于地面安裝完成后整體進行吊裝，大大提升吊裝效率，減少了吊裝后再進行附件安裝時的高空作業風險。

因主梁外形尺寸較大，需要旋轉吊裝到位后，再調整方向擺正。起吊前，在主梁兩端系牽引繩，控制主梁起吊擺度；吊裝時，緩慢起吊，當主梁起升高度超過橋機行走軌道高程時，拽拉牽引繩，控制主梁回轉擺正，操作起吊系統配合使用手拉葫蘆、千斤頂等工具使其主梁兩端行走車輪平穩落于軌道上。主梁及附屬部件吊裝示意如圖5所示。

圖5 主梁及附屬部件吊裝示意圖

5.3 小車吊裝

小車主要包括小車架、行走機構、100 t及550 t起升機構等，整體總重達116 t，超過了天錨的設計載荷，為了吊裝安全，將小車與550 t起升機構進行分離，然后再順序吊裝。小車架裝配成整體后，測量并確認小車行走車輪跨距與小車軌道跨距相同，利用起吊系統緩慢提升小車架。當小車架底部超過橋機主梁高度后，將大車架移至小車架下方位置，找正方位后將小車架緩慢落在大車架的小車軌道上。小車架吊裝完成后，進行550 t起升機構的吊裝，先將大車架上的小車架移至邊墻一側，當550 t起升機構起吊高度超過小車架高度后，將大車架和小車架移動到550 t起升機構正下方，調平后緩慢落在小車架上。小車架及550 t起升機構卷筒吊裝如圖6所示。

圖6 小車及550 t起升機構吊裝示意圖

6 結束語

通過上述布置的吊裝系統和施工方法，安全順利的實現了兩河口地下廠房2臺套550 t/100 t/16 t-24.8 m橋機全部大件的快速吊裝，相較于傳統多錨桿單吊點和使用汽車起重機的方法，尤其在地下廠房等起升空間受限的場所，錨索結構的吊點具有更高的安全性與經濟效益。