夾巖水利樞紐工程泄洪洞金屬結構設計及制造安裝過程分析

明星 覃志強

摘要：大型水利水電工程金屬結構設備制造、安裝過程復雜，精度要求高，且由于施工現場條件變化，很難在設計階段完全論證全面。介紹了夾巖水利樞紐工程泄洪洞金屬結構設備初設、技施及制安過程，從設計角度論證了各項技術難點以及處理措施。針對安裝過程中邊界條件發生變化，引起安裝方案調整問題，結合工期要求，經現場技術經濟比選，確定了增設1 286.88 m臨時吊裝平臺方案。實踐表明，調整后的方案可保證泄洪洞土建與金屬結構安裝工作同時進行，確保安裝工作按時完成。

關鍵詞：泄洪洞;金屬結構設備;制造安裝;設計調整;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV651.3文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.010

Abstract：The manufacturing and installing process of metal structure equipment of large-scale hydropower projects can not be fully demonstrated in the design stage due to complexity， high accuracy requirement and in-site condition variation. The initial design， technical construction design， manufacturing and installing process of metal structure of spillway tunnel of the Jiayan Hydro-complex Project were introduced and the difficulties are demonstrated in terms of the design and the treatment measures were provided. According to the changed boundary conditions in the installing process， the installing scheme was adjusted. The temporary lifting platform at EL 1286.88 m was added by considering the schedule and comparing the technical and economical factors in site. The practice showed that the adjusted scheme ensured that the spillway construction and metal structure installment were conducted at the same time， which met the schedule requirement.

Key words： spillway; metal structure equipment; manufacturing and installing; design adjustment; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）是迄今為止貴州省內最大的水利工程，包括水源工程、畢大供水工程及輸水工程3個部分。其中，水源工程總體布置為：河床布置混凝土面板堆石壩，最大壩高154.0 m，最大壩寬445.797 m，壩頂長428.93 m;左岸依次布置開敞式溢洪道、泄洪洞、放空洞;右岸布置壩后引水發電系統。在左岸泄洪洞進口處設置1扇平面事故閘門與1扇弧形工作閘門，用于水庫汛期泄洪及水庫上部騰空庫容。

2 泄洪洞金屬結構設計

在左岸泄洪洞進口處設置尺寸為35.5 m×18.0 m×96.0 m（長×寬×高）豎井（含排架），后接無壓隧洞，進口處設置5.5 m×8.0 m平板事故檢修閘門1扇，下游5.5 m處設置5.5 m×6.0 m弧形工作閘門1扇，閘門底檻高程為1 265.00 m。

2.1 初設階段

事故閘門設計為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承采用簡支式定輪，門體上共設置有10套簡支輪。為實現輪子在安裝時的平面調心，采用偏心輪軸方式，軸承形式為自潤滑滑動軸承，閘門止水設置在閘門的下游面，在門楣頂部下游1.9 m處設置1.0 m×5.5 m通氣孔，通氣孔面積為5.5 m2，門體重105 t，采用II型門槽，埋件工作段主軌主材為ZG35Cr1Mo合金鑄鋼，埋件重170.5 t（含二期鋼襯），選用1套QPG2×2500kN-70m高揚程卷揚式啟閉機，為輔助啟閉機零部件的安裝、維護檢修工作，在啟閉機室內1 355.70 m處設置1臺單梁橋吊，容量為160 kN，揚程為13 m。

弧形工作閘門設置為直支臂，球鉸結構，弧門半徑為12 m，支鉸中心高程為1 274.50 m，支鉸高度距離閘門底檻9.5 m，采用進口自潤滑球面關節軸承。設置π形閘門檢修平臺，閘門檢修平臺高程為1 274.00 m，主梁及支臂采用箱型結構，頂止水采用轉鉸止水與壓蓋式P形止水相結合的形式，門體重163.65 t，埋件重88.71 t（含支鉸鋼梁、鋼襯），啟閉機選用1套QHSY3000kN/1100kN-10m的潛孔弧形閘門液壓式啟閉機，為方便啟閉機液壓油缸等零部件的安裝、維護檢修及拆卸等操作，在井筒高程1 302.82 m處設置1套檢修橋吊，容量為320 kN，揚程為16 m。

2.2 技施階段

技施階段主要根據初設階段資料進行制造（加工）、安裝條件下的詳圖設計等工作，主要對2扇閘門及啟閉設備進行局部修改。

經過技術經濟論證，事故閘門主要變化包括：①主支承采用簡支輪，設置8套;②啟閉采用1套QPG5000kN-67m固定高揚程卷揚式啟閉機;③通氣孔調整為2個，尺寸調整為1.2 m×2.5 m，總通氣面積為6 m2;④調整后門體重116.517 t，埋件重147.522 t（含二期鋼襯）。

經過技術經濟論證，調整后的弧形工作閘門重167.386 t，埋件重98.107 t（含支鉸鋼梁、鋼襯）。

2.3 初設與技施階段修改分析對照

根據事故閘門施工圖階段驗算及技術論證，由于62 m深的門槽對啟閉機吊頭及鋼絲繩運行有影響，會出現頂部鋼絲刮擦混凝土槽問題，且考慮充水閥的安全性及水流條件，將初設階段雙吊點調整為技施階段的單吊點，啟閉機由原2×2 500 kN調整為5 000 kN。主支承為保證多輪的接觸面，將原10套輪子調整為8套，采用偏心輪。弧形工作閘門技施階段與初設階段無較大變化，僅局部調整。初設與技施階段的具體對照見表1。

3 泄洪洞金屬結構制造、安裝

泄洪洞金屬結構閘門部分在金屬結構廠內加工制造，輪子、支鉸裝置通過外協有資質的廠家鑄造，并在場內進行預（總）拼裝，經出廠驗收合格后運至現場。

制造過程中，鑄鋼件輪子、鉸座及鉸鏈澆筑出現多次廢件情況，主要原因為鑄造體積過大，且為整體鑄造，合理解決該問題需要提高流動性，選擇高合金元素。側軌不銹鋼座板采用整體鏜床溝槽，為了保證高速水流平順，制造難度較大。

3.1 技施階段泄洪洞金屬結構安裝方案

技施設計階段，事故閘門埋件及弧形閘門埋件安裝方案為：待井筒澆筑完成后，埋件通過上游臨時施工道路運至洞內，采用臨時鋼排架及25 t汽車吊進行吊裝定位，焊接牢固后澆筑二期混凝土;弧形閘門的鋼梁及底部支座，從泄洪洞后部運至洞內，使用汽車吊配合預埋的U形吊鉤和配合手拉葫蘆進行吊裝。

在高程1 329.200 m檢修平臺上按照事故閘門門體部分，將3塊門體進行拼裝后，再焊接成整體，后再裝止水及側輪等部件。弧形工作閘門門體從上游公路運至井筒內，分3塊門體、4節支臂、2套支鉸裝置，在閘門槽內進行拼裝，再焊接成整體。

對于卷揚式啟閉機的安裝，擬采用汽車吊從高程1 329.200 m平臺上直接將機架、鋼絲繩及其他部件吊裝至高程1 348.700 m安裝平臺，卷筒采用啟閉機室吊物配合排架進行吊裝。液壓閉機從高程1 329.200 m吊物孔吊入至高程1 286.882 m啟閉機平臺上進行安裝。

3.2 實際現場安裝方案

因泄洪洞出口處存在地質災害，從出口道路運輸金屬結構件進洞內的方案無法實現，且由于工期緊，無法實現井筒澆筑完成后再進行金屬結構安裝工作，現場安裝方案需調整為與土建井筒澆筑同步施工，保證金結安裝不占用土建澆筑直線工期。根據現場實際條件，后經過反復論證，采用在泄洪洞進口左側修筑混凝土擋墻及回填石渣，增加高程1 286.882 m吊裝平臺及加固高程1 329.20 m工作門頂板梁結構方案。

（1）鋼梁、液壓啟閉機油缸（含附件）、檢修橋吊吊裝。在泄洪洞井筒左側原C25貼坡混凝土處回填石渣，回填至高程1 286.882 m，前段設置混凝土擋墻，頂部高程為1 280.00 m，布置1臺130 t汽車吊分3次吊裝鋼梁、液壓啟閉機油缸（含附件）、檢修橋吊設備。

分以下3個階段進行吊裝（見圖1～3）：①采用130 t汽車吊吊裝鋼梁，汽車吊沿縱軸線布置在泄0+019.305 m、旋轉中心距井筒左側邊線約5 m處，汽車吊工作幅度為14 m，臂長29.56 m，起吊容量（30.2 t）大于鋼梁（22.6 t）。②采用130 t汽車吊吊裝液壓啟閉機油缸（含附件），汽車吊沿縱軸線布置在泄0+026.260 m、旋轉中心距井筒左側邊線約5 m處，汽車吊工作幅度為14 m，臂長29.56 m，起吊容量（30.2 t）大于液壓啟閉機最重件（24 t）。③采用130 t汽車吊吊裝檢修橋吊，汽車吊沿縱軸線布置在泄0+019.305 m、旋轉中心距井筒左側邊線約9 m處，汽車吊工作幅度為18 m，臂長37.84 m，起吊容量（19.6 t）大于檢修橋吊最重件（16 t）。

該方案合理利用井筒澆筑后混凝土凝固時間進行設備的吊裝。在澆筑到高程1 286.882 m和1299.00 m時分3次進行吊裝，滿足整體的工期及現場的需要。該方案需修筑混凝土擋墻及回填石渣，回填量約8 500 m3，且為保證井筒側墻穩定性，待吊裝完成后清除回填石渣。

（2）事故閘門卷揚機吊裝。根據泄洪洞井筒、交通橋處的整體布置，經過復核交通橋荷載、卷揚機卷筒重量及高程1 329.200 m平臺尺寸，初擬采用1臺QAY240汽車吊進行吊裝，吊裝時4個支腿（8個集中點）合計總承重：34 t（卷筒）+72 t（汽車吊整機重量）+75 t（平衡配重）=181 t。在吊裝過程中，上游側2個支腿最大運行載荷為80 t，需對平臺處進行加固處理，且支腿必須放置在主梁上。具體吊裝方案為：將卷筒運輸至泄洪洞井筒左側石渣回填處（高程1 286.882 m），并將卷筒卸至軸線與泄洪洞水流方向平行，并靠近井筒外緣側，方便上部吊裝。啟閉機卷筒吊裝示意見圖4。

QAY240 t汽車吊布置在檢修平臺高程1329.200 m梁板上（弧形閘門孔頂梁上），240 t汽車吊工作幅度為14 m，臂長38 m，起吊容量（36 t）大于卷筒最重件（33.4 t），滿足吊裝要求。

4 結 語

夾巖工程泄洪洞金屬結構設備的設計、制造及現場安裝實踐表明，應該注重現場運輸條件、安裝場地及設備的操作空間等實際情況對前期設計的指導作用。在初步設計階段，應深入考量設備設計的邊界條件，著重分析研究現場施工過程，根據現場條件，論證制造工藝，保證安裝順利進行，以達到預期效果。

大型項目金屬結構設備制造、安裝過程復雜，精度要求高，且隨施工現場邊界條件的變化而變化，通常很難在設計階段完全論證清楚。夾巖工程泄洪洞金屬結構設備的設計、制造及現場安裝方案論證及實施過程，可為后續貴州省“十四五”規劃的14座大型水庫工程的設計工作積累經驗，同時也為類似金屬結構設備安裝提供借鑒。

（編輯：李 慧）