國外水電站泄洪沖沙底孔工作門過流后安裝技術淺談

黃 斌

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

泄洪沖沙底孔工作門安裝的主要難點是：一是因國外項目受設備到貨、水電站二期截流節點的控制、流道提前過流等因素影響，工作門門葉未在啟閉機平臺形成前進行吊裝，門葉無法采用塔機直接吊裝到位，只能在啟閉機房頂上安裝天錨配合塔機吊裝[1]；二是工作門需要塔機和卷揚機聯合吊裝完成，但流道已過流，施工難度大，危險系數高；三是因工作閘門場地由底部提升到空中進行，閘門安裝的尺寸控制難度較大。

為確保安全、高效地完成沖沙底孔工作門設備的吊裝，應充分考慮沖沙底孔施工現場的實際情況，經過現場的多次優化，形成了一套新的沖沙底孔工作門門葉安裝工藝，對以后其他電站的設備吊裝以及工程總進度和總造價控制有著很好的借鑒作用。

1 技術特點

采用卷揚機吊裝系統在過流后進行工作閘門的安裝，可以解決提前過流的難題。在啟閉機房頂設置天錨，采用塔機和天錨對門葉進行聯合吊裝，以解決因啟閉機平臺澆筑完成后門葉無法吊裝的難題。在門楣處設置閘門鎖定梁，解決因安裝工作門門葉流道過流的問題。

2 技術理論

門葉采用天錨吊裝系統和塔機聯合吊裝，具體做法是：第一步，待啟閉機平臺及機房混凝土達到一定強度后，在啟閉機平臺上游孔口中心左側2.5 m的位置布置一臺10 t卷揚機，在10 t卷揚機上通過鋼絲繩穿過導向滑輪及天錨導向滑輪，形成天錨吊裝系統；第二步，采用25 t塔機將第一節門葉吊裝到沖沙底孔流道內；第三步，采用天錨吊裝系統和塔機抬吊對門葉進行翻身；第四步，采用天錨吊裝系統將門葉吊裝至鎖定梁上（門葉往上游偏移50 mm，便于支臂吊裝），并運用千斤頂對門葉進行微調；第五步，采用塔機將下支臂和支鉸座組裝完成后吊裝至流道內，先連接支鉸座端，螺栓打緊后，采用天錨系統將下支臂拉起，與門葉連接；第六步，采用相同的吊裝工藝吊裝其他門葉；第七步，吊裝上支臂及其他附件[2]。

3 施工工藝流程及要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→設備清理→底坎、側軌、門楣安裝→支鉸埋板安裝→設置閘門鎖定裝置→流道過流→啟閉機機房澆筑→設置天錨→天錨吊裝系統安裝→閘門吊裝→閘門調整焊接→啟閉機吊裝→啟閉機安裝調試→聯門實驗→水封安裝→驗收

3.2 安裝準備

安裝前認真審閱施工圖紙及技術設備安裝說明書，做好技術方案及現場技術與安全文明施工的交底工作，編寫作業程序指導書及工藝，并張貼到施工現場顯眼位置[3]。

3.3 底坎、側軌、門楣安裝

對泄洪沖沙底孔工作門進行安裝時，要根據測量放樣時布設的門槽中心線、孔口位置進行調整。依照底坎底部形狀完成臨時臺架的設計。底坎吊裝完畢后，使用千斤頂和花籃螺栓調整底坎位置[4]。在固定底坎位置時，第一步是焊接底坎連接位置，第二步是焊接插筋和底部連接位置。焊接步驟從中間開始向兩側延伸，進行對稱焊接。完成底坎安裝后進行安裝檢驗，安裝檢驗合格后，在一周內澆筑二期混凝土。為了避免發生偏移問題通常要對混凝土進行搗實，底坎二期混凝土澆筑完成后采用施工塔機將側軌吊裝至門槽內。

側軌安裝時以分節位置測量點（圓弧半徑一側止水寬度的中心控制點）、孔口中心線作為安裝基準。利用手拉葫蘆、千斤頂、花籃螺栓進行精確調整[5]。側軌定位后復核圓弧半徑及基準點，并將插筋與側軌進行牢固連接。側軌安裝平面度采用經緯儀進行控制[6]。

埋件焊接完成后，打磨各接頭部位焊縫表面，特別是各工作表面（含水封工作面），必須保證平緩過渡，打磨平整。

3.4 支鉸埋板安裝

3.4.1 測量放樣及托架安裝

支鉸埋板安裝時測量控制點設置在流道底部進口的底坎位置，提前設置好控制點，支鉸埋板和底坎安裝采用統一控制點，并且盡量保證在測量時無干擾，可以極大地提高安裝的質量和效率[7]。

支鉸埋板吊裝前根據埋板底部的設計高程安裝托架，托架比埋板底部設計高程略低3 mm左右，托架必須焊接牢靠。然后采用全站儀測量安裝。

3.4.2 支鉸埋板與螺桿的吊裝

支鉸埋板和螺桿先在現場利用支鉸座進行組裝、點焊、加固，然后采用25 t塔機吊裝，吊裝綁扎鋼絲繩時要注意埋板的傾斜角，以免角度不對而難以吊裝就位，吊裝就位過程中注意避免螺栓碰撞到障礙物而損壞。為了防止絲口損壞，用破布將絲帶上的絲條包裹起來[8]。

考慮到后續支鉸座的安裝，調整時讓支鉸埋板沿與支鉸座支撐面的傾斜度向下游偏1 mm，保證支鉸座有一定的調整余量，以消除支鉸座由于螺孔、螺柱的間隙配合和自重引起的沉降。

支鉸預埋板的定位直接采用墻上的點進行定位[9]。定位后，支鉸預螺栓必須與一期插筋焊接牢靠，確保埋件在二期混凝土澆筑過程中不發生變形或者移位[10]。

3.5 設置閘門鎖定梁

根據工作閘門尺寸在門楣上部設計2個閘門上游鎖定支墩，在側軌頂部設置閘門兩側鎖定梁，鎖定梁和鎖定支墩平面度控制在2 mm范圍內。

3.6 設置天錨

啟閉機機房混凝土澆筑到房頂層時，根據油缸機架中心，在房頂先預埋天錨，分別在機架中心上下游各1 010 m的位置布置一個天錨。具體見圖1。

圖1 沖沙底孔工作門吊裝啟閉機平臺布置圖

3.6.1 天錨制作

泄洪沖沙底孔工作門閘門門葉分三節制作，總重為15.456 t，其中最大的吊裝單元為第一節，約7.5 t，天錨錨筋選用Φ20圓鋼，鋼材為Q345低碳合金鋼，轉向地錨錨筋選用φ20圓鋼，鋼材為Q345鋼，彎鉤部位采用冷彎處理。天錨制作完成后需進行PT探傷，合格后方可使用。

天錨受力計算：

a、抗拉強度計算。

擬采用熱軋Q345圓鋼作為天錨材料，根據《砼結構設計規范》（GB50010-2002）中鋼筋錨固章節，充分利用鋼筋的抗拉強度，受拉鋼筋的錨固長度計算公式：

其中：

I--受拉鋼筋錨固長度；

fy--鋼筋抗拉強度設計值，取270 N/mm2（折減系數0.8）；

ft--砼軸心抗拉強度設計值，根據實驗周報及折減系數，取1.2 Mpa；

α--鋼筋外形系數，使用圓鋼，取0.16；

d--鋼筋直徑。

當取Φ20圓鋼時，A≥2.78 cm2，則考慮選用一根Φ30圓鋼作為天錨材料，此時錨固深度為：

考慮到鋼筋加工及材料，考慮6 m長整料分6根下料進行加工。

b、抗剪強度計算。

根據第四強度理論，鋼筋抗剪強度為其抗拉強度的0.577倍，[τ]=156N/m2。

鋼筋抗剪滿足強度要求。

3.6.2 天錨埋設

天錨埋設時為保證房頂骨架梁底部能夠正常立模，在天錨部位設置散模板或者木模板進行拼裝。為保證天錨錨固強度以及包裹錨筋的混凝土不受破壞，采用Φ20螺紋鋼對錨筋與混凝土及結構鋼筋進行連接加固，為避免焊接可能對錨筋造成損傷，采用綁扎連接方式進行加固。

3.7 天錨吊裝系統安裝

啟閉機平臺混凝土澆筑時，在啟閉機平臺上預埋導向滑輪錨鉤和卷揚機固定錨鉤。

在啟閉機機房內搭設施工排架，將一個單柄滑輪掛著天錨上，然后將φ30的鋼絲繩穿過滑輪組，并將鋼絲繩通過導向，鎖定在卷揚機上，形成吊裝系統。啟閉機吊裝系統的受力計算如下：

閘門門葉重7.5 t，滑輪系統重約0.5 t，提升重量按8 t計算。采用10 t的單柄滑輪，導向1個。在啟閉機平臺上左右側各布置一臺10 t卷揚機。

已知：起重重量為10 t。

選用10 t的卷揚機。

安全系數n=6

T=8×6=48 t

φ30纖維芯6*37類鋼絲繩的破斷拉力總和為526 kN。

需采用φ30的鋼絲繩。

3.8 門葉的運輸、吊裝

3.8.1 門葉的運輸

門葉是閘門安裝過程中的最大吊裝單元，其外形尺寸為5 000×2 894×1 000 mm，重量為7.5 t。采用12 t貨車運輸，車間裝車采用50 t吊車，運輸至現場后直接采用25 t塔機卸車。

運輸時必須對門葉進行捆綁，在棱角處必須墊木板、管子皮、膠皮板或其他柔軟墊物，以免繩索被割斷或磨損。安排專人監護，防止傾翻，并控制平板車車速。

3.8.2 門葉的吊裝

閘門因流道提前過流，閘門無法直接吊裝就位，門葉需采用天錨吊裝系統和塔機聯合吊裝。門葉吊裝完成后對門葉、門體調整到符合圖紙及規范要求，然后進行焊接。焊接時應嚴格按照預先制定的焊接工藝執行。焊接過程中應對門葉的焊接變形進行嚴格控制。

門葉節間施焊時在上游面門葉結構上焊接腳手架管或者螺紋鋼作為施工平臺骨架，其上敷設鋼跳板，搭設施工排架，上下搭設施工通道，安裝完成后拆除并打磨防腐。

吊裝啟閉機使用廠家設計吊耳或焊上，經過計算并檢查合格的專用吊耳起吊，不得用鋼絲繩兜吊。門葉翻身過程中鋼絲繩與門葉的棱角處采用瓦塊保護。沖沙底孔工作門門葉吊裝示意圖如圖2所示。

3.9 液壓啟閉機安裝

3.9.1 機架安裝

液壓啟閉機機架采用塔機吊裝到啟閉機平臺，然后采用天錨吊裝系統吊裝到設計位置，采用千斤頂進行微調。

①液壓啟閉機安裝前對土建提供的基準點進行復核，準確無誤后放出安裝基準線。②根據機架安裝高程，先用水平儀測量出基準線，檢查基礎支墩預埋螺栓。機架安裝應嚴格按閘門吊點實際中心來進行，中心偏差≤±2.0 mm，高程偏差不超過高程偏差≤±5 mm。

圖2 沖沙底孔工作門門葉吊裝示意圖

3.9.2 啟閉機油缸吊裝

啟閉機機架安裝驗收完成后，方可進行油缸吊裝。

油缸支座采用塔機通過屋頂吊物孔吊裝到位后，調整油缸支座中心位置（即起吊中心線）并安裝高程。

3.9.3 管路的配置和安裝

①根據液壓泵站和液壓啟閉機的位置布置情況，確定好液壓管路的鋪設方案并安裝焊接接頭的分布位置。②配管前安裝并固定好油缸和所有的管夾。③管路的切割與彎制均應采用機械方法進行。④按施工圖樣及有關規范的規定進行配管和彎管，管路接合段長度根據現場實際情況確定。管路布置應盡量注意減少阻力，管道布局應清晰合理。

3.9.4 液壓啟閉機液壓油清潔度等級控制

經配管預安裝合格的液壓管路系統，在連接泵站和油缸前，管路需要進行循環沖洗，沖洗速度要控制在5 m/s以內。進行循環沖洗前要做好準備工作，將油缸、管路、閥組分開，構成一個回路。

液壓油經過過濾后方能使用，并且過濾精度要求高于10 μm。管路循環沖洗中沖洗油為紊流形態，將沖洗油加熱到適宜溫度。對管道進行循環沖洗要持續3天以上，沖洗后在沖洗設備的回油濾器前取樣或在線檢測污染度，污染度等級不低于NAS8級。

3.9.5 啟閉機調試

啟閉機安裝完成后，在廠家的指導下對啟閉機進行調試，調試完成后，與門葉進行連接。

4 結語

所提技術經過多次的探討、優化，形成了一套全面的施工方案。且所提技術已成功應用于老撾南杉3A水電站沖沙底孔出口工作門設備的吊裝中。目前，各設備已吊裝到位，且設備在吊裝過程中未刮傷及損壞。目前，沖沙底孔出口工作門液壓啟閉機運行安全、穩定，各項技術質量指標均滿足設計及有關標準、規程規范要求。

該施工技術在上述工程的成功應用，不僅保證了沖沙底孔工作門設備的安全吊裝，有利于沖沙底孔工作門安裝的電站工期節點控制，且協調了金屬結構安裝及土建施工的相互關系，為整個大壩的整體施工創造了有利條件，能夠合理地控制工程總進度和總造價。