烏東德水電站拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術

陳孝天，胡 浩，李云江

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北 宜昌443002)

1 工程概況

烏東德水電站大壩擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，泄洪采用壩身泄洪為主，岸邊泄洪洞為輔的方式，其中⑤～⑩壩段以泄洪中心線分高、低對稱共布置6個中孔，編號依次為1#～6#。中孔標準尺寸6m×10m，其中1#、3#、4#、6#中孔為上挑型，挑角20°，底板設計高程878m；2#、5#中孔為平底型，底板設計高程885m。泄水中孔進口設計為喇叭型現澆結構，孔身設計為全鋼襯結構。烏東德拱壩混凝土最大允許間歇期為28天，若鋼襯管安裝和混凝土澆筑無法在間歇期完成，將產生嚴重質量事故，考慮到混凝土澆筑倉齡期和備倉時間，孔身大型鋼襯施工具有時間緊、質量要求高等特點。

中孔鋼襯單體最大運輸吊裝單元重量46t，單孔總重600t。大壩主體工程施工主要吊裝手段為3臺平移式纜索起重機(即稱纜機)，單臺額定起重量30t，負責大壩施工所有金結、混凝土等安裝吊運，在大壩混凝土間歇期和工期進度的多重要求下，金結設備安裝吊裝極其緊張，如何確保鋼襯快速施工尤其重要。

2 施工難點與對策

2.1 施工難點分析

(1)鋼襯安裝吊裝手段單一，只能采用纜機進行吊裝，吊裝前翻身作業通常也為纜機配合汽車吊進行，與大壩混凝土澆筑存在干擾，并且鋼襯安裝均占用直線工期，對大壩混凝土均勻上升有很大影響。

(2)烏東德拱壩中孔鋼襯為了增加鋼襯與混凝土之間的作用力，鋼襯四周一般設計有大量錨鉤，布置極為密集，加固錨筋總計為321.28t，焊接工程量巨大，并且鋼襯外側布置有兩層鋼筋網，底部布置有補充灌漿管路，各部分工作相互影響，施工用時長。

(3)鋼襯管節吊裝、調校、焊接、焊縫探傷、涂裝等工序復雜，傳統鋼襯施工時，定位節吊裝、調校、加固、驗收完成后，進行左右兩側單節吊裝、調校、加固、驗收，完成后再進行左右兩側單節施工，并進行上一步驟已驗收部分鋼襯環縫焊接、探傷、防腐，循環施工至所有管節作業完成，未能形成流水作業，占用時間過長。

(4)鋼襯吊裝傳統監測點位于管口坡口中心，鋼襯測量放樣只能單節進行，如果鋼襯管節集中吊裝，現場無法測量，施工質量無法控制。

(5)1#、3#、4#、6#中孔為上挑型，挑角20°，安裝上挑部位鋼襯前需施工混凝土臺階并安裝托架進行支撐，考慮到混凝土澆筑倉齡期和備倉時間，支撐準備時間過長。

(6)烏東德拱壩混凝土澆筑間歇期要求嚴格，一般不超過14天，特殊條件下不超過28天，否則很可能導致出現重大質量事故，與上述傳統施工時各工序用時過長的情況沖突嚴重。

2.2 施工對策制定

2.2.1 明確交面制度

結合混凝土間歇期，確定各專業時間的占用及分配，以達到優化工期的目的?，F場施工時，采用交面簽字程序，明確各專業施工用時，并根據記錄總結分析及時進行調整優化。

2.2.2 優化施工工藝

(1)將鋼襯安裝控制點設置于內壁檢查線位置，使鋼襯集中吊裝時，測量隊可以隨時監測鋼襯安裝質量，使得鋼襯具備集中吊裝條件，減少纜機并機次數，減少施工時間。

(2)鋼襯加工時，縱縫兩端預留150mm不焊，便于拼裝環縫碼縫，提高現場管節拼裝效率與質量。

(3)采用方形絲螺紋套筒連接方式代替現場焊接進行錨鉤施工，減少與其他專業部分施工的影響，解決了錨鉤現場焊接量大、工期長的難題。

(4)定位節托架先行制造并安裝固定，其上焊接定位板以控制里程、中心，托架安裝平面控制在2mm，以便于定位節安裝調整。

(5)定位節安裝驗收合格后，同時啟動定位節上下游普通管節吊裝，每次吊裝前，在已安裝管節的底面、側面事先焊接定位塊，然后在其相鄰預裝管節的上中焊擋板，提高管節安裝定位的效率。

2.2.3 優化施工工序

(1)提前在大壩右岸EL988m纜機取料平臺預存2～4節鋼襯，并事先采用220t汽車吊及70t汽車吊配合對鋼襯進行翻身，加速鋼襯集中吊裝效率并減少鋼襯吊裝前翻身對纜機的占用。

(2)采用多管節吊裝、調校、焊接、探傷、涂裝等工序連續施工，代替傳統逐節吊裝、調校完成后再吊裝下一節和進行焊接探傷涂裝的施工工序，達到快速吊裝、快速調校的目的。

(3)采用鋼襯底部型鋼預制支撐作為高托架代替混凝土臺階+一般托架進行支撐的方式，為上挑部位鋼襯快速安裝創造條件。

圖1為鋼襯管節吊裝順序示意圖。

圖1 鋼襯管節吊裝順序示意

3 鋼襯快速施工技術

3.1 施工工藝流程

施工準備→鋼襯管節運輸→鋼襯管節吊裝→鋼襯管節調校、加固及附件安裝→鋼襯管節焊接、探傷→涂裝→驗收→向土建交面。

3.2 施工準備

3.2.1 鋼襯加工

鋼襯在金結場內生產車間進行加工，加工時縱縫端頭預留150mm不焊接，以便于管節對接拼裝時環縫碼縫。

為方便鋼襯錨固，采用螺紋連接代替傳統錨鉤焊接連接，錨筋方形絲套和錨鉤螺紋對應采用等強度設計的材料，螺紋采用C級螺紋。方形絲套和錨鉤螺紋加工時，采用搖臂鉆床鉆頭鉆孔，使用絲錐進行螺紋攻絲，絲套加工完成后去除毛刺等雜物，并采用螺桿進行試裝配檢驗，以螺桿錨固螺紋能夠輕松穿入絲套內，并且結合緊密作為質量檢查驗收條件。

方形絲套螺紋套筒在車間內安裝焊接在鋼襯管節上，焊接質量和布置數量均應符合設計要求。方形絲套螺紋和錨鉤螺紋均應涂抹黃油防護，螺紋孔采用破布封堵，螺紋采用破布包扎，防止污染。錨鉤螺紋需外露2～4扣，與錨鉤彎頭方向基本一致。

鋼襯管節現場加固完成后，進行錨鉤安裝作業，安裝時使用扭力扳手直接扭緊?？紤]到鋼襯底板錨鉤級鋼筋布設非常密集的情況，現場施工人員一次安裝困難，鋼襯吊裝就位后，先間隔一排安裝錨鉤，待鋼筋等其他工序施工完成后，再安裝剩余部分錨鉤。

圖2為鋼襯錨鉤螺紋連接。

圖2 鋼襯錨鉤螺紋連接

圖3為鋼襯型鋼支撐。

圖3 鋼襯型鋼支撐

3.2.2 埋件施工

在混凝土澆筑至相應高程后埋設鋼襯支撐預埋件，軌道埋件采用C28鋼筋在混凝土初凝前埋入600mm，外露200mm，軌道埋件需埋設3排，用于鋼襯軌道主撐、斜撐安裝時焊接固定使用。

懸挑段鋼襯底部支撐高度較高，最高達到6m左右，采用型鋼預制支撐高托架代替傳統澆筑混凝土臺階及傳統托架的施工方式，高托架采用工字鋼、槽鋼、方鋼材料提前在加工廠制造完畢，現場提前埋設5排軌道埋件，用于高托架現場固定。新設計高托架現場吊裝至施工部位簡單調校后即可投入使用，可直接滿足高位支撐，使得該部位鋼襯安裝不用等待混凝土臺階澆筑，加快鋼襯懸挑段施工進度。

3.2.3 坐標點計算

計算所有鋼襯管節側放控制點的三維坐標，所有鋼襯安裝測量數據統一采用管口向內100mm處的測量數據，滿足鋼襯集中吊裝時測量放樣要求以及方便鋼襯集中吊裝時測量數據與測放點參數對比，提高各個鋼襯管節進行安裝調整效率。

3.3 鋼襯管節運輸、吊裝及安裝

3.3.1 鋼襯運輸及吊裝

鋼襯在金結場內生產車間制作完成后，根據安裝進度使用60t平板車運輸至大壩右岸EL988m纜機取料平臺或海子尾巴臨時存放點存放。鋼襯在大壩右岸EL988m纜機取料平臺翻身前在鋼襯加勁環上綁扎4根纜風繩，纜風繩綁扎在鋼襯底面向上2/3處，鋼襯翻身立起后纜風繩起臨時固定作用。纜風繩固定完成后，鋼襯翻身采用220t汽車吊及70t汽車吊完成，待纜機空閑時鋼襯由兩臺纜機配合平衡梁抬吊入倉。

3.3.2 鋼襯定位節安裝

選取各孔中間鋼襯作為定位節，定位節吊裝前，復測定位節外形尺寸，根據實際外形尺寸預先在就位位置精確安裝鋼襯軌道，同時在鋼襯軌道焊接定位擋板，保證安裝安全，提高調整效率。

在定位節吊裝前，事先在托架上焊接定位板控制里程、偏中，托架安裝平面控制在2mm以內便于安裝調整。

采用纜機抬吊將定位節吊裝至鋼支撐軌道上后，檢查管節底中上、下游高程、里程和中心線位置，基本到位后采用纜風繩張拉固定，并在鋼支撐軌道橫梁鋼襯就位位置上、下游焊接擋塊，防止管節移動，然后根據測量結果采用手拉葫蘆、千斤頂等微調管節位置，滿足規范要求后，將鋼襯底部加勁環與軌道主撐焊接成整體。

3.3.3 其他鋼襯管節集中吊裝及安裝

定位節吊裝安裝完成后，依次進行兩側管節的吊裝安裝，在吊裝前在已安裝合格的鋼襯底側、左側(或右側)焊接擋板，左(右)側擋板距鋼襯底面1m，在預吊裝鋼襯的頂側焊接擋板，使得鋼襯吊裝就位時三邊均受到擋板的約束作用，鋼襯就位后檢查四角錯牙、間隙情況，采用纜風繩等進行微調，依次對各位置進行電焊加固，提高安裝調整效率。

根據現場情況，水平段鋼襯管節盡量一次性吊裝完成，并同時開始后續作業。減少大型吊裝設備的施工準備和收尾時間。

3.4 鋼襯管節焊接、涂裝

鋼襯節間現場安裝對接焊縫均為二類焊縫，縱肋板角焊縫、肋板與錨鉤的角焊縫為三類焊縫，焊接采用手工電弧焊焊接，按照對稱分段退步的方式焊接施工。

鋼襯設置上下游兩個工作面同時焊接，每個工作面由6個專設焊工焊接，鋼襯基層焊接采用CHE507焊條，碳鋼層與過渡層焊接采用CHS042焊條，不銹鋼層焊接采用CHS2209焊條。焊接時，先完成基層焊接一半，之后進行復合層焊縫清根打磨，再進行過渡層焊縫焊接，然后焊接不銹鋼層焊縫，最后再焊接剩余部分。在施工過程中，應根據施工進展及時采用鋼板尺檢查變形量，根據焊接變形情況適當調整焊接順序。

二類焊縫按要求進行100%滲透和超聲波檢測，對于不合格部位進行返修。構件探傷合格并經監理工程師確認后，進行環縫、筋板防腐作業，其中，與混凝土接觸面的鋼襯外壁涂刷無機水泥漿進行防腐，鋼襯內壁為不銹鋼表面不再進行防腐作業。

4 結論

針對烏東德水電站拱壩中孔大型鋼襯安裝的重點和難點，根據相應的對策分析，形成了一套成熟的高拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術。

該技術的主要特點包括：

(1)通過合理調整和改善施工工藝及施工流程，形成了鋼襯定位節定位之后分上、下游兩個工作面連續吊裝、調校、碼縫的流水作業模式。

(2)將設計的錨鉤現場焊接施工優化為方形絲螺紋套筒連接，降低了施工難度，縮短了施工用時。

(3)采用鋼襯底部型鋼預制支撐作為高托架代替混凝土臺階+一般托架進行支撐的方式，減少了鋼襯上挑部分安裝等待底部支撐的用時。

高拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術在烏東德水電站大壩中孔鋼襯制造與安裝中得到成功運用，其中，烏東德水電站大壩1#～6#中孔鋼襯，單日最多吊裝9節、單節吊裝最短用時45分鐘，單孔最短交面時間18天、最長交面時間21天，打破了過去鋼襯交面最短時間25天的紀錄，而且鋼襯施工過程受控、施工質量優良，進度滿足拱壩施工間歇期要求，并且減少了纜機及人力資源的投入，對類似工程具有重要的借鑒作用。