地下廠房頂拱結(jié)構(gòu)安裝方案分析比選

施秉亮，高麗萍

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 概述

永泰抽水蓄能電站地下主廠房采用“一”字形的布置方式，安裝場位于機(jī)組段右側(cè)，中間為機(jī)組段，左側(cè)為副廠房。機(jī)組段、安裝間、副廠房總長度為170 m。頂拱跨度26.0 m，巖壁吊車梁以下跨度為24.5 m；主機(jī)段高度54.7 m，安裝間頂拱高度25.5 m。主廠房吊頂總長142 m(縱向)，從左至右分別為1 號~4 號機(jī)組段、安裝間段5 個單元，1 號機(jī)組段長29.5 m，2 號、3 號機(jī)組段長均為25 m，4 號機(jī)組段長25.5 m，安裝間段長37 m。吊頂拱梁凈跨24.8 m，內(nèi)半徑25.0 m，中心線處弧長26.2 m，弧形角度59.37°，拱梁支座頂部高程EL.168.650 m，拱梁斷面尺寸為450 mm×550 mm（寬×高），拱梁共44榀，其中1 號機(jī)組段9 榀，2 號~3 號機(jī)組段16 榀，4 號機(jī)組段8 榀，安裝間段11 榀。

地下主廠房頂拱結(jié)構(gòu)由鋼拱梁、鍍鋅壓型鋼板及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成。

鋼拱梁結(jié)構(gòu)主要由骨架角鋼、腹桿，焊接箍筋、外包鋼模板、拉桿等部分組成，混凝土強(qiáng)度等級為C30F50。

單榀拱梁鋼結(jié)構(gòu)單重4.5 t，分3 節(jié)制造，節(jié)間及上下游墻之間采用M30 螺栓副連接。

2 施工平臺設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

每榀拱梁間距3.5 m~3.65 m，根據(jù)需要施工平臺需涵蓋4 榀拱梁安裝范圍，包括鋼拱梁吊裝、吊桿焊接、壓型板鋪設(shè)及焊接等工序施工。

橋機(jī)小車結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)距離橋機(jī)主梁頂部距離約1 500 mm，平臺設(shè)計(jì)時需考慮避讓小車。

2.2 施工平臺設(shè)計(jì)

施工平臺框架為便于運(yùn)輸分為6 部分，框架結(jié)構(gòu)采用10×300×500 的空心矩形管制作，每部分框架采用連接板在安裝間焊接為整體，焊接部位采用角焊縫，焊角高度12 mm，拼接完成后采用汽車吊吊裝至橋機(jī)上方進(jìn)行安裝。

施工平臺底部采用4 根65 號工字鋼作為支撐布置在橋機(jī)四個角上的小車車檔外側(cè)，高度1 650 mm，避讓橋機(jī)小車。

平臺的平臺縱梁采用12 號槽鋼，長度12 m，縱梁上方滿鋪2.5 mm 花紋鋼板，采用自攻螺栓與縱梁連接牢固。平臺四周設(shè)置200 mm 高的踢腳板。

平臺外側(cè)設(shè)置一個爬梯供施工人員從巖錨梁上下平臺的施工通道。

平臺自重約25 t，施工人員、設(shè)備、材料預(yù)估15 t，支撐梁最大受力按40 t 計(jì)算，跨度23 m。

通過計(jì)算負(fù)荷，平臺框架材料、焊縫連接強(qiáng)度均滿足40 t 載荷的使用要求。

圖1 施工平臺布置示意圖

3 拱梁吊裝方式分析

通過查閱相關(guān)資料，在以往電站的地下廠房頂拱結(jié)構(gòu)安裝中采取如下方式吊裝：

3.1 錦屏二級水電站[2]

在錦屏二級電站中，拱梁結(jié)構(gòu)吊裝采用了5 t 卷揚(yáng)機(jī)結(jié)合頂拱天錨組成的吊裝系統(tǒng)進(jìn)行吊裝：5 t 卷揚(yáng)機(jī)布置在進(jìn)廠房交通洞上方廠1 號施工支洞內(nèi)，用12 根M16x250 膨脹螺栓與混凝土地面固定，同時以廠房頂部天錨作為主吊點(diǎn)，采用滑輪組導(dǎo)向。

拱梁吊裝在施工平臺上，運(yùn)行橋機(jī)平臺將拱梁移動至安裝部位，利用在每個拱梁安裝位置的上方錨桿焊接臨時吊耳，采用3 t 導(dǎo)鏈將拱梁吊起，并調(diào)整中心、高程位置，準(zhǔn)確無誤緊固螺栓和焊接吊桿。

3.2 兩河口水電站[3]

在兩河口水電站中，頂拱結(jié)構(gòu)吊裝采用了布置在橋機(jī)施工平臺上的3 t 卷揚(yáng)機(jī)結(jié)合導(dǎo)向裝置進(jìn)行拱梁吊裝。

拱梁吊裝在施工平臺上，運(yùn)行橋機(jī)平臺將移動至安裝部位，利用在每個拱梁安裝位置的上方錨桿焊接臨時吊耳，采用1 t 電動葫蘆將拱梁吊起，進(jìn)行調(diào)整中心、高程位置等工作，準(zhǔn)確無誤后緊固螺栓和焊接吊桿。

3.3 吊裝方式分析

在錦屏二級電站中，采用的天錨吊裝系統(tǒng)需在錨桿上焊接天錨及布置導(dǎo)向系統(tǒng)，需考慮卷揚(yáng)機(jī)位置，避免卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩與橋機(jī)運(yùn)行發(fā)生干涉；同時每榀拱梁安裝都需要焊接臨時吊耳，增加了安裝工程量。

在兩河口電站中，也采用了每榀拱梁安裝焊接臨時吊耳的方式，增加安裝工程量。

4 拱梁吊裝方案優(yōu)化確定

通過常規(guī)水電站頂拱結(jié)構(gòu)安裝分析，永泰抽水蓄能電站廠房頂拱需采用一種可重復(fù)利用的吊裝方式，減少對橋機(jī)的使用影響，達(dá)到縮短頂拱安裝工期的目的。

通過參考兩河口電站，采用電動葫蘆作為主要吊裝方式，提高吊裝效率。并且要將電動葫蘆作為拱梁就位時的調(diào)整工具，無需再焊接臨時吊裝吊耳。

根據(jù)上述思路及拱梁分節(jié)方式，施工平臺上根據(jù)拱梁分節(jié)分別布置3 組專用吊梁工裝，單個專用吊梁工裝由固定在作業(yè)平臺上的活動立柱和1 個5 t 電動葫蘆組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對單榀鋼拱梁的分節(jié)吊裝，保證在吊裝過程中臨時固定，防止吊裝過程中發(fā)生偏移，能夠快速、有效、便捷的實(shí)現(xiàn)對鋼拱梁安裝高程及中心的調(diào)整。

吊裝工裝直臂采用25 號工字鋼，長度3 m，單節(jié)拱梁重量約1.5 t，采用5 t 電動葫蘆進(jìn)行吊裝，電動葫蘆行走輪位于工字鋼翼板兩側(cè)，工字鋼兼作行走軌道，兩端頭焊接擋板作為限位。

吊裝工裝可通過與平臺的連接軸上的活動插銷，拔出插銷后活動立柱可放倒，不影響橋機(jī)運(yùn)行時與已安裝完成的拱梁結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，避免事故發(fā)生。

吊裝工裝在使用時，為提高安全系數(shù)，在橫梁尾部設(shè)置一個吊耳，通過鋼絲繩、卸扣和5 t 手拉葫蘆臨時與平臺框架連接為整體。

圖2 吊裝工裝布置示意圖

5 實(shí)際運(yùn)用效果

根據(jù)永泰抽水蓄能電站機(jī)組發(fā)電順序，頂拱結(jié)構(gòu)安裝順序也等同于發(fā)電順序，即1 號機(jī)組段→2 號機(jī)組段→3 號機(jī)組段→4 號機(jī)組段→安裝間段的順序。在單榀拱梁安裝過程中，吊裝工裝不必放倒，安裝過程不發(fā)生停滯。

拱梁在安裝間卸車后，分別利用3 組吊裝工裝將拱梁吊裝至施工平臺上，通過橋機(jī)將平臺移動至拱梁安裝位置后，利用吊裝工裝將3 節(jié)拱梁起吊，調(diào)整位置和高程后，緊固節(jié)間螺栓及焊接吊桿完成安裝。

目前永泰抽水蓄能電站頂拱已全部安裝完成，機(jī)組已順利發(fā)電。根據(jù)實(shí)際安裝情況，整個廠房內(nèi)的全部44 榀拱梁，單榀拱梁基本平均在1 個班內(nèi)完成全部安裝工序，明顯縮短了安裝工期，縮短了橋機(jī)使用時間，避免與機(jī)組安裝工序產(chǎn)生較大干擾，為機(jī)組提前發(fā)電提供了便利。

6 結(jié)語

通過地下廠房頂拱結(jié)構(gòu)安裝優(yōu)化方案的實(shí)施，降低施工干擾，縮短施工工期及減少施工成本，有效解決主廠房頂拱鋼結(jié)構(gòu)和混凝土施工交叉作業(yè)干擾大、施工效率低、進(jìn)度緩慢等問題。可為類似施工條件及工程背景下的工程施工，提供新的施工技術(shù)、工藝借鑒。