液壓啟閉油缸自頂升塔架安裝技術

趙 慧

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 引言

尼泊爾上馬相迪A 水電站，沖砂閘弧形工作閘門采用的油缸：總長度（活塞桿全部縮進狀態）15 m，直徑：500/320 mm，重量19.7 t，是液壓系統中最大的部件。需要安裝在啟閉塔架上，塔架頂面距離壩面高度10 m。因此，啟閉油缸的吊裝安裝高度依賴起升高度高、起重載荷相當的大型汽車吊。但工地只有一臺50 t 汽車吊，壩頂場地狹小，受弧形閘門孔口、啟閉機塔架的影響，難以實現將油缸吊起后，從上面穿過塔架安裝孔，進行自上而下的吊裝。該50 t 汽車吊是當時尼泊爾國境內最大的汽車吊，如果再從國內調配大型汽車吊，將對施工工期及成本造成不利的影響。因此需要研究一種新技術，順利完成液壓啟閉機油缸的安裝[1，2]。

2 現有吊裝技術

2.1 技術現狀

弧形閘門常用于水電站的表孔溢流或者潛孔泄洪。門葉擋水面為圓弧形，門葉背面通過支臂與支鉸裝置連接，支鉸的鉸座錨固在側壁混凝土構筑物上。支鉸裝置由鉸鏈、鉸軸、鉸座等組成。啟閉設備安裝在門葉或支臂上方，牽引門體繞鉸軸轉動實現門體的啟閉。啟閉機分為機械式和液壓式兩種，機械式啟閉機通常采用卷揚機的鋼絲繩牽引門體起升，依靠門體自重下降關閉；液壓式啟閉機由啟閉油缸、液壓油管路及液壓泵站等部分組成。因為油缸具有雙向作用力，在無需增加閘門重量的前提下，更容易實現動態水流情況下的關閉，因此得到更廣泛的應用。

根據弧形閘門的大小，中小型弧形閘門采用單吊點油缸啟閉操作方式。弧形閘門安裝孔口上方設置有啟閉機塔架，用于安裝液壓啟閉機的油缸裝置。啟閉油缸及油缸的安裝基座布置在塔架頂端，油缸的活塞桿穿過塔架頂面預留的空洞與下方的弧形閘門吊耳上的銷軸連接。在液壓油的作用下，活塞桿伸縮帶動弧形閘門門葉上升或下降轉動完成啟閉動作。

現有技術采用的吊裝方法是：選擇合適起升高度、起吊噸位的汽車吊進行吊裝，主要是采用大噸位汽車吊，將啟閉油缸起吊至啟閉塔架上方，穿過啟閉塔架上預留的安裝孔，先將啟閉油缸中部布置的鉸座與安裝基座連接。再連接啟閉油缸上的供油管路，操作液壓泵站供油，在液壓油的作用下，啟閉油缸活塞桿向下伸出，從而實現與布置在下方的弧形閘門吊耳孔的連接。采用的是一種“自上而下”的安裝方式完成啟閉油缸的吊裝。

2.2 施工過程

現有技術吊裝需要滿足以下兩個條件：

（1）汽車吊的吊臂長度——在垂直吊裝油缸的狀態下，需要大于啟閉塔架的高度，才能保證油缸順利穿過啟閉塔架的預留孔洞，實現自上而下的吊裝；

（2）汽車吊站位在大壩頂面弧形閘門安裝后的門槽附近，起重半徑需涵蓋弧形閘門吊耳和啟閉塔架的安裝位置。

滿足這兩個條件的汽車吊只能是超重型汽車吊。具體實施方法如下：

汽車吊按照規劃好的位置站位，4 條支腿完全打開，在壩面上加墊方木和支腿承重托盤，支腿抬升到起重狀態并找平，即可進行吊裝作業。先將啟閉油缸的安裝基座吊裝到塔架上安裝就位。再將啟閉油缸的缸筒端吊起，離開地面1~2 cm 左右時暫停，在油缸活塞端系上3 條導向繩，輔助人員牽引導向繩配合起重機吊起油缸平穩上升。升至大于塔架高度時，汽車吊吊臂向塔架位置轉動，牽引繩保持油缸平穩移動并對準塔架上的預留安裝孔。汽車吊鉤緩緩下降，塔架上的作業人員輔助找正并與基座安裝成一體。拆除起重吊鉤，油缸吊裝完成。

啟閉油缸在塔架上安裝好后，接通液壓系統的輸油管路。操作油缸活塞桿緩慢下降，在導向繩的配合下，站在弧形閘門上的作業人員負責將活塞桿吊頭的銷孔與弧門吊耳孔對正，并安裝好吊耳軸，將油缸和門體連接一體。啟閉油缸的安裝就此完成。

3 自頂升安裝施工

3.1 新技術研究的必要性

現有技術吊裝啟閉油缸的方法高度依賴超重型汽車吊的使用，如果沒有滿足起重高度和噸位的起重設備，該方法將無法實施。

隨著“一帶一路”國家發展戰略的實施，國內水電公司的業務快速向海外拓展。大多集中在亞洲、非洲、南美洲等欠發達地區，受所在國家機械裝備水平的限制，工程施工經常遇到大件吊裝不具備大型起重設備的狀況。再從國內運輸大型起重設備，勢必會對施工成本、施工工期造成不利的影響。

3.2 施工過程控制

3.2.1 技術方案

啟閉油缸與液壓系統連接后，其自身可以自動伸縮具備一定的升降能力，起升高度能夠達到啟閉塔架上的安裝位置。利用啟閉油缸的這個性能，可以采用先將油缸的活塞桿與弧門吊耳進行安裝，安裝好后接通液壓系統的油管，操作液壓泵站即可實現油缸缸筒的自動頂升，當上升高度達到啟閉塔架上的安裝位置后，再將油缸支座與啟閉基座進行連接安裝。采用“自下而上”的“吊裝”方式，完成啟閉油缸的安裝。

3.2.2 施工準備和場地布置

為實現啟閉油缸的自頂升安裝[3-5]，所需要的設備有：小型卷揚機、定動滑輪組、導向繩、中重型汽車吊等。汽車吊的起升高度要大于塔架的高度；作業半徑在涵蓋塔架安裝孔的工況下，起重載荷大于油缸頂升過程中最大斜度下產生的傾覆分力—如果沒有合適的汽車吊，可以采用在啟閉塔架上布置三腳架、起重導鏈或其他便捷方式替代。

此種狀態下，汽車吊所起的作用只是扶正啟閉油缸在液壓油推動下自動上升，只需承擔啟閉油缸自重產生的部分傾覆力，而非整體重量。所以，對汽車吊的起吊能力要求相對降低，變相降低了對超重型汽車吊的依賴程度。而中重型汽車吊是一般工程施工必備的設備。

在啟閉機塔架上，布置一臺小型卷揚機，合適噸位的定動滑輪組，用于輔助吊裝。

孔口上搭設簡易平臺，用于擺放組裝好的油缸；在啟閉塔架就近位置，規劃出選用汽車吊的站位場地，使用汽車吊和塔架上的卷揚機對油缸進行抬吊。

汽車吊吊鉤固定在啟閉油缸的活塞一端，預留出合適安裝的長度。卷揚機的吊鉤等距離固定在缸筒一端，對啟閉油缸進行抬吊，同步向門槽內下降。下降到合適高度后，卷揚機端上升，汽車吊鉤繼續下降，將油缸調整成傾斜狀態，在導向繩的牽引下活塞端向弧形閘門吊耳位置移動，站在閘門上的作業人員輔助活塞端吊頭孔與吊耳孔對正并安裝吊耳軸固定。啟閉油缸和閘門吊耳連接成一體。

接通油缸的循環油管，操作液壓泵站對缸筒端供油，油缸活塞桿伸出、缸筒開始頂升。導向繩引導定位，卷揚機、汽車吊吊鉤配合缸筒的移動收繩，當汽車吊鉤露出孔口位置后摘去吊鉤，汽車吊吊臂移動到塔架上方位置待命。卷揚機吊鉤繼續引導缸筒向塔架預留安裝孔上升，當上升到距離塔頂1 m 位置時暫停，落下汽車吊鉤捆扎在油缸中部鉸座上方1 m 位置。拆除油缸基座的定滑輪組、卷揚機吊鉤，汽車吊吊鉤引導缸筒繼續上升，穿過啟閉塔架上安裝基座的內孔。

油缸中部鉸座上升到略大于安裝基座位置時停止，站在塔頂的高空作業人員調整油缸中部鉸座與安裝基座的位置對正，液壓泵站操作缸筒緩緩下降，使油缸中部的鉸座就位，連接螺栓與安裝基座固定。摘除汽車吊吊鉤，將塔頂上的卷揚機拆除吊放到壩面。啟閉油缸吊裝工作完成。

重點說明：當沒有合適的汽車吊可以利用時，可以在啟閉塔架上布置三腳架，三腳架上掛裝合適噸位的起重吊鏈對啟閉油缸進行輔助頂升。可以替代汽車吊的作用，同時也降低對汽車吊起重能力的要求。其吊裝方法與上述基本相同，不再贅述。

3.2.3 施工流程

（1）50 t 汽車吊站位在回填夯實的基礎之上。距離孔口中心5 m，支腿全長打開，地基上鋪墊方木及承重托盤，支臂油缸全升。查50 t 吊車性能表，側后方作業15 m 起吊高度，能吊裝36 t。滿足吊裝油缸19.7 t 要求。

（2）將安裝好的液壓油缸放置在孔口搭設的簡易平臺上，利用布置在高程916 平臺上卷揚機，20 t滑輪組配合，與50 t 汽車吊進行抬吊。將卷揚機吊鉤緩緩降下，鋼絲繩捆綁距離油缸筒后端5 m 位置；汽車吊鉤捆扎位置距離另一端活塞桿吊頭也是5 m。試起吊無誤后即可開始吊裝。

（3）卷揚機主吊，汽車吊輔助配合起吊（見圖1）。先將油缸抬起到離地1 m 距離，拆除簡易平臺等。卷揚機繼續提升，汽車吊吊鉤端緩慢下降，4 根導向繩兩側布置配合引導，將油缸缸筒端徐徐引入啟閉塔架內，油缸活塞桿端對正弧形閘門吊耳上方，將油缸傾斜到接近安裝斜度。汽車吊與卷揚機同步下降，將活塞桿吊頭銷孔引導到閘門吊耳孔內側。閘門上方高空作業人員配合找正，穿入吊耳軸后鎖定。

圖1 油缸吊裝過程示意圖

（4）啟閉油缸采用高壓軟管與液壓系統輸油管路連接，啟動油泵供油，油缸缸筒端開始供油，高壓油頂動油缸外筒緩慢上升；卷揚機吊鉤配合收繩、汽車吊配合油缸筒移動收繩。導向繩配合調整方向，油缸活塞伸出、油缸缸筒上升。

（5）當汽車吊鉤捆扎位置露出孔口1 m 高度，摘除汽車吊吊鉤。汽車吊大臂吊臂轉到安全位置，調整好吊臂的長度，移位到啟閉塔架上已安裝好的油缸基座上方待命（見圖2）。

圖2 油缸吊裝過程示意圖

當油缸體上升到距離▽916 平臺1.0 m 位置，50 t 汽車吊吊鉤從油缸安裝基座內孔穿入，固定在油缸中部鉸座上1 m 位置，收緊吊車起重繩；同時對卷揚機進行摘鉤，拆除油缸安裝基座上的滑輪組（見圖3）。

圖3 油缸吊裝過程示意圖

塔頂▽916 平臺上高空作業人員輔助找正，油缸缸筒繼續頂升、汽車吊鋼絲繩收繩導向，油缸穿過安裝基座內孔口，上升至略高于安裝基座高度時停止；調整油缸中部鉸座安裝方位，操作油缸缸筒下降就位。汽車吊鉤配合降落，油缸中部鉸座落至安裝基座上，與安裝基座螺栓孔對正，安裝螺栓連接固定擰緊。利用汽車吊將卷揚機等調回到壩頂位置，完成其他附件安裝。

3.3 實施成效

采用本技術進行吊裝時，汽車吊所起的作用只是扶正啟閉油缸在液壓油作用下自動上升，只需承擔啟閉油缸自重產生的部分傾覆力，而非整體重量。以一個20 t 自重的啟閉油缸為例，先將活塞桿與弧門吊耳安裝好后，缸筒以傾斜70°的角度上升，其自重產生的側向傾覆力只有6.84 t。而采用“自上而下”吊裝所需要的起重能力則需要20 t 以上。因此，對汽車吊的起吊能力要求相對降低，變相降低了對大型汽車吊的依賴程度。采用中小型汽車吊或其他起重手段即可完成。從而使吊裝安裝更容易實現，特別適合于缺少大型起重設備的工程采用。而中小型汽車吊是一般工程施工必備的設備，因此，該技術具有一定的通用性和現實意義。

4 施工保證措施

4.1 質量控制

（1）液壓啟閉機安裝人員需持證，并接受技術交底后方可上崗。

（2）液壓啟閉機安裝時，其安裝位置的控制報送監理復核且合格后方可進入下道工序。

（3）液壓啟閉機安裝時，所有測量設備必須使用同套、同種設備，其間不準隨意更換，以降低設備測量誤差。

（4）經測量并符合后的控制線必須加以保護，以減小施工過程中的人為破壞。

（5）嚴格要求所有人員按照施工措施、設計圖紙、技術規范等要求進行施工，堅持施工人員深入施工現場，隨時了解掌握和解決現場技術問題，確保施工質量。

（6）油缸垂直起吊精度需控制在1/1 000 以內，以保證油缸安裝質量。

（7）在油缸安裝之前，必須對實際位置與連接尺寸進行復測，啟閉機的橫向中心線與實際測得的起吊孔中心線的距離不應超過±1 mm，高程偏差不應超過±5 mm，支撐面的高差不超過±0.5 mm。

（8）施工中對整個施工過程每道工序進行了全面監控，并對安裝成果進行檢查復測。

4.2 安全措施

（1）設專人負責施工現場的安全，施工前認真查看現場，所有上崗人員須經三級安全培訓后方可進行施工現場。

（2）進入施工現場的人員，按規定穿戴好防護用品和必要的安全防護用品，必要時還必須使用安全防護用具。

（3）施工現場存放的設備、材料，應做到場地安全可靠、存放整齊、通道完整，必要時設專人進行守護。

（4）施工現場的洞、坑、溝、升降口、漏斗等危險處應有防護設施或明顯標識。

（5）起吊構件時，應先對起重機及掛鉤、鋼絲繩、齒輪和電氣部分進行檢查并試車，確保安全可靠。吊裝時應設專人指揮，禁止斜吊，禁止任何人站在吊運物品上或者在下面停留和行走。

（6）構件或設備吊裝就位摘除吊鉤前，應利用基礎螺栓固定或焊接臨時支撐，否則不得摘除吊鉤。

（7）在構件或設備吊裝到基礎就位時，施工人員的任何部位都不得探入其結合面，以防軋、擠傷手。

（8）在焊接或切割前，清除工作面及周圍易燃易爆物品，采取防火措施，嚴禁火災事故的發生。

（9）液壓啟閉機在機械設備尚未安裝完畢時，電氣設備不得接通電源。

4.3 環保措施

（1）施工期間應控制噪聲，合理安排施工時間，減少對周邊環境的影響。

（2）夜間施工燈光應向場內照射，焊接電弧應采取防護措施。

（3）現場油漆涂裝和防火涂料施工時，應采取防污染措施。

（4）在施工現場和生活區設置足夠的衛生設施，安排專人負責，及時清理施工廢棄物和生活垃圾，并將其運至指定的地點進行無害化處理，保持施工區和生活區良好的環境。

（5）加強對有毒有害氣體、廢水、廢氣、廢油等的控制和處理，在施工過程中配備對有毒、有害氣體的監測報警裝置和安全防護用具，一旦發現有害氣體，立即停止施工并疏散在場員工。

5 結語

通過對現有吊裝技術的改進，使啟閉油缸的吊裝施工，降低了對大型汽車吊的依賴性，采用中小型汽車吊或其他起重手段即可完成。從而使吊裝安裝更容易實現，特別適合于缺少大型起重設備的工程采用。為同類型啟閉油缸的吊裝施工提供一種快速、安全、經濟可行的施工手段。