崔家營航電樞紐工程超大型弧形閘門快速安裝技術(shù)與應(yīng)用

王文忠

（葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091）

1 工程概況

漢江崔家營航電樞紐工程泄水閘采用平底閘型式設(shè)計，共布置有 20m×15.0m（寬×高），門葉曲率半徑R =18.5m，超大型露頂式弧形閘門20孔，主要安裝工程量如下。

（1）弧形閘門安裝 4400.58t，側(cè)軌、底檻及支鉸座埋件安裝334.95t。

（2）上、下游檢修閘門門槽埋件安裝各20孔，827.40t。

（3）一門一機(jī)布置QHLY-2×2500kN-8.0型弧門液壓啟閉機(jī)安裝20臺套。

合同安裝總工程量4879.40t，計劃安裝總工期為8個月。

2 問題的提出

崔家營航電樞紐泄水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝工程，計劃安裝工期為8月，20孔超大型弧形閘門安裝技術(shù)復(fù)雜、質(zhì)量要求高、施工難度大，要在如此短的時間內(nèi)完成如此多數(shù)量的超大型弧形閘門安裝，其安裝施工強(qiáng)度僅次于三峽工程，給安裝施工單位造成了很大的工期壓力。如何在這么短的時間內(nèi)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的完成泄水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝施工任務(wù)，就成為一項重要的技術(shù)課題。

3 超大弧形閘門安裝工程量、特點(diǎn)及技術(shù)措施

3.1 安裝工程量及特點(diǎn)

崔家營泄水閘閘門槽及側(cè)軌預(yù)埋件安裝包括：上游平面檢修閘門門槽 20孔，弧形工作閘門側(cè)軌及支鉸座埋件20孔，下游浮式檢修閘門門槽20孔，及液壓啟閉機(jī)支座中心 20孔等。埋件安裝總工程量1162.35t，均為鋼板與型鋼焊接結(jié)構(gòu)件，設(shè)計安裝高程▽48.23～71.50m。

該安裝工程具有孔口數(shù)多，安裝精度要求高，單件重量較輕，安裝工作量大，高空作業(yè)多，與土建交叉施工，占用安裝工期時間長的特點(diǎn)。是按期為后續(xù)閘門設(shè)備安裝提供安裝工作面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是保證整個泄水閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝工程按期完工的首要條件和重要前提。

3.2 采用高精測量儀器，進(jìn)行安裝基準(zhǔn)點(diǎn)、線的測量、放樣

鑒于泄水閘閘室數(shù)量較多，各閘室分段施工進(jìn)度先后不一，土石方開挖與混凝土澆筑與金結(jié)安裝相互交叉施工，施工戰(zhàn)線長，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，較易造成金結(jié)安裝基準(zhǔn)測量放樣存在較大偏差的問題。

泄水閘各閘室的金結(jié)安裝基準(zhǔn)的測量放樣工作均采取由較高水平的專業(yè)測量人員，嚴(yán)格按照設(shè)計圖樣要求，選用高精度全站儀、經(jīng)偉儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行門槽、孔口、底檻、鉸鏈、支座等安裝基準(zhǔn)中心點(diǎn)、線、里程、高程的測量和放樣。各閘室的安裝基準(zhǔn)測量放樣工作均要求一次放樣完成，并用紅色油漆作好醒目標(biāo)記，妥善保護(hù)至各項安裝工作完工驗收結(jié)束。

高精度的安裝基準(zhǔn)為后續(xù)各項安裝調(diào)整的測量、定位和檢查工作奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，減少了安裝過程中的累積測量誤差，避免了因此造成返工和精度超差現(xiàn)象，為各預(yù)埋件安裝一次通過檢查、驗收和復(fù)檢提供了技術(shù)支撐和保障。同時，也較大的縮短了各安裝工序之間銜接和驗收時間，避免了二次放樣帶來的誤差影響和時間上的浪費(fèi)。

3.3 充分利用現(xiàn)場土建施工起重手段，減少起重吊裝時間

閘門槽及側(cè)軌預(yù)埋件安裝涵蓋整個泄水閘壩段，需使用起重設(shè)備進(jìn)行起重吊裝的單件數(shù)量達(dá)1260余件。土建施工布置有二臺 SCMM1500型和K80/115型塔式起重機(jī)，基本可覆蓋泄水閘壩段大部分區(qū)域。

為減少埋件起重吊裝作業(yè)占用時間，提高吊裝效率和安全性，對于現(xiàn)場塔式起重機(jī)能夠有效覆蓋的埋件安裝部位和區(qū)域，原則上均盡可能的采用塔式起重機(jī)進(jìn)行起重吊裝。只有在土建塔式起重機(jī)較長時間無法提供埋件起重吊裝作業(yè)或無法有效覆蓋的區(qū)域和部位時，才采用臨時調(diào)配25t汽車式起重機(jī)或采用 5t卷揚(yáng)機(jī)與導(dǎo)向滑輪配合方式等臨時起重吊裝措施，作為輔助補(bǔ)充手段。以避免因起重吊裝作業(yè)停滯，而造成后續(xù)埋件安裝工序的停頓。

對于單件重量相對較輕，需連續(xù)進(jìn)行安裝的主、反（側(cè)）軌埋件，則采取按埋件出廠編號安裝順序，由下至上，一次依次吊裝 2～3節(jié)埋件，臨時懸掛固定于設(shè)計安裝部位上方0.3～0.5m處，然后再由下至上，依次進(jìn)行各節(jié)吊裝埋件的安裝和調(diào)整的方法，以盡量減少埋件起重吊裝作業(yè)對土建門塔機(jī)的占用時間，壓縮吊裝環(huán)節(jié)和周期。

3.4 采用組合式腳手架代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼管腳手架進(jìn)行高空埋件安裝施工

水電站門槽埋件的功能和作用決定了，其 70%以上的安裝施工工作量是在施工高度超過 2m以上的高空作業(yè)。傳統(tǒng)門槽埋件安裝施工方法，多采用搭設(shè)臨時鋼管腳手架進(jìn)行高空安裝施工作業(yè)，腳手架搭設(shè)、拆除危險性高、工作量大，需專業(yè)工種進(jìn)行施工，材料使用量大、成本高，需占用較多安裝人工和時間，且人員上下不便，防護(hù)能力差，安全隱患較大。

崔家營門槽、側(cè)軌及鉸鏈埋件安裝施工腳手架，采用在民用建筑施工領(lǐng)域已廣泛使用的組合式腳手架，具有重量輕、安裝拆卸簡單，占用安裝施工人員和時間少，使用費(fèi)用低，人員上下方便，便于安裝施工人員高空作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。既減少了安裝腳手架搭拆時間，提高了安全防護(hù)水平，又提高了安裝施工速度和工效。

3.5 采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)偉儀直接進(jìn)行埋件安裝調(diào)整

底檻等水平度和高程要求較高的埋件，采用與正式驗收同一等級的水準(zhǔn)儀，直接用水準(zhǔn)儀進(jìn)行埋件安裝水平度和高程的調(diào)整和檢測，既減少了安裝過程中重復(fù)架設(shè)儀器可能造成的誤差，節(jié)約了時間，又提高了安裝工效和安裝質(zhì)量。

門槽主、反軌及側(cè)軌等對垂直度要求較高的埋件，采用高精度等級的電子經(jīng)偉儀，直接用電子經(jīng)偉儀進(jìn)行主、反軌及側(cè)軌埋件安裝垂直度、平面度的調(diào)整和檢測讀數(shù)，避免了采用傳統(tǒng)吊線方法檢測時，宜受現(xiàn)場環(huán)境、風(fēng)力和操作人員技能水平等因素對檢測精度的影響和干擾，減少了安裝施工人員需多次反復(fù)上下次數(shù)，提高了安裝檢測精度和工效。

3.6 采用模擬支鉸座進(jìn)行固定鉸座鋼梁埋件安裝

弧形閘門固定鉸座承重鋼梁埋件既是承載弧形閘門運(yùn)行過程中全部水壓力和剪力的傳力部件，又是保證弧形閘門鉸鏈裝置安裝精度和質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，安裝精度要求很高。

為保證固定鉸座承重鋼梁埋件安裝精度，傳統(tǒng)安裝施工方法，一般多采取將鉸鏈裝置現(xiàn)場進(jìn)行解體，然后將固定支鉸座與承重箱梁埋件連接成一整體后，閘室左右兩側(cè)固定鉸座與承重鋼梁整體同步進(jìn)行安裝和調(diào)整。此法具有安裝精度高的優(yōu)點(diǎn)，但鉸鏈裝置需進(jìn)行地面拆解和空中回裝，費(fèi)工費(fèi)時，且單件起重吊裝次數(shù)較多，施工難度大，安裝調(diào)整施工周期較長，工效較低。

崔家營固定鉸座承重鋼梁埋件安裝，采取用模擬固定支鉸座替代永久固定支鉸座，與承重鋼梁埋件連接后，整體進(jìn)行安裝調(diào)整方式。具有不需要進(jìn)行鉸鏈裝置拆解和回裝，安裝調(diào)整空間大，檢測加固方便、易操作，安裝精度高，省時省力，安裝調(diào)整施工周期短，施工難度小，工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。極大的縮短了固定鉸座承重鋼梁埋件安裝施工周期，同時也為后續(xù)鉸鏈裝置采取整體安裝方案，奠定了基礎(chǔ)。且模擬固定支鉸座結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，安裝拆除簡單靈活，可多次重復(fù)使用。

3.7 液壓啟閉機(jī)油缸支座采取一期混凝土直接進(jìn)行安裝

為加快安裝施工進(jìn)度，減少土建二期混凝土施工工作量，保證弧形閘門液壓啟閉機(jī)油缸支座中心安裝精度，崔家營弧形閘門液壓啟閉機(jī)油缸支座中心安裝，采取預(yù)留一期混凝土直接安裝施工方式，即提高了支座中心的安裝精度和工效，又縮短了安裝時間。

3.8 改進(jìn)二期混凝土施工方案，縮短二期混凝土澆筑施工時間

門槽及側(cè)軌埋件二期混凝土施工，一般在門槽及側(cè)軌埋件全部安裝驗收完成后進(jìn)行。常規(guī)施工方法，多為按 3m一個分層，分多層依次進(jìn)行二期混凝土的澆筑施工。當(dāng)門槽或側(cè)軌高度較高時，往往導(dǎo)致二期混凝土施工時間，短則數(shù)日、長則十天半個月，無法向安裝單位提交安裝部位，既造成土建二期混凝土施工效率低下及資源浪費(fèi)，又延誤了后續(xù)閘門安裝工期。

泄水閘門槽及側(cè)軌埋件二期混凝土施工，采取適當(dāng)提高門槽及側(cè)軌埋件安裝精度，增加埋件加固支撐剛度和數(shù)量，加大混凝土模板圍檁剛度和固定拉條數(shù)量，杜絕固定拉條及圍檁直接與埋件和加固支撐連接等措施，將門槽及側(cè)軌埋件二期混凝土澆筑施工方式，改進(jìn)為一次立模分次澆筑混凝土施工方式。施工時，嚴(yán)格控制每次二期混凝土喂料速度和澆筑層高，增加現(xiàn)場對門槽埋件及模板變形監(jiān)測次數(shù)，及時調(diào)整混凝土喂料和澆筑速度，既保證了門槽二期混凝土澆筑施工質(zhì)量，又有效提高了門槽二期混凝土的施工進(jìn)度，減少了金結(jié)安裝與混凝土施工重復(fù)交面次數(shù)，縮短了二期混凝土施工時間。

4 弧形閘門快速安裝技術(shù)

崔家營泄水閘弧形閘門為露頂式斜支臂結(jié)構(gòu)型式，門葉外形尺寸 19.960×17.355m（面板寬度×弧長），面板曲率半徑R=18.5m，單孔弧門總重量約220t。門葉分四節(jié)制造，最大單件重量約30.33t。支臂為二支臂結(jié)構(gòu),分二節(jié)上下支臂散件到貨，現(xiàn)場組裝焊接，單側(cè)支臂總重量約30.39t。鉸鏈裝置為球形鉸結(jié)構(gòu)型式，整體到貨，單側(cè)鉸鏈裝置總重量20.10t。合同總安裝工程量約4400.58t

4.1 支鉸鏈裝置安裝

弧形閘門支鉸鏈裝置安裝，一般多采用整體安裝和解體安裝二種方式。

整體安裝方式，適用于現(xiàn)場起重手段和吊裝空間較好的場所，具有無需將鉸鏈裝置進(jìn)行現(xiàn)場解體，避免了二次回裝工作量，安裝工效較高，高空作業(yè)量小的優(yōu)點(diǎn)。但一般需在鉸鏈裝置安裝位置頂部適當(dāng)位置，架設(shè)或預(yù)埋一臨時起重吊裝鋼梁，用于鉸鏈裝置活動支鉸的角度調(diào)整和與支臂進(jìn)行對接時的起重吊點(diǎn)使用。

解體安裝方式，需將鉸鏈裝置在現(xiàn)場地面進(jìn)行解體，然后在混凝土牛腿鉸鏈裝置安裝部位再依次進(jìn)行回裝，鉸軸和抗磨板等部件安裝需專門加工專用工裝，需搭設(shè)較大面積的安裝操作平臺，高空作業(yè)量和安全風(fēng)險較大，安裝工效較低，且需用的輔助材料、設(shè)備和工器具較多，一般只在安裝現(xiàn)場不具備進(jìn)行整體起重吊裝條件時才采用。

崔家營弧形閘門支鉸鏈裝置為整體到貨，單臺安裝重量21.10t。崔家營弧形閘門鉸鏈裝置安裝，采取先在地面將鉸鏈裝置的活動支鉸和固定支鉸座調(diào)整至弧門門葉全關(guān)閉狀態(tài)時的位置和角度，選用型鋼將活動支鉸與固定支鉸座臨時進(jìn)行固定牢固，然后采用 SCMM1500塔式起重機(jī)與手拉葫蘆配合進(jìn)行整體起吊安裝方式。該方法取消了頂部輔助吊裝和調(diào)整臨時起重鋼梁，不僅減少了高空安裝作業(yè)工作量和活動支鉸二次調(diào)整工作量，節(jié)約了大量的人力、材料和設(shè)備機(jī)具投入，提高了鉸鏈裝置起重安裝工作效率，同時也為下一步的支臂安裝創(chuàng)造了極為有利的條件。

4.2 支臂裝置安裝

弧形閘門支臂裝置安裝分為整體吊裝和現(xiàn)場空中散件組裝二種方式。散件空中組裝方式，一般只在安裝現(xiàn)場不具備進(jìn)行整體起重吊裝條件或吊裝空間不夠時才采用，其安裝高空作業(yè)較多，安全風(fēng)險較大，工效相對較低，且所需輔助材料、設(shè)備和機(jī)具較多。

崔家營弧形閘門支臂裝置為分節(jié)散件到貨，單個支臂安裝重量30.39t。為減少支臂裝置安裝高空作業(yè)工作量和占用起重設(shè)備時間，提高起重安裝工作效率，降低高空作業(yè)安全風(fēng)險。崔家營支臂裝置安裝，采取先在閘室內(nèi)地面將支臂進(jìn)行整體組裝焊接驗收完成后，再進(jìn)行整體吊裝安裝方式。

先將支臂后端板側(cè)與活動支鉸法蘭面直接進(jìn)行連接，把緊連接螺栓；然后將支臂另一端前端板側(cè)放置于閘室孔口溢流頂上與弧門門葉主梁對接處位置，采用臨時鋼支撐進(jìn)行臨時支撐固定。

4.3 弧形門葉安裝

崔家營弧形閘門門葉分四節(jié)到貨，最大單節(jié)重量（底節(jié)）30.33t，最小單節(jié)重量（頂節(jié)）21.66t。起重吊裝主要手段采用SCMM1500塔式起重機(jī)進(jìn)行，個別塔機(jī)無法覆蓋的部位采用 200t汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

傳統(tǒng)大型弧形閘門分節(jié)門葉安裝和弧形面板弧度半徑控制定位，多采取每吊裝一節(jié)門葉就位后，先將單節(jié)門葉左右側(cè)間隙調(diào)整均勻，然后用20m或30m鋼卷尺由支鉸中心對門葉弧度半徑進(jìn)行調(diào)整和控制，采取臨時型鋼支撐固定后，再進(jìn)行下一節(jié)門葉的吊裝和調(diào)整。

此安裝方法需占用起重吊裝設(shè)備時間較長，高空測量和調(diào)整作業(yè)量較大，所需臨時支撐固定材料較多，且臨時固定支撐安裝拆除和焊疤清除打磨工作量較大，易損傷門葉原有防腐涂層，整體安裝工效較低。

崔家營弧形門葉安裝弧度半徑控制和定位，采取先將弧形門葉位于全關(guān)位置時的面板底邊和外弧設(shè)計半徑輪廓線，測量放樣在弧門底檻和側(cè)軌埋件表面上，然后按設(shè)計門葉分節(jié)弧長和位置，分別在底檻和側(cè)軌埋件表面非止水工作面上適當(dāng)位置，設(shè)置一定數(shù)量的門葉位置和弧度半徑控制定位臨時擋鐵。各節(jié)門葉在依次進(jìn)行吊裝就位時，只需進(jìn)行簡單的左右兩側(cè)間隙的調(diào)整，底節(jié)門葉位置的安裝定位和整扇門葉弧度半徑的控制均靠預(yù)設(shè)臨時擋鐵一次進(jìn)行定位。

該方法不僅大幅度縮短了門葉安裝定位和弧度半徑調(diào)整控制時間，節(jié)省了大量臨時支撐固定材料和安裝人工投入，提高了門葉定位和弧度半徑控制安裝精度，而且減少了門葉起重吊裝對起重設(shè)備的占用時間和門葉安裝定位調(diào)整工作量，降低了高空作業(yè)安全風(fēng)險和對門葉原有防腐涂層的損傷。采用此方法，崔家營弧門安裝施工高峰時，曾創(chuàng)造了單扇超大型弧形閘門分節(jié)（四節(jié)）門葉一天全部吊裝就位的施工記錄。

4.4 焊接

全部采用焊接效率高、質(zhì)量好、成本低、焊接變形小的 CO2氣體保護(hù)焊工藝進(jìn)行焊接，極大的提高了閘門的焊接質(zhì)量和效率。

閘門焊接總體遵循“由下向上，先內(nèi)后外，先隔板邊梁后面板，先門葉后支臂，力求對稱、均勻”的原則和順序，依次進(jìn)行焊接。具體施焊采用分段退步焊法，左、右同時對稱進(jìn)行焊接。

4.5 水封及側(cè)輪裝置安裝

采取先在平坦地面將水封橡膠按設(shè)計尺寸要求進(jìn)行粘結(jié)好,再與對應(yīng)水封壓板一起進(jìn)行配鉆螺栓孔，然后使用液壓啟閉機(jī)啟閉進(jìn)行門葉啟閉與吊藍(lán)相互配合的方法，進(jìn)行水封及側(cè)輪裝置等附件的安裝和調(diào)整。既提高了水封及側(cè)輪裝置等附件的安裝質(zhì)量和工作效率，又有效降低了安裝施工人員高空作業(yè)工作量和安全作業(yè)風(fēng)險。

5 液壓啟閉機(jī)安裝

采取先在水平位置將油缸缸體和活塞桿總體長度按略短于弧形閘門門葉處于全關(guān)位置時的設(shè)計長度進(jìn)行臨時固定，然后使用土建 SCMM1500型和K80/115型塔式起重機(jī)整體進(jìn)行起重吊裝安裝方式；油缸上下兩端與油缸支座和門葉吊點(diǎn)支座連接，采用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整方式。

液壓動力泵站安裝采取先將泵站整體安裝就位，后進(jìn)行二期混凝土回填澆筑施工方法。此方法具有操作簡單易行、安裝成本低、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié) 語

崔家營航電樞紐泄水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝工程，自2008年4月開始正式安裝至2008年10月最后一孔弧形閘門安裝完成，前后歷時8個月，圓滿的按照合同工期要求完成了 20孔超大型弧形閘門的安裝施工任務(wù)，創(chuàng)造了國內(nèi)同類型水電工程安裝施工的新紀(jì)錄。

泄水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝工程共完成門槽及側(cè)軌預(yù)埋件安裝單元工程 60個，單元工程質(zhì)量評定驗收合格率 100%，優(yōu)良率 100%，二期混凝土施工后復(fù)檢優(yōu)良率100%。

完成弧形閘門安裝單元工程 60個，單元工程質(zhì)量評定驗收合格率 100%，優(yōu)良率 100%。全部各類一二類焊縫無損探傷檢測一次驗收合格率100%，業(yè)主委托第三方復(fù)檢合格率100%。且實(shí)現(xiàn)了安裝施工全過程安全事故率為“0”的目標(biāo)。真正實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、高效的工程目標(biāo)。

崔家營航電樞紐泄水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝工程，特別是20孔超大型弧形閘門的快速安裝技術(shù)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、高效的工程目標(biāo)，受到工程業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計單位和相關(guān)專家的高度贊譽(yù)，取得良好的社會效果和經(jīng)濟(jì)效益，也為今后其它類似安裝工程探索了成功經(jīng)驗。