大型鋼軌道梁工地組焊及滑移安裝施工技術(shù)分析

楊開平，梁光輝

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司丹江口監(jiān)理中心，湖北丹江口442700)

1 工程概況及軌道梁分節(jié)方案

1.1 工程概況

丹江口大壩加高工程是南水北調(diào)中線工程的標(biāo)志性工程，大壩加高后，原1500kN級升船機(jī)更新為3000kN級升船機(jī)。更新后的3000kN級升船機(jī)分垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)2級，垂直升船機(jī)安裝重點(diǎn)和難點(diǎn)在軌道梁的安裝，軌道梁單側(cè)布置及吊點(diǎn)距各梁起吊中心半徑如圖1所示，上游端的#1軌道鋼梁重心距壩面中心28m，下游端的#4軌道鋼梁重心距壩面中心60m且距中間渠道地面高度約71m。施工面臨大型起吊設(shè)備無法利用、現(xiàn)場施工面狹小、高空及超高空作業(yè)面多等不利因素，常規(guī)安裝方法無法完成此項(xiàng)任務(wù)，施工面臨很大挑戰(zhàn)。

圖1 軌道梁單側(cè)布置及吊點(diǎn)距各梁起吊中心半徑

施工單位在借鑒1500kN垂直升船機(jī)軌道梁拆除經(jīng)驗(yàn)[1]，確保質(zhì)量、安全可靠和高效的前提下，做了大量技術(shù)分析和論證工作，最終確定了分節(jié)制造、現(xiàn)場組裝焊接、節(jié)間采用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接及整體水平牽引滑移的方案。

1.2 軌道梁分節(jié)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)文件[2]，考慮3000kN級垂直升船機(jī)軌道梁運(yùn)輸條件限制，#1，#2，#4鋼軌道梁廠內(nèi)分節(jié)制作，現(xiàn)場組裝、焊接成整體，具體吊裝單元質(zhì)量及尺寸見表1。

表1 3000kN級垂直升船機(jī)軌道梁分節(jié)外形尺寸及質(zhì)量

2 鋼軌道梁吊裝與組裝

2.1 吊裝場地布置及吊裝方案

3000kN級垂直升船機(jī)軌道梁吊裝手段為壩面土建MQ600施工門式起重機(jī)以及700kN，1600kN汽車式起重機(jī)。安裝場地在#7，#9支墩之間的壩面。

單件鋼梁利用1600kN汽車式起重機(jī)移到壩面適當(dāng)位置，沿上、下游方向擺放，緊貼壩面鋼支墩，鋼梁拼裝鋼平臺高約8m，鋼梁吊裝用1600kN汽車式起重機(jī)，在工作半徑8m、主臂長21.28m時可滿足吊裝要求。吊裝場地布置如圖2所示。

2.2 現(xiàn)場組拼的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 拼裝平臺設(shè)計(jì)

#7，#9(#6，#8)支墩之間的拼裝鋼平臺上部由2根箱型梁組成，底部一端支撐在#7，#9砼支墩上的預(yù)埋型鋼上，另一端支撐在壩面的型鋼立柱上。為了確保壩面交通暢通，鋼平臺底部高度為5.8m，2個立柱的間距為12m，以滿足鋼梁運(yùn)輸及壩面交通要求;為增加平臺的穩(wěn)定性，在上游側(cè)與#7，#9支墩用型鋼加固，平臺立柱中間部位設(shè)有防傾翻支架。拼裝及焊接工裝包括焊接腹板焊縫工裝、焊接底部焊縫工裝、焊接人員工作通道、安全欄桿等。

2.2.2 拼裝工藝

將單節(jié)鋼梁吊裝到平臺后，底部支墊鏈輪，利用卷揚(yáng)機(jī)將鋼梁水平滑移到平臺下游面，然后吊裝第2節(jié)，滑移到下游合適位置，與第1節(jié)進(jìn)行定位調(diào)整、加固，最后將第3節(jié)鋼梁吊裝到位，與第2節(jié)進(jìn)行定位調(diào)整、加固，全部調(diào)整后，按廠內(nèi)定位塊進(jìn)行精調(diào)，確保整根鋼梁的結(jié)構(gòu)尺寸和撓度滿足圖紙要求。

圖2 吊裝場地布置及吊裝方案

2.2.3 拼裝中需要注意的幾個問題

(1)現(xiàn)場拼裝需及時進(jìn)行支墊，支撐件要有足夠的強(qiáng)度和剛度。鋼梁底部支撐布置在節(jié)間焊縫左右各1m處，以預(yù)留足夠的焊接施工空間。

(2)調(diào)整千斤頂。在拼裝中需要將鋼梁調(diào)整水平，利用4個500kN千斤頂對高度方向進(jìn)行調(diào)整，千斤頂對稱布置，布置在鋼梁的腹板和隔板處;水平方向調(diào)整采用倒鏈、千斤頂?shù)仁侄?，在支撐鋼梁的合適位置焊接吊耳板或千斤頂支撐件。

(3)鏈輪布置在拼裝用鋼梁的腹板和隔板處。

(4)拼裝時準(zhǔn)備攬風(fēng)繩，在夜間或遇大風(fēng)、雷雨等天氣時及時進(jìn)行加固，防止出意外。

3 軌道梁工地焊接工藝

3.1 焊接人員選擇

電焊工必須通過勞動部或水利部焊工資格考試，具有相應(yīng)資格證書?？紤]工地焊接條件，在選擇焊接人員時，要選擇責(zé)任心強(qiáng)、操作技術(shù)出眾、年富力強(qiáng)、身體健康并參加過高空及超高空作業(yè)的焊接人員。

3.2 焊接順序

(1)鋼梁組對驗(yàn)收合格后，進(jìn)行整體加固，加固焊縫焊角尺寸為6mm，長度為100mm，間距為200mm。

(2)首先焊接腹板對接立縫，按照從下向上、分層焊接順序進(jìn)行焊接。

(3)其次焊接下翼緣焊縫、上翼緣焊縫。

(4)最后進(jìn)行焊縫背面碳弧氣刨清根處理后，按照先進(jìn)行腹板立焊，后進(jìn)行翼板焊接的順序施焊。

在焊接過程中，必須進(jìn)行監(jiān)控和測量工作，必要時及時調(diào)整焊接順序，將變形控制在合理的范圍內(nèi)。

3.3 焊接工藝方法

采用小電流、對稱、分層焊接退步跳焊的方法進(jìn)行焊接，4名焊工同時在2個對接焊縫處對稱焊接作業(yè)，力求焊接參數(shù)均勻、焊接速度一致。

3.4 焊接工藝參數(shù)

E5015焊條手工焊接工藝參數(shù)見表2。

3.5 焊接過程控制

加強(qiáng)焊接過程控制，實(shí)時進(jìn)行焊接監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量以及鋼梁主要結(jié)構(gòu)尺寸變化，以便采取相應(yīng)措施。

(1)了解和熟悉鋼梁廠內(nèi)制造和試拼裝偏差情況，現(xiàn)場安裝前進(jìn)行技術(shù)交底。單根鋼梁拼裝時，嚴(yán)格按定位板和定位銷進(jìn)行調(diào)整。

(2)鋼梁工地焊接變形監(jiān)控是整個鋼梁安裝的重點(diǎn)。施焊前，應(yīng)編制焊接工藝措施，在焊接過程中，應(yīng)及時進(jìn)行監(jiān)控和測量，必要時調(diào)整焊接工藝參數(shù)，保證變形在合理范圍內(nèi)。

3.6 焊接質(zhì)量控制

(1)鋼梁節(jié)間對接焊縫為Ⅰ類焊縫，按GB 11345—1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》[3]要求進(jìn)行100%超聲波探傷。

(2)焊接材料采用國家知名品牌并與軌道鋼梁材質(zhì)相匹配。建立焊材庫，焊條有專人保管、烘焙和發(fā)放;在焊接作業(yè)時，焊條存放在保溫桶內(nèi)，隨焊隨取，保證焊條在恒溫狀態(tài)。

(3)焊接前，檢查焊縫形式及坡口尺寸，滿足圖紙和規(guī)范要求。

(4)為防止產(chǎn)生裂紋，對坡口區(qū)進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為80～120℃，焊接時層間溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度且不高于200℃。

(5)在焊接過程中，每焊一層利用風(fēng)鏟及時清理藥皮，并配合錘擊焊縫使內(nèi)部應(yīng)力得到較好釋放;對稱焊接時，嚴(yán)格按工藝控制焊接電流及速度，保證焊接質(zhì)量。

(6)每道焊縫完成后，采用碳弧氣刨及時進(jìn)行背面清根處理，防止夾渣、氣孔等缺陷，并用角向磨光機(jī)打磨后進(jìn)行焊接。在進(jìn)行焊縫超聲波無損探傷檢查時，要認(rèn)真分析缺陷原因并與焊接工程師和監(jiān)理工程師共同制訂缺陷返修措施，保證焊縫合格率達(dá)到100%。

3.7 結(jié)構(gòu)尺寸及焊接變形控制

(1)結(jié)構(gòu)尺寸主要指鋼梁整體長度、旁彎及上拱度。由于鋼梁廠內(nèi)制作時已預(yù)留上拱度，現(xiàn)場組對焊接需要增加上拱度，根據(jù)大型閘門及啟閉機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制作焊接經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合3000kN級垂直升船機(jī)軌道鋼梁結(jié)構(gòu)尺寸，每節(jié)焊縫預(yù)留焊接上拱收縮量3 mm，加強(qiáng)焊接監(jiān)控，焊接后可以保證鋼梁預(yù)拱度和鋼梁整體長度的尺寸滿足要求。

表2 E5015焊條手工焊接工藝參數(shù)

(2)具體監(jiān)控措施。架設(shè)水準(zhǔn)儀，監(jiān)測鋼梁拱度變化;架設(shè)經(jīng)緯儀，監(jiān)測鋼梁直線度變化;用鋼尺測量鋼梁總長度的變化;在鋼梁腹板兩側(cè)懸掛鋼絲線，監(jiān)測鋼梁高度方向的直線度;在每道工序完成后或焊接完成一道焊縫后，應(yīng)進(jìn)行以上各項(xiàng)檢測。

(3)在焊接過程中，重點(diǎn)預(yù)防及控制變形。施工中出現(xiàn)大的焊接變形或尺寸超差時，及時調(diào)整焊接順序和工藝參數(shù)進(jìn)行糾正。

(4)焊接完成后的變形采用火焰矯正法進(jìn)行處理，加熱溫度不超過700℃。

4 軌道梁滑移施工

4.1 軌道梁滑移順序

(1)將廠內(nèi)分節(jié)制作的#4鋼梁在鋼平臺上組裝、焊接，單根鋼梁檢驗(yàn)合格后，向下游滑移到適當(dāng)位置。

(2)吊裝#3鋼梁，與#4鋼梁用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接，整體向下游水平滑移，到合適位置后暫?；啤?/p>

(3)吊裝#2鋼梁下游一節(jié)(作為配重)，然后與#3，#4鋼梁連接成整體，繼續(xù)向下游滑移，到位后#2鋼梁分解。

(4)#4鋼梁在#3，#5支墩上向右邊水平滑移3 m，給后續(xù)滑移施工讓出空間。

(5)然后將#2鋼梁組裝完成，檢驗(yàn)合格后向下游滑移，與#3梁連接，留夠#1鋼梁位置后停止滑移。

(6)組裝#1鋼梁，合格后與#2鋼梁連接成整體，用布置在上游支墩的卷揚(yáng)機(jī)牽引向上游水平滑移，到位后調(diào)整#1鋼梁、#2鋼梁使安裝就位。

(7)接著將#4鋼梁沿支墩向左邊水平滑移復(fù)位，分解#3鋼梁并頂升2.4m，澆筑#3鋼梁底部砼支墩，最后將#3鋼梁降落到位。

(8)調(diào)整所有鋼梁就位，拆除鋼支墩及鋼平臺到左側(cè)安裝位置，可進(jìn)行左邊一組鋼梁安裝。

4.2 滑移安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)場水平滑移關(guān)鍵技術(shù)有鏈輪的選擇及布置、防傾翻及糾偏裝置的布置、牽引機(jī)構(gòu)布置、鋼梁頂升及降落、高強(qiáng)螺栓聯(lián)接、#4鋼梁左右水平滑移措施及懸挑試驗(yàn)等。

4.2.1 鏈輪的選擇與布置

鋼梁水平滑移時鏈輪是主要支撐件，根據(jù)鋼梁拆除時的經(jīng)驗(yàn)，鏈輪進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和選擇，鋼梁懸挑時的受力最大，選擇并排布置3個鏈輪，其余工作狀態(tài)選擇2組鏈輪，鏈輪分2種規(guī)格，考慮到鏈輪重量及施工情況，在受力較大或重要部位采用大鏈輪，其余工作狀態(tài)下可采用小鏈輪。

4.2.2 防傾翻裝置

鋼梁在水平滑移、頂升等工序作業(yè)時，為保證鋼梁安全，布置防傾翻裝置，在每個砼支墩上提前預(yù)埋鐵板凳，用型鋼焊接成三腳架，支架高度3m，約為梁高的2/3，每個支墩上、下游對稱布設(shè)2件，位置基本在鋼梁的兩端。根據(jù)鋼梁拆除時的經(jīng)驗(yàn)，型鋼下部的限位足以保證鋼梁的安全，當(dāng)遇雨天或大風(fēng)時，可用型鋼和纜風(fēng)繩將鋼梁與砼支墩以及鋼支墩臨時固定牢固。

4.2.3 糾偏裝置

防止鋼梁滑移時跑偏。由于現(xiàn)場施工條件的影響，鋼梁在滑移時會產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象，因此，要把鋼梁限制在一定尺寸范圍內(nèi)，讓其盡量保持在中心基準(zhǔn)線上以減小后期調(diào)整的難度，方法是在型鋼的底部靠近鋼梁底翼緣處左右各焊接鋼板，鋼板距離底翼緣10mm。

鋼梁糾偏。鋼梁跑偏后，需進(jìn)行糾偏，以利于與下節(jié)鋼梁進(jìn)行連接，主要方法是根據(jù)鋼梁跑偏的方向，反向調(diào)整支撐鏈輪或用千斤頂調(diào)整鋼梁偏斜，該方法也是2節(jié)鋼梁連接時的主要調(diào)整手段。

4.2.4 牽引機(jī)構(gòu)

鋼梁水平滑移時的牽引機(jī)構(gòu)主要由布置在上、下游支墩上的卷揚(yáng)機(jī)組成，#1，#2鋼梁向上游滑移時由布置在上游#1砼支墩上的卷揚(yáng)牽引，#3，#4鋼梁向下游滑移時由布置在上游#1，#2砼支墩上的卷揚(yáng)牽引，局部短距離滑移也可采用10t倒鏈進(jìn)行，鋼梁快到位時，為避免鋼梁間碰撞，采用5t倒鏈或千斤頂施工。

4.2.5#4鋼梁左、右水平滑移措施

由于鋼梁在整體滑移時砼支墩尺寸受限，為了給后續(xù)滑移施工讓出位置，需要將#4鋼梁沿#3，#5支墩左右水平滑移約3m。為滑移時的安全，滑移前鏈輪支墊保證足夠的長度，安裝好防傾翻支架?；茣r采用2個100kN倒鏈進(jìn)行水平牽引，反向采用2個50kN倒鏈進(jìn)行安全保證，防止鋼梁傾翻，滑移到位后，用攬風(fēng)繩及型鋼固定牢固。

4.2.6 鋼梁間的聯(lián)接

鋼梁聯(lián)接采用10.9級高強(qiáng)螺栓，直徑M24，構(gòu)件接觸面用噴砂處理，聯(lián)接鋼板為16Mn，厚度為30 mm。高強(qiáng)螺栓用扭力扳手緊固，扭緊順序從梁體的分段接頭處聯(lián)結(jié)螺栓中順序向外擰緊，高強(qiáng)螺栓聯(lián)接摩擦面應(yīng)保持干燥、整潔。

4.2.7 懸挑試驗(yàn)

#1，#2鋼梁聯(lián)接向上游滑移，#3，#4鋼梁聯(lián)接向下游滑移時，懸挑長度較大。為了保證鋼梁安全滑移到位，正式懸挑滑移前做懸挑試驗(yàn)，鋼梁在最危險(xiǎn)工況停留1h，以檢驗(yàn)高強(qiáng)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度、支撐鏈輪強(qiáng)度、牽引機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)等，無任何異常后，方可進(jìn)行正式滑移。

5 結(jié)束語

該3000kN級升船機(jī)鋼軌道梁從2010年8月28日開始吊裝組焊，2010年11月底完成全部鋼軌道梁滑移安裝，在安裝期間，沒有出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題，為后續(xù)升船機(jī)提升機(jī)安裝提供了條件。結(jié)合1500kN級升船機(jī)軌道拆除施工經(jīng)驗(yàn)可得出以下結(jié)論:通過采取細(xì)致、有效的施工措施，大型鋼軌道梁工地組焊和滑移施工方案切實(shí)可行，可供同類工程借鑒和參考。

[1]袁云橋，程靖華，李建軍，等.丹江口大壩加高工程150t級垂直升船機(jī)拆除施工[J].南水北調(diào)與水利科技，2008(1):279－282.

[2]長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.丹江口水利樞紐大壩加高工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告(修訂本)[R].武漢:長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2004.

[3]GB11345—1989，鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級[S].