三峽升船機(jī)塔柱施工技術(shù)

周建華

（中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司三峽分公司，湖北宜昌 443002）

1 前言

三峽升船機(jī)為齒輪齒條爬升式垂直升船機(jī)，其過船規(guī)模為3 000噸級，最大提升高度113m，具有提升高度大、提升重量大、船廂與混凝土建筑物結(jié)合密切，施工精度要求高等特點，是目前世界上規(guī)模最大和技術(shù)難度最高的升船機(jī)[1，2]。

三峽升船機(jī)船廂室段塔柱總長119 m，總寬57.8m，采用對稱結(jié)構(gòu)布置。每側(cè)塔柱由兩個筒體和3個承重墻組成，筒體與墻相間布置，每個筒體長40.3m，寬16.0m，高1.0m。筒體在平面上呈凹槽形，螺母柱和齒條裝設(shè)在凹槽的側(cè)壁上，在凹槽外圍布置有樓梯間、電梯井和電纜豎井。在高程84.50m設(shè)平衡重在下游的安裝平臺，同時兼作升船機(jī)塔柱與下游間的交通通道；高程185.00m平臺為升船機(jī)與壩頂間的交通通道；高程175.00m、高程189.00m平臺為平衡重在上游的安裝檢修平臺。兩側(cè)塔柱在頂部高程196.00m，通過7根橫梁和兩個平臺實現(xiàn)橫向連接，中控室平臺和觀光平臺分別布置在上、下游塔柱筒體凹槽的上方[3]。

塔柱結(jié)構(gòu)是三峽垂直升船機(jī)的主要建筑物之一，高度為149m，屬于高聳結(jié)構(gòu)，由于功能的要求，它不同于一般的民用高層建筑。第一，它頂部建有長120m、高20m的大型機(jī)房，而且要求運行時機(jī)房工作人員有良好的舒適度；第二，為保證承船廂的順利提升，需嚴(yán)格限制塔柱結(jié)構(gòu)的變位；第三，由于三峽工程的重要性，塔柱結(jié)構(gòu)要求有很好的抗震性能[4]。為了達(dá)到這些要求，采取合適的施工技術(shù)與方法進(jìn)行塔柱的施工就顯得至關(guān)重要。

2 總體施工程序

塔柱為混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，施工期4個塔柱和剪力墻處于底端固定、頂部自由的狀態(tài)。受混凝土溫升、干縮、徐變、年溫度變化、風(fēng)荷載、船廂和平衡重等工作荷載以及太陽偏照等因素的影響，塔柱在縱向、橫向和垂直向都會產(chǎn)生一定的變形[5]。為滿足升船機(jī)安全運行的要求，在對塔柱的變形規(guī)律進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，充分分析塔柱變形對升船機(jī)運行的影響，采取如下施工程序：升船機(jī)塔柱混凝土澆筑到頂部高程后，在縱向與剪力墻連接，在橫向通過聯(lián)系梁和平臺與另一側(cè)塔柱連接，形成立體的封閉框架，并在此以前完成高程120.00m以下齒條、螺母柱的安裝，上述條件具備后利用平衡重系統(tǒng)對整個塔柱進(jìn)行加載，加載完畢后再進(jìn)行高程120.00m以上的齒條、螺母柱的安裝。采用上述施工程序可使塔柱上部機(jī)電設(shè)備在接近實際運行受力狀況下完成安裝，從而最大限度地降低施工期變形對升船機(jī)運行的影響。升船機(jī)施工總體程序如圖1所示。

圖1 升船機(jī)施工總體程序圖Fig.1 Thewhole construction progressof ThreeGorges Projectship lift

3 施工特點與難點

三峽升船機(jī)塔柱結(jié)構(gòu)為超高層混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，對混凝土的施工質(zhì)量與埋件安裝精度有較高的要求，其主要的施工重點和難點問題如下。

1）土建結(jié)構(gòu)精度控制。塔柱結(jié)構(gòu)中鋼筋和埋件較多，筒體模板制做、混凝土澆筑精度要求高，因此施工過程中測量、放樣、定位的精度比普通高層建筑更高。同時，塔柱混凝土不但要滿足自身及單體埋件的精度要求，而且還要滿足埋件群相對精度的要求，因此如何保證塔柱筒體形體精度，包括相對位移、垂直度、平直度等滿足技術(shù)要求是本工程的重點，也是其難點。

2）金屬結(jié)構(gòu)及埋件精度控制。金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝工程量大、施工工序多而且安裝技術(shù)復(fù)雜。同時，金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝精度要求高、調(diào)整定位工作量大、精度檢測和控制難度大[6，7]，如4根同高程齒條安裝高程相對差不超過2mm，首節(jié)螺母柱下部標(biāo)記高度位置偏差不超過±2mm等。因此必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施以滿足這種高精度施工的要求。

3）混凝土溫控防裂。三峽升船機(jī)塔柱混凝土結(jié)構(gòu)特殊，溫控防裂難度比常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：a.塔柱筒體形體復(fù)雜，應(yīng)力集中，極易產(chǎn)生溫度裂縫。b.塔柱筒體中鋼筋密集，含筋率高達(dá)80%以上，再加上墻體內(nèi)還布置有大量的金屬結(jié)構(gòu)埋件，且較集中，容易出現(xiàn)導(dǎo)熱不均。c.塔柱筒體是薄型混凝土結(jié)構(gòu)，墻厚僅1.0m，因而受外界氣溫影響大。d.塔柱筒體混凝土施工期較長，高溫季節(jié)氣溫高且持續(xù)時間較長，秋冬季溫差大，混凝土運輸較遠(yuǎn)，在其運輸過程中混凝土溫度回升影響大。綜上所述，在施工過程中，必須及時有效地采取保溫和通水冷卻等溫控措施以防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

4）安全控制難度大。塔柱垂直高度大，工作面多，混凝土澆筑與埋件安裝均為高空作業(yè)，各施工項目平行交叉立體作業(yè)[8]，相互干擾較大。因此，針對這種高空立體交叉作業(yè)，進(jìn)行有效的安全控制也是本工程的重點和難點。

4 塔柱施工技術(shù)

4.1 升船機(jī)高精混凝土、金屬結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備施工測量控制技術(shù)

4.1.1 高精度測量控制網(wǎng)建立

測量控制網(wǎng)是整個施工場地的測量基準(zhǔn)，是升船機(jī)各部位土建施工、埋件安裝、機(jī)電設(shè)備安裝及各階段變形測量的依據(jù)。此外，升船機(jī)各種埋件以及設(shè)備點的安裝定位要求高，對測量控制網(wǎng)的精度和可靠性提出了較高的要求。三峽工程現(xiàn)有的控制點的密度及精度均不能滿足升船機(jī)土建施工、埋件安裝、機(jī)電設(shè)備安裝及變形測量的要求，因此需在現(xiàn)有控制網(wǎng)點的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密并校核精度。

1）高程控制網(wǎng)的建立。根據(jù)地形和現(xiàn)場條件，為便于施工放樣和變形測量，同時結(jié)合升船機(jī)結(jié)構(gòu)特點，高程網(wǎng)點在原有網(wǎng)點的基礎(chǔ)上，增設(shè)了5座水準(zhǔn)點，新增設(shè)的5個高程點均采用混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石，其埋設(shè)和施工要求按照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》執(zhí)行。

2）平面控制網(wǎng)的建立。升船機(jī)船廂室塔柱結(jié)構(gòu)土建施工及一期埋件對控制網(wǎng)的精度要求比二期埋件對控制網(wǎng)的精度要求低。因此針對土建施工放樣及二期埋件安裝分別建立施工控制網(wǎng)與安裝控制網(wǎng)。安裝控制網(wǎng)在二期埋件安裝前進(jìn)行測量，與施工控制網(wǎng)點位一致，但施測等級不同。

因各網(wǎng)點布設(shè)位置高差大，點間垂直高度大，塔柱等主體建筑施工完成后，控制網(wǎng)點間不具備通視條件。為了克服上述條件限制，減小大垂直角、折光差等對控制網(wǎng)測量精度的影響，施工控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，即在高程差較大的點位間建立GPS（全球定位系統(tǒng)）首級控制網(wǎng)，然后利用高精度全站儀布設(shè)二級加密網(wǎng)，但兩級控制網(wǎng)按照相同的精度等級進(jìn)行布設(shè)。為了解決不通視的問題，在施工控制網(wǎng)施測時，將施工基準(zhǔn)傳遞到安裝控制網(wǎng)中。

4.1.2 設(shè)備選型

根據(jù)垂直升船機(jī)土建施工的精度要求，核心控制觀測儀器采用瑞士Leica公司生產(chǎn)的TCA2003全站儀和DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀。同時綜合考慮升船機(jī)大型機(jī)械、機(jī)電設(shè)備安裝的精度要求和觀測效率，局部大尺寸工件的關(guān)鍵點定位測量采用超高精度Leica TDA5005工業(yè)全站儀。為了確保由下向上的高精度鉛垂基準(zhǔn)，垂直投影采用瑞士Leica公司生產(chǎn)的天頂垂準(zhǔn)儀和天底垂準(zhǔn)儀。

特殊形體部位（諸如塔柱）的土建施工測量放樣和金屬結(jié)構(gòu)安裝測量可采用Leica TPS1200+型號的高精度全站儀。此外升船機(jī)測量高程較高，測量控制網(wǎng)點布置分散且較遠(yuǎn)，施工周期長，受外界環(huán)境與天氣等影響大，綜合考慮采用抗干擾能力強(qiáng)的新型PinPoint無棱鏡測量技術(shù)。

金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)械、機(jī)電設(shè)備安裝測量采用Leica TDA5005高精度工業(yè)測量系統(tǒng)，其內(nèi)置精密測距儀，配備Leica專業(yè)Axyz軟件，具有高精度的定位與跟蹤目標(biāo)的能力。

4.2 升船機(jī)高精混凝土連續(xù)快速施工技術(shù)

三峽升船機(jī)塔柱混凝土采用液壓自升式模板進(jìn)行澆筑。液壓自升式模板主要由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)三大部分組成。爬升系統(tǒng)包括預(yù)埋件部分、導(dǎo)軌部分、液壓系統(tǒng)部分。模板面板高3.6m，澆筑層高3.5m，每塊每層模板可單獨爬升、重新定位和進(jìn)行精度調(diào)整，具有操作安全、定位簡便、結(jié)構(gòu)施工誤差小、容易糾偏等特點，能滿足升船機(jī)塔柱筒體混凝土施工精度和快速施工的要求。

由于升船機(jī)塔柱筒體內(nèi)板、梁及牛腿結(jié)構(gòu)較多，對爬模連續(xù)上升容易產(chǎn)生影響，因此為了確保爬模連續(xù)上升，必須對筒體結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行優(yōu)化。具體如下。

1）對牛腿、凸臺及板梁等結(jié)構(gòu)的處理。對于牛腿、板梁等凸臺結(jié)構(gòu)，采取預(yù)留凹槽的形式先施工筒體混凝土，待液壓自升式模板爬升越過后再施工相應(yīng)的板、梁及牛腿混凝土。預(yù)留的凹槽通過免拆金屬網(wǎng)模板形成，同時相應(yīng)的板、梁及牛腿處的結(jié)構(gòu)鋼筋在此斷開，鋼筋采用直螺紋不錯接頭形式預(yù)留，后期采用直螺紋套筒連接。

2）對孔洞、凹槽等結(jié)構(gòu)的處理?？锥?、凹槽之所以影響模板連續(xù)上升，是因為液壓自升式模板導(dǎo)軌的錨固件無法安裝，導(dǎo)致模板導(dǎo)軌無法布置，從而影響模板連續(xù)施工。因此當(dāng)模板錨固件（掛錐）位于凹槽或凹槽附近時，先期將掛錐周邊的凹槽采用混凝土填滿，待爬模爬升后，由人工鑿除掛錐周邊混凝土形成凹槽；當(dāng)模板錨固件（掛錐）位于樓板梁預(yù)留門洞時，則利用門洞內(nèi)塔柱墻體鋼筋網(wǎng)加焊鋼板的形式固定并加長B7螺栓及模板掛靴；當(dāng)模板掛錐位于結(jié)構(gòu)門洞內(nèi)時，采取在門洞側(cè)墻預(yù)埋多卡錨錐，后期采用型鋼支撐的方式固定加長B7螺栓及爬模掛靴。

4.3 升船機(jī)塔柱薄壁混凝土溫控防裂施工技術(shù)

塔柱筒體混凝土施工初期出現(xiàn)了混凝土澆筑溫度和最高溫度超過設(shè)計允許值的現(xiàn)象，其主要原因有。a.混凝土運輸距離較遠(yuǎn)，運輸途中制冷混凝土溫度回升較大。b.初期混凝土澆筑強(qiáng)度偏低，倉面混凝土覆蓋時間長，溫控措施不完善等，倉內(nèi)混凝土溫度回升較大。c.自爬式模板為2 cm厚的木板，側(cè)面散熱困難。

鑒于此，從混凝土生產(chǎn)到混凝土澆筑的過程中采取以下幾方面的措施控制混凝土溫度。a.拌和。拌制混凝土?xí)r，必需嚴(yán)格按照實驗室簽發(fā)的配料單進(jìn)行配料，水、水泥、砂子均以重量計，稱量偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。拌和程序和拌和時間通過試驗決定，并嚴(yán)格控制。b.控制出機(jī)口混凝土溫度。高溫季節(jié)開倉前提前通知拌合樓對骨料進(jìn)行預(yù)冷，為減少預(yù)冷混凝土溫度回升，必須嚴(yán)格控制混凝土運輸時間和倉面澆筑坯覆蓋前的暴露時間。c.降低混凝土澆筑溫度。預(yù)冷骨料和冷水拌和是降低混凝土澆筑溫度的主要方法。同時合理安排澆筑時間，避免高溫時段澆筑，條件允許的情況下，在混凝土運輸設(shè)備上方搭設(shè)遮陽棚，同時對混凝土運輸車輛進(jìn)行灑水降溫，并盡可能地減少轉(zhuǎn)運次數(shù)。d.采取個性化的通水冷卻措施。根據(jù)不同季節(jié)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測情況，適時調(diào)整通水流量和通水水溫。e.合理控制澆筑層厚及澆筑間歇時間。塔柱筒體、柱、墩、墻等結(jié)構(gòu)混凝土層間間歇期嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行控制。此外對預(yù)計為長時間停止?jié)仓膫}面，需覆蓋表面混凝土以進(jìn)行保溫。

4.4 升船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝技術(shù)

4.4.1 一期埋件安裝技術(shù)

三峽升船機(jī)船廂室段主要金屬結(jié)構(gòu)一期埋件包括：螺母柱一期埋件、齒條一期埋件、平衡重系統(tǒng)一期埋件及縱導(dǎo)向一期埋件等類型。預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過埋設(shè)在一期混凝土中的聚氯乙烯（PVC）套管，將齒條（螺母柱）、二期埋件、二期混凝土與一期混凝土墻連接。通過施加預(yù)緊力使齒條（螺母柱）、二期埋件以及一、二期混凝土形成整體承載結(jié)構(gòu)。因此，齒條、螺母柱一期埋件（PVC套管）的安裝位置精度比其他的金屬結(jié)構(gòu)一期埋件的要求高得多。并且相應(yīng)安裝部位鋼筋密集，在安裝中與土建施工干擾大，安裝質(zhì)量控制難度較大，因而作為主要對象進(jìn)行施工控制。

為確保套管安裝精度，并保證套管在混凝土澆筑過程中不發(fā)生位移，滿足混凝土澆筑后，套管安裝位置偏差不超過±5mm的要求，制作了齒條、螺母柱一期埋件輔助調(diào)整鋼架，并在施工中予以改進(jìn)。在鋼架上將套管的安裝高程及位置基本定位，并用調(diào)整螺桿及管夾固定一期埋件，用以現(xiàn)場精確調(diào)整齒條、螺母柱一期埋件的安裝位置，提高安裝效率及安裝精度。套管調(diào)整完成后，一期埋件與鋼架固定，將一期埋件單獨加固，避免了埋件與土建鋼筋間的相互干擾及混凝土澆筑過程中的位移。在PVC套管調(diào)整過程中，每次調(diào)整前都利用測量儀進(jìn)行線垂垂掛基準(zhǔn)點復(fù)測，然后通過線垂對PVC套管進(jìn)行調(diào)整，半個工作日內(nèi)就可以順利完成每倉的PVC套管精調(diào)加固及最終驗收，極大提高了工作效率。同時因為每列套管均以同一根線垂為基準(zhǔn)，這樣調(diào)整完成的每列PVC套管的安裝偏差基本都保持在一個變化趨勢內(nèi)，在很大程度上提高了PVC套管整體安裝偏差變化方向的統(tǒng)一性，并確保了套管安裝滿足設(shè)計精度要求。

4.4.2 二期埋件安裝技術(shù)

按所屬功能及各自作用，三峽升船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)二期埋件分為平衡重軌道、縱導(dǎo)向軌道、齒條二期埋件及螺母柱二期埋件四大類。各類埋件結(jié)構(gòu)形式不同、作用不一，在安裝質(zhì)量控制方法上既有共性也各有不同特點。

1）齒條、螺母柱二期埋件安裝技術(shù)。三峽升船機(jī)齒條、螺母柱及其二期埋件在安裝上具有安裝高度高、單件尺寸重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝空間狹小、施工精度要求極高、施工環(huán)境復(fù)雜等突出特點。針對以上特點主要采取的技術(shù)措施如下。a.制作埋件調(diào)整及加固工裝，利用工裝將埋件與筒體上的預(yù)埋錨板連接，既便于安裝調(diào)整，也能夠?qū)β窦M(jìn)行加固。b.提前對埋件安裝部位的一期鋼筋進(jìn)行檢查，對個別鋼筋及時調(diào)整，確保一期鋼筋與設(shè)計位置一致。安裝前對存在干涉的豎向鋼筋進(jìn)行切割處理。c.控制點測量時，對4根齒條埋件的12個控制點、4套螺母柱埋件的24個控制點一次測量并相互校核，減少系統(tǒng)誤差，提高測量精度。每根齒條、螺母柱埋件的3個測量控制點投射完成后，相互校核其間距，降低投點誤差。d.對測量控制點、埋件首節(jié)投點均采取施工、監(jiān)理、業(yè)主三方分別獨立測量的方式進(jìn)行，減少人為誤差。e.二期砼澆筑過程中，合理控制澆筑速度，并采用百分表對埋件表面進(jìn)行同步監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時停止?jié)仓?。f.齒條、螺母柱埋件的安裝關(guān)鍵是控制其高程位置。4根埋件的首節(jié)下端面相對差不大于1mm，其余埋件均以下端面為基準(zhǔn)測量。因此在調(diào)整時，必須首先控制好埋件高程，確保埋件下/上端面水平度。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮埋件中心位置、垂直度偏差。高程方向考慮環(huán)境溫度帶來的埋件尺寸變化，高程測量時需準(zhǔn)確記錄環(huán)境溫度，并轉(zhuǎn)換為17℃時的高程值。g.二期埋件調(diào)整定位后，用輔助材料或鋼結(jié)構(gòu)件將其與一期預(yù)埋件焊牢加固，以免澆筑二期混凝土?xí)r發(fā)生位移。但加固用輔助材料不允許直接焊接在固定設(shè)備的主要構(gòu)件上，而只能焊接在這些構(gòu)件伸出的錨件、栓柱上，或者焊接在不會引起主要構(gòu)件產(chǎn)生局部變形以及整體變形的次要構(gòu)件上。

2）縱導(dǎo)向?qū)к壈惭b技術(shù)。首先，縱導(dǎo)向?qū)к壎诼窦裆顪\，空間狹小，無法使用傳統(tǒng)的內(nèi)置安裝調(diào)整、固定裝置，因此固定焊接施工難度大；其次，導(dǎo)軌安裝單元尺寸大而薄，剛度小，吊裝、運輸極易引起變形；此外，因其工作表面尺寸較大，在混凝土澆筑時所受的側(cè)壓力較大，導(dǎo)軌容易移位。針對上述問題，設(shè)計了一種適合于總體安裝高度大、結(jié)構(gòu)剛度小，且整體安裝精度高的導(dǎo)軌埋件工裝以滿足安裝施工需要。該裝置一次安裝，可多次循環(huán)使用、方便移動和定位，可以滿足三峽升船機(jī)安裝進(jìn)度質(zhì)量要求。工裝分輔助鋼架和加固工裝兩部分，輔助鋼架由兩根經(jīng)機(jī)械加工的鋼梁焊接而成。安裝時，首先將導(dǎo)軌板通過螺釘連接到輔助鋼架的機(jī)加工面上，將軌道與輔助鋼架連接成整體，便于對軌道運輸、吊裝及調(diào)整。最后通過輔助鋼架結(jié)構(gòu)與外圍的加固工裝連接，焊接固定在塔柱混凝土表面的一期埋件上，確保軌道整體穩(wěn)定性。

3）平衡重導(dǎo)軌安裝技術(shù)。升船機(jī)塔柱的每個平衡重井內(nèi)安裝工字形、T形軌道各一根，兩根軌道成對使用，確保平衡重組沿軌道面上下運行。其中，工字形軌道有5個導(dǎo)軌面，T形軌道有兩個導(dǎo)軌面，各軌道面相互間定位精度、軌道全長垂直度要求高。施工中關(guān)鍵是控制好軌道面的X、Y軸坐標(biāo)值。由于平衡重軌道與塔柱筒體土建施工同步進(jìn)行，上下立體交叉作業(yè)，相互干擾，安全風(fēng)險大，同時又受塔柱自升式爬模平臺影響，建塔吊鉤無法靠近安裝部位，軌道就位困難，軌道測量只能從平衡重井內(nèi)投點測量，測量難度大。此外平衡重軌道背部設(shè)計有若干排等間距的錨釘，該錨釘與土建一期鋼筋間的中心距非常小（僅75mm），這就要求一期結(jié)構(gòu)鋼筋施工精度必須滿足設(shè)計要求，一旦存在偏差，軌道就無法順利就位。

針對上述難題，參考縱導(dǎo)向?qū)к壈惭b思路，結(jié)合平衡重軌道結(jié)構(gòu)形式及特點，其主要安裝措施如下：a.制作平衡重軌道安裝專用工裝，簡化軌道的調(diào)整與加固。根據(jù)工形軌道和T形軌道的不同結(jié)構(gòu)形式，分別加工制作配套專用工裝。b.提前對軌道安裝部位的一期混凝土及鋼筋進(jìn)行檢查，對個別安裝位置偏差大的鋼筋及時調(diào)整，確保一期鋼筋與設(shè)計位置一致。c.進(jìn)行安裝模擬試驗，提前研究、細(xì)化安裝測量方案。d.每根軌道各設(shè)兩個測量控制點，對每個平衡重井的4個控制點一次測量并相互校核，減小每個井內(nèi)兩條軌道間的測量誤差。每條軌道的兩個測量控制點投射完成后，相互校核其間距，減小投點誤差。e.每個平衡重井內(nèi)的4個控制點、每條軌道的首節(jié)投點均采取施工、監(jiān)理、業(yè)主三方分別獨立測量的方式進(jìn)行，減少人為誤差。f.軌道吊裝過程中最初采用雙吊點配合手拉葫蘆的就位方式，安裝費時且鋼絲繩與自升式模板干擾大。經(jīng)優(yōu)化后改為單繩吊裝，利用2品模板間的空間將軌道順利就位。利用軌道上的工裝連接孔安裝滾輪，建塔吊裝軌道下降就位時，滾輪在墻體上運轉(zhuǎn)，避免了軌道背部栓釘與鋼筋的碰掛。

4.5 升船機(jī)機(jī)電設(shè)備安裝施工技術(shù)

4.5.1 齒條結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝

齒條作為船廂驅(qū)動機(jī)構(gòu)向混凝土塔柱的傳力構(gòu)件，同時兼作船廂的橫向?qū)к?，安裝精度直接關(guān)系著船廂能否順利運行，其施工控制要點如下。

1）4組齒條的同步驅(qū)動控制。齒條共分4套對稱布置，作為船廂驅(qū)動機(jī)構(gòu)向混凝土塔柱的傳力構(gòu)件，安裝中首先要確保4組齒條做到同步驅(qū)動，即在安裝精度上要確保4組齒條相對關(guān)系滿足設(shè)計要求。

2）首節(jié)齒條的安裝精度控制。齒條由齒條部與導(dǎo)軌板組成，處于齒條起始基準(zhǔn)節(jié)的導(dǎo)軌板作為小齒輪托架的定位導(dǎo)向裝置，其安裝質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)齒條部安裝是否滿足精度要求。因此，必須確保4組齒條起始基準(zhǔn)節(jié)的導(dǎo)軌板安裝精度滿足設(shè)計要求。

3）齒條加固強(qiáng)度控制。單節(jié)齒條從安裝到驗收，需經(jīng)過間隙灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉施工兩道工序。為確保安裝質(zhì)量最終滿足技術(shù)要求，在以上兩道工序施工過程中，單節(jié)齒條的加固強(qiáng)度必須確保齒條不發(fā)生位移。

4）測量控制。a.齒條設(shè)備安裝的測控基準(zhǔn)必須采用齒條二期埋件測控基準(zhǔn)。b.由于螺母柱安裝是以齒條安裝為基礎(chǔ)，所以必須嚴(yán)格控制好齒條首節(jié)安裝的質(zhì)量。c.齒條初步調(diào)整與定位。用經(jīng)過檢驗的鋼板尺對齒條的垂直度和距齒條安裝縱、橫向中心距進(jìn)行檢查，使用千斤頂對齒條的位置以及高程進(jìn)行粗調(diào)。初步定位后，利用鉛垂線對齒條垂直度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后采用臨時調(diào)節(jié)螺栓固定。d.齒條精確調(diào)整與定位。利用輔助調(diào)整工裝上的調(diào)節(jié)螺栓對齒條進(jìn)行精確調(diào)整。齒條的安裝高程采用高精度DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀測控。e.使用高精度的工業(yè)全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀等測量設(shè)備和儀器對齒條的鉛垂度、相對于船廂縱橫向中心軸線的距離偏差、齒條反向?qū)к壝媾c船廂室縱向中心線的平行度公差以及4套齒條間相對位置等各項幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整，直至滿足設(shè)計精度控制要求。

5）其余每個節(jié)段齒條安裝調(diào)整方法、測量方法與首節(jié)安裝基本相同，但需控制兩節(jié)齒條齒距偏差，用齒條間的隔板進(jìn)行精確調(diào)整。測量采用帶測桿的大尺寸千分尺。

4.5.2 螺母柱結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝

螺母柱作為船廂運行安全鎖定機(jī)構(gòu)，安裝精度直接關(guān)系著船廂的安全運行。調(diào)整時，必須同時調(diào)整4組螺母柱相對于4組齒條的各段所設(shè)的刻線高程及齒條與螺母柱的軸線位置，以確保在船廂運行過程中，齒輪與螺桿的同步上升。其施工控制要點如下所示。

1）同部位螺母柱與對應(yīng)齒條間、4組螺母柱間的同步控制。螺母柱共分4套對稱布置，作為船廂驅(qū)動安全鎖定機(jī)構(gòu)，安裝中要確保同部位螺母柱與對應(yīng)齒條間、4組螺母柱間的同步控制，即在安裝精度上要同時確保螺母柱與齒條間、螺母柱間的相對關(guān)系滿足設(shè)計要求。

2）螺母柱加固強(qiáng)度控制。單節(jié)螺母柱從安裝到驗收，期間需經(jīng)過間隙灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉施工兩道工序。為確保安裝質(zhì)量最終滿足技術(shù)要求，在以上兩道工序施工過程中，單節(jié)螺母柱的加固強(qiáng)度必須確保螺母柱不發(fā)生超差位移。

3）測量控制。a.螺母柱吊裝。采用TCR1201全站儀在二期埋件上標(biāo)定主要安裝軸線，并初步定位二期埋件。b.螺母柱輔助調(diào)節(jié)裝置安裝。在氣溫（17±3）℃、風(fēng)力小于2級的現(xiàn)場環(huán)境下檢核定位基準(zhǔn)裝置系統(tǒng)。采用電磁波測距垂直高程傳遞法一次性測設(shè)整個高程定位基準(zhǔn)裝置。c.布置安裝線架并進(jìn)行初步調(diào)整。采用懸掛鋼琴線的方式對垂直度進(jìn)行粗略調(diào)整定位。鋼琴線主要使用精密全站儀TCA2003結(jié)合大尺寸千分尺來精確放樣，定位時最大點位中誤差不超過2mm。鋼琴線定位調(diào)校過程中受環(huán)境因素影響大，特別是鋼琴線的擺動誤差與風(fēng)力大小、風(fēng)向、鋼琴線的高度等因素相關(guān)。選擇在最適宜的條件下進(jìn)行鋼琴線定位，各方面影響的綜合誤差可以控制在3mm以內(nèi)。d.螺母柱精確調(diào)整并定位。采用兩條引張線作為安裝基準(zhǔn)，用定位基準(zhǔn)裝置的調(diào)節(jié)螺桿結(jié)合NET05工業(yè)全站儀對螺母柱安裝尺寸進(jìn)行精調(diào)。當(dāng)現(xiàn)場風(fēng)力達(dá)到或超過3級時，停止埋件及螺母柱的調(diào)整、定位與檢測工作。在高度方向以相鄰的同高程齒條為基準(zhǔn)。用DNA03數(shù)字水平儀進(jìn)行測量調(diào)整，螺母柱上每間隔7個螺距所作的標(biāo)記與同高程齒條上的每間隔16個齒所作的標(biāo)記處于同一水平面，其誤差不得超過2mm。

4.6 齒條、螺母柱間隙灌漿施工技術(shù)

根據(jù)齒條、螺母柱埋件結(jié)構(gòu)的要求，在齒條與鋼結(jié)構(gòu)以及螺母柱與鋼結(jié)構(gòu)間留有4 cm縫隙，待齒條、螺母柱安裝完畢后，將縫隙用高強(qiáng)度、高流動性的灌漿材料充填，以滿足齒條、螺母柱所受到的巨大荷載傳遞給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的傳力要求。目前，國內(nèi)外均沒有采用該灌漿材料來實現(xiàn)如此重要結(jié)構(gòu)的結(jié)合和傳力的工程實例，灌漿材料和灌漿縫隙的受力和變形則成為施工研究的關(guān)鍵。

為了確保灌漿質(zhì)量，同時摸索一套合理的施工方法和完整的施工技術(shù)，采取了原型模擬試驗。試驗主要分為4個方面：材料物理性能檢測試驗、材料力學(xué)性能檢測試驗、室內(nèi)模型灌漿試驗和灌漿效果質(zhì)量檢測試驗。

根據(jù)以往接縫灌漿材料的施工經(jīng)驗，主要開展了壓力灌漿法施工技術(shù)的研究。通過在室內(nèi)制作灌漿試驗?zāi)Ｐ停囼炑芯抗酀{材料的流動性、可灌性、擴(kuò)散半徑等基本灌漿參數(shù)，并研究與灌漿材料相適應(yīng)的灌漿施工工藝參數(shù)，選擇出可應(yīng)用到實際工程施工中的合適的制漿設(shè)備和泵送設(shè)備，為現(xiàn)場施工提供合適的灌注工藝參數(shù)。

通過對灌漿材料物理性能和力學(xué)性能指標(biāo)試驗以及灌漿工藝試驗，優(yōu)選推薦出符合三峽升船機(jī)齒條、螺母柱接縫灌漿設(shè)計要求的灌漿材料和合適的灌漿工藝，為三峽升船機(jī)齒條、螺母柱接縫灌漿材料的選擇提供參考，并為灌漿材料施工提供合適的工藝參數(shù)。

4.7 高空大跨度橫梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

三峽升船機(jī)塔柱頂部高程196.00m處的左、右側(cè)由11根跨航槽橫梁和兩個平臺（中控室和觀光平臺）連接。其中7根橫梁單獨布置，兩個平臺部位各有兩根橫梁和兩根縱梁。7根單獨布置的橫梁兩端由基礎(chǔ)梁進(jìn)行連接。橫梁左端設(shè)計有寬槽后澆帶，寬槽后澆帶在橫梁混凝土澆筑完成兩個月后澆筑。跨航槽橫梁的兩端靠塔柱側(cè)設(shè)計成三角形牛腿，梁中部為矩形斷面，縱梁最大尺寸為19.1m×1.5m×7.25m（跨度×寬度×高度），橫梁最大尺寸為25.8m×2m×2.75m×7.15m（跨度×寬度×中部高度×兩側(cè)高度）。橫梁結(jié)構(gòu)立體圖如圖2所示，橫梁結(jié)構(gòu)剖面圖如圖3所示。

圖2 橫梁結(jié)構(gòu)立體圖Fig.2 Stereogram of beam structure

圖3 橫梁結(jié)構(gòu)剖面圖（高程單位為“m”，其余單位為“cm”）Fig.3 Sectionalview of beam structure（the elevation unit is“m”，the restunit is“cm”）

三峽升船機(jī)橫梁結(jié)構(gòu)跨度大，混凝土自重大，對混凝土施工的支撐結(jié)構(gòu)要求高。同時，橫梁結(jié)構(gòu)的施工屬于高空作業(yè)，與齒條、螺母柱、縱導(dǎo)向?qū)к壖岸诼窦惭b、二期混凝土施工部位之間形成多重交叉作業(yè)，施工干擾大，施工過程中存在的安全風(fēng)險較普通梁系施工要高的多。針對上述施工難點，對預(yù)制梁整體吊裝方案、疊合梁方案、鋼構(gòu)梁方案、貝雷架支撐方案進(jìn)行了研究比選，結(jié)合升船機(jī)現(xiàn)場施工設(shè)備及混凝土澆筑手段，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終決定塔柱橫梁梁系采用貝雷架支撐方案進(jìn)行施工。同時，為保證施工安全，在施工過程中嚴(yán)格控制施工程序。為增強(qiáng)塔柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在進(jìn)行橫梁混凝土澆筑前，塔柱平衡重二期混凝土需澆筑至高程168.00m以上，塔柱內(nèi)部縱向聯(lián)系梁后澆帶需澆筑至高程180.00m。而且，為保證高程196.00m平臺橫梁結(jié)構(gòu)混凝土的整體性，全部橫梁結(jié)構(gòu)不分倉一次性澆筑完成。

5 結(jié)語

通過采取以上先進(jìn)的技術(shù)，結(jié)合三峽工程的先進(jìn)管理模式，從技術(shù)攻關(guān)到施工組織等方面圍繞塔柱混凝土施工、金屬結(jié)構(gòu)埋件高精施工進(jìn)行科學(xué)管理、全面優(yōu)化，保證了三峽升船機(jī)塔柱施工順利進(jìn)行，塔柱混凝土質(zhì)量、埋件安裝質(zhì)量均達(dá)到預(yù)期效果，各項指標(biāo)符合設(shè)計要求。

針對三峽升船機(jī)塔柱施工的特點與難點，在施工過程采用了混凝土高精度施工技術(shù)、金屬結(jié)構(gòu)埋件及結(jié)構(gòu)設(shè)備高精度安裝技術(shù)、高空大跨度貝雷架安全施工技術(shù)、薄壁混凝土重載荷預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)、復(fù)雜高位深梁大跨度梁系混凝土現(xiàn)澆施工技術(shù)等一系列的技術(shù)手段。這些新的技術(shù)手段的成功應(yīng)用，不僅保證了三峽升船機(jī)塔柱施工的順利進(jìn)行，同時成功地實現(xiàn)了“混凝土”與“高精”的融合，為高精混凝土的施工打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1] 梁仁強(qiáng)，李 峰.三峽升船機(jī)施工技術(shù)研究與實踐[J].人民長江，2011，42（16）：51-55.

[2] 蘇海東，謝小玲，祁勇峰.三峽升船機(jī)塔柱聯(lián)系梁三維有限元內(nèi)力計算[J].長江科學(xué)院院報，2009，26（1）：38-41.

[3] 鈕新強(qiáng)，覃利明，于慶奎.三峽工程齒輪齒條爬升式升船機(jī)設(shè)計[J].中國工程科學(xué)，2011，13（7）：96-103.

[4] 鈕新強(qiáng).三峽升船機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[5] 郭 彬，金海軍，曹懷志.三峽升船機(jī)關(guān)鍵技術(shù)問題[J].水力發(fā)電，2009，35（12）：79-81.

[6] 楊 紅，李俊波.三峽升船機(jī)船廂室段關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)研究與實踐[J].中國水運，2012，12（11）：221-223.

[7] 張俊松.三峽升船機(jī)齒條、螺母柱一期埋件安裝[J].價值工程，2011，31（30）：41-43.

[8] 王建平，聶本武，李 智.三峽升船機(jī)立體交叉作業(yè)的風(fēng)險控制措施研究[J].安全與環(huán)境工程，2013，20（1）：147-150.