三峽升船機(jī)高精度金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝技術(shù)

衛(wèi)書滿，張為明，李辰治

（葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，成都 610091）

1 前言

三峽升船機(jī)具有提升高度大、提升質(zhì)量大、上游通航水位變幅大和下游水位變化速率快的特點(diǎn)，是目前世界上技術(shù)難度最復(fù)雜和規(guī)模最大的升船機(jī)[1]。船廂室段關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)的安裝是三峽升船機(jī)主體工程土建標(biāo)段施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。金屬結(jié)構(gòu)埋件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大型埋件布置在薄壁混凝土筒體上，具有施工場(chǎng)地狹窄、安裝精度和質(zhì)量要求高及與土建施工關(guān)系緊密的特點(diǎn)[2]。

2 金屬結(jié)構(gòu)埋件簡(jiǎn)介

2.1 一期埋件

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[3]。預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過(guò)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(guò)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，齒條和螺母柱一期埋件（PVC套管）安裝位置的精度要求比其他金屬結(jié)構(gòu)一期埋件高得多，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(duì)象進(jìn)行施工控制。

2.2 二期埋件

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(diǎn)。

1）平衡重軌道。平衡重分成16組，對(duì)稱布置在船廂兩側(cè)的混凝土塔柱結(jié)構(gòu)內(nèi)，沿鋪設(shè)在每個(gè)平衡重井上、下游墻壁上的兩條軌道升降。其中一條軌道為T形，導(dǎo)軌面板設(shè)在腹板兩側(cè)，僅對(duì)平衡重組進(jìn)行橫向?qū)?；另一條軌道為工字形，腹板和上翼板的兩側(cè)均設(shè)有導(dǎo)軌面板，對(duì)平衡重組同時(shí)進(jìn)行橫向和縱向?qū)颉?/p>

2）縱導(dǎo)向軌道。船廂升降過(guò)程中由縱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)實(shí)施縱向?qū)?，兩套縱向?qū)к墝?duì)稱布置在船廂室中部?jī)蓚?cè)的混凝土承重墻的端部，縱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)同時(shí)具有導(dǎo)向、頂緊和地震緩沖的功能。

3）齒條二期埋件。三峽升船機(jī)齒條二期埋件為Π形鋼架結(jié)構(gòu)。Π形鋼架結(jié)構(gòu)及其配套件包括Π形鋼架結(jié)構(gòu)、連接螺栓組件，以及各節(jié)Π形鋼架結(jié)構(gòu)之間的鋼隔板和墊板。Π形鋼架結(jié)構(gòu)的兩腹板內(nèi)側(cè)焊有U形扁鋼，腹板外側(cè)與前后翼緣板之間焊有加勁板，前端翼緣板內(nèi)表面焊有兩列、16排焊釘，外表面焊有兩列、17排凸齒，安裝時(shí)該凸齒與齒條底板的凸齒交錯(cuò)相嵌。

4）螺母柱二期埋件。螺母柱是升船機(jī)安全保證系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，用于在承船廂超載的情況下向塔柱傳遞事故載荷[4]。三峽升船機(jī)螺母柱及其二期埋件共4套，由螺母柱、二期埋件（即工字形組合鋼架）、高強(qiáng)螺栓組件和預(yù)應(yīng)力錨栓組件等零部件組成，對(duì)稱安裝在4個(gè)塔柱的凹槽內(nèi)。

3 一期埋件（齒條、螺母柱PVC套管）安裝技術(shù)

3.1 一期埋件安裝精度要求

一期埋件預(yù)應(yīng)力鋼筋套管具有質(zhì)量輕、安裝精度高的特點(diǎn)，其埋設(shè)位置需在圖紙所標(biāo)示的設(shè)計(jì)位置的基礎(chǔ)上，考慮一期混凝土的蠕變和收縮后確定。根據(jù)設(shè)計(jì)及安裝質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，澆筑混凝土前PVC套管的位置偏差應(yīng)滿足以下規(guī)定。a.套管的高程水平位置偏差均不大于±4mm。b.同一根套管兩端管口中心的高度差不大于±1mm。c.同一列套管同側(cè)端口中心的相對(duì)位置偏差不大于±3mm，同一行套管同側(cè)端口中心的相對(duì)位置偏差不大于±2mm。一期混凝土澆筑后，PVC套管的位置偏差不大于±5mm。

3.2 一期埋件安裝定位技術(shù)

3.2.1 原型試驗(yàn)

為摸索定位鋼架的安裝加固、混凝土澆筑以及測(cè)量等工序之間的相互配合關(guān)系，摸清備倉(cāng)、澆筑等工序及外界其他因素對(duì)PVC套管變位的影響并驗(yàn)證控制措施，施工單位組織在三峽右岸高家溪金屬結(jié)構(gòu)安裝制造廠內(nèi)進(jìn)行齒條PVC套管安裝及混凝土澆筑1∶1原型模擬試驗(yàn)。全程跟蹤試驗(yàn)倉(cāng)PVC套管安裝施工過(guò)程并分析測(cè)量結(jié)果。分析結(jié)果表明，試驗(yàn)倉(cāng)現(xiàn)采用的PVC套管的安裝方法完全可以保證PVC套管的安裝精度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 一期埋件安裝施工程序

經(jīng)過(guò)原型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，確定施工程序如下：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→鋼架制作并轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)→鋼架吊裝→鋼架調(diào)整→固定鋼架→鋼筋綁扎→安裝套管→套管初調(diào)→鋼筋綁扎、調(diào)整→鋼筋工序驗(yàn)收→套管精調(diào)→套管加固驗(yàn)收→套管測(cè)量驗(yàn)收→管口封堵→立模→澆筑一期混凝土→拆除模板→復(fù)測(cè)。

3.2.3 輔助定位鋼架及PVC套管安裝

為確保埋件安裝精度，并保證埋件在混凝土澆筑過(guò)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(guò)±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)，定位鋼架如圖1所示。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(chǎng)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(dú)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(guò)程中的位移。在PVC套管調(diào)整過(guò)程中，每次調(diào)整前都利用測(cè)量?jī)x進(jìn)行線垂垂掛基準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)，然后通過(guò)線垂對(duì)PVC套管進(jìn)行調(diào)整，半個(gè)工作日內(nèi)就可以順利完成每倉(cāng)的PVC套管精調(diào)加固及最終驗(yàn)收，極大提高了工作效率。同時(shí)因?yàn)槊苛刑坠芫酝桓€垂為基準(zhǔn)，這樣調(diào)整完成的每列PVC套管其安裝偏差基本都保持在一個(gè)變化趨勢(shì)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精度要求。

圖1 定位鋼架示意圖Fig.1 Schematic diagram of positioning steel

4 二期埋件安裝技術(shù)

4.1 平衡重軌道安裝

4.1.1 安裝施工作業(yè)特點(diǎn)

1）升船機(jī)塔柱的每個(gè)平衡重井內(nèi)安裝工字形、T形軌道各1根，兩根軌道成對(duì)使用，確保平衡重組沿軌道面上下運(yùn)行。其中，工字形軌道有5個(gè)導(dǎo)軌面，T形軌道有兩個(gè)導(dǎo)軌面。各軌道面相互間定位精度高，軌道全長(zhǎng)垂直度要求高。施工中關(guān)鍵是控制好軌道面的X、Y坐標(biāo)值。

2）平衡重軌道與筒體土建施工同時(shí)進(jìn)行，施工期間交叉作業(yè)干擾大，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）平衡重軌道背部栓釘與土建一期鋼筋間的間距小，栓釘中心與鋼筋中心距離僅75mm，一期鋼筋施工質(zhì)量難度較大，一旦存在偏差，軌道就無(wú)法順利就位。

4）受塔柱自升式爬模平臺(tái)影響，吊裝設(shè)備（建塔）鋼絲繩與其存在干擾，軌道就位困難。

4.1.2 安裝技術(shù)

1）制作平衡重軌道安裝專用工裝，簡(jiǎn)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。

2）提前對(duì)軌道安裝部位的一期混凝土及鋼筋進(jìn)行檢查，對(duì)個(gè)別安裝位置偏差大的鋼筋及時(shí)調(diào)整，確保一期鋼筋與設(shè)計(jì)位置一致。

3）進(jìn)行安裝模擬試驗(yàn)，提前研究、細(xì)化安裝測(cè)量方案。

4）每根軌道各設(shè)兩個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)，對(duì)每個(gè)平衡重井的4個(gè)控制點(diǎn)一次測(cè)量并相互校核，減小每個(gè)井內(nèi)兩條軌道間的測(cè)量誤差。每條軌道的兩個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)投射完成后，相互校核其間距，減小投點(diǎn)誤差。

5）每個(gè)平衡重井內(nèi)的4個(gè)控制點(diǎn)和每條軌道的首節(jié)投點(diǎn)均采取施工、監(jiān)理、業(yè)主三方分別獨(dú)立測(cè)量的方式進(jìn)行，減小人為誤差。

6）軌道吊裝過(guò)程中最初采用雙吊點(diǎn)配合手拉葫蘆的就位方式。這種方式安裝費(fèi)時(shí)，而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榀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(shí)，滾輪在墻體上運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了軌道背部栓釘與鋼筋的碰掛。

4.2 縱導(dǎo)向軌道安裝

4.2.1 安裝施工作業(yè)特點(diǎn)

1）縱導(dǎo)向?qū)к壎诼窦裆顪\，空間狹小，無(wú)法使用傳統(tǒng)的內(nèi)置安裝調(diào)整、固定裝置，固定焊接施工難度大。

2）導(dǎo)軌安裝單元尺寸較大而剛度較小，吊裝、運(yùn)輸易引起變形。另外，因其工作表面尺寸較大，澆筑二期混凝土?xí)r，會(huì)受到較大的向外推力，從而可能引起導(dǎo)軌移位。

3）安裝精度要求高，外露表面高且寬，均按工作面的高精度要求控制，在工程實(shí)例中實(shí)屬罕見，施工難度很大。

4.2.2 安裝技術(shù)

1）升船機(jī)船廂縱導(dǎo)向?qū)к壈惭b高度高、安裝空間狹小、結(jié)構(gòu)剛度小且總體安裝精度高。目前，國(guó)內(nèi)尚未有合適的安裝設(shè)備。國(guó)外通常采用大型精密機(jī)床加工的具有液壓伸縮調(diào)整功能的安裝工裝設(shè)備，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、造價(jià)高且施工難度大。對(duì)于總安裝高度達(dá)120m以上的船廂縱導(dǎo)向?qū)к壎?，傳統(tǒng)安裝方法無(wú)法很好地解決因結(jié)構(gòu)剛度小而引起的變形問(wèn)題，難以滿足高精度的安裝技術(shù)要求以及總體施工進(jìn)度需要。因此設(shè)計(jì)了一種適合安裝高度高、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(dòng)和定位，可以滿足三峽升船機(jī)安裝進(jìn)度質(zhì)量要求，定位調(diào)整工裝如圖2所示。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(shí)，首先將導(dǎo)軌板通過(guò)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，以便于軌道運(yùn)輸、吊裝及調(diào)整。最后通過(guò)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。

采用合適剛度的內(nèi)置鋼架用于導(dǎo)軌安裝單元的預(yù)組裝，不僅能夠保證導(dǎo)軌工作面的平面度達(dá)到精度要求，并且可以避免運(yùn)輸與吊裝可能產(chǎn)生的變形。多層設(shè)置的專用長(zhǎng)螺栓調(diào)節(jié)組件通過(guò)大剛度的外置鋼架能滿足導(dǎo)軌安裝高精度調(diào)整的要求。

圖2 定位調(diào)整工裝布置圖Fig.2 The layoutof positioning ad justment tooling

2）提前對(duì)軌道安裝部位的一期混凝土及鋼筋進(jìn)行檢查、調(diào)整，確保一期鋼筋與設(shè)計(jì)位置一致。

3）控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)，對(duì)4條軌道的8個(gè)控制點(diǎn)一次測(cè)量并相互校核，減小系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。每條軌道的兩個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)投射完成后，相互校核其間距，降低投點(diǎn)誤差。

4）8個(gè)控制點(diǎn)和每條軌道的首節(jié)投點(diǎn)均采取施工、監(jiān)理、業(yè)主三方分別獨(dú)立測(cè)量的方式進(jìn)行，減小人為誤差。

5）采用多種方法測(cè)量首節(jié)軌道，并相互驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果。除采用控制點(diǎn)掛線測(cè)量外，還采用全站儀直接對(duì)4條軌道的內(nèi)側(cè)坐標(biāo)和上、下游軌道間距進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證復(fù)核。通過(guò)首節(jié)安裝測(cè)量結(jié)果，及時(shí)改進(jìn)工裝設(shè)計(jì)。

6）二期混凝土澆筑過(guò)程中，合理控制澆筑速度，并采用百分表對(duì)軌道面進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止?jié)仓?/p>

7）在混凝土澆筑后及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)混凝土澆筑前和澆筑后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

4.3 齒條、螺母柱二期埋件安裝

4.3.1 安裝作業(yè)特點(diǎn)

1）安裝精度要求高，高程方向始終以首節(jié)下端面為定位基準(zhǔn)，4個(gè)安裝部位的最底節(jié)埋件高程相對(duì)差不大于1mm。埋件垂直度要求高，全長(zhǎng)垂直度變化不大于5mm。

2）一期鋼筋與二期埋件存在較大干擾，尤其是首節(jié)底部豎向鋼筋與鋼架在理論位置上存在干涉。

4.3.2 安裝技術(shù)

1）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)行可靠加固。

2）提前對(duì)埋件安裝部位的一期鋼筋進(jìn)行檢查，對(duì)個(gè)別鋼筋及時(shí)調(diào)整，確保一期鋼筋與設(shè)計(jì)位置一致。安裝前對(duì)存在干涉的豎向鋼筋進(jìn)行切割處理。

3）控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)，對(duì)4根齒條埋件的12個(gè)控制點(diǎn)和4套螺母柱埋件的24個(gè)控制點(diǎn)一次測(cè)量并相互校核，減小系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。每根齒條、螺母柱埋件的3個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)投射完成后，相互校核其間距，降低投點(diǎn)誤差。

4）對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)和埋件首節(jié)投點(diǎn)均采取施工、監(jiān)理、業(yè)主三方分別獨(dú)立測(cè)量的方式進(jìn)行，減小人為誤差。

5）二期混凝土澆筑過(guò)程中，合理控制澆筑速度，并采用百分表對(duì)埋件表面進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止?jié)仓?/p>

6）齒條和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(duì)差不大于1 mm，其余埋件均以下端面為基準(zhǔn)測(cè)量。因此在調(diào)整時(shí)，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和垂直度偏差。高程方向需考慮環(huán)境溫度變化帶來(lái)的埋件尺寸變化，高程測(cè)量時(shí)需準(zhǔn)確記錄環(huán)境溫度，并轉(zhuǎn)換為17℃時(shí)的高程值。

7）二期埋件調(diào)整定位后，應(yīng)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(huì)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。

5 金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝實(shí)施效果

2010年7月至2012年12月，三峽升船機(jī)完成了全部一期埋件、平衡重軌道和縱導(dǎo)向?qū)к壈惭b，齒條二期埋件完成14層，螺母柱二期埋件完成11層，安裝質(zhì)量及混凝土澆筑后復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)全部滿足技術(shù)要求，為后續(xù)設(shè)備優(yōu)質(zhì)安裝奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合三峽升船機(jī)埋件安裝工程實(shí)踐，并針對(duì)一期埋件與二期埋件的不同特點(diǎn)，有針對(duì)性地提出了適用于不同結(jié)構(gòu)高精度安裝的多種施工方案，并在三峽工程中得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)升船機(jī)高精度埋件安裝技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)總結(jié)，建立了高精度、復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的金屬結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)體系，解決了施工過(guò)程中埋件變形控制、快速高精度調(diào)整定位、高精度測(cè)量保障等技術(shù)難題。這必將為類似升船機(jī)埋件安裝提供有益經(jīng)驗(yàn)，值得其他工程借鑒。

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

[2] 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(shí)踐[J].中國(guó)水運(yùn)，2012，12（11）：221-223.

[3] 張俊松.三峽升船機(jī)齒條、螺母柱一期埋件安裝[J].價(jià)值工程，2011（31）：41-42.

[4] 王宗祿，李俊波，楊 紅，等.三峽升船機(jī)齒條及螺母柱安裝方案研究與實(shí)施[J].中華民居，2012（10）：218-219.