三峽升船機齒條、螺母柱安裝精度控制措施

魏 艷，彭翰林，林 凡

（葛洲壩集團機電建設(shè)有限公司，成都 610091）

1 前言

三峽升船機為齒輪齒條爬升式垂直升船機，其過船規(guī)模為3 000噸級，最大提升高度為113m，是目前世界上技術(shù)難度和規(guī)模最大的升船機[1]。

齒條是船廂驅(qū)動機構(gòu)向混凝土塔柱傳力的構(gòu)件，同時兼作船廂的橫向?qū)к?。齒條共4套，分別布置在4個塔柱電梯井段的垂直壁面上[2]。

螺母柱是升船機安全保證系統(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。螺母柱共4套，對稱布置在4個混凝土塔柱的凹槽內(nèi)，沿塔柱高度方向連續(xù)鋪設(shè)，螺母柱總高度為125.185m，每套螺母柱由相互獨立的兩條柱體組成，兩條柱體對稱布置、成對安裝[3]。

三峽升船機齒條及螺母柱設(shè)備安裝主要難點包括：工程量大，安裝精度要求高，精度檢測和控制難度大，各期安裝精度檢測、調(diào)整較為頻繁，測量控制工作量大、要求嚴，各設(shè)備除了自身各點滿足安裝精度要求外，其個體間各部位還要滿足群體相對總體精度要求。因此，必須采用正確的安裝技術(shù)措施，滿足三峽升船機齒條、螺母柱安裝高精度技術(shù)要求。

2 齒條、螺母柱安裝質(zhì)量標準

齒條相對于螺母柱的位置（高度）對于承船廂驅(qū)動和安全機構(gòu)的可靠性要求非常重要。為了滿足這些重要元件的高精度要求，應(yīng)首先安裝齒條，將齒條作為基準，然后在已安裝的齒條基礎(chǔ)上進行螺母柱的安裝（測量）。

為了在現(xiàn)場施工過程中能夠滿足齒條與螺母柱的相對位置要求，在制造時，需要在沿小齒輪一轉(zhuǎn)的距離上做上標記（標稱尺寸：16×節(jié)距196.875 mm=3 150mm）。為了確定此處已包含的節(jié)距誤差，該標記必須設(shè)置在所測量的齒條的每16個齒的實際節(jié)距的距離上。另外，在所制造的螺母柱的每7齒的實際節(jié)距的距離上需對螺母柱的各段標記（標稱尺寸：7×節(jié)距450mm=3 150mm）。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3 150mm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，齒輪與螺桿能夠同步上升。總之，三峽升船機齒條、螺母柱安裝精度要求與控制標準十分苛刻，遠大于常規(guī)水工鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量標準。

3 齒條、螺母柱安裝技術(shù)措施

3.1 齒條安裝技術(shù)措施

3.1.1 安裝控制要點

齒條作為船廂驅(qū)動機構(gòu)向混凝土塔柱傳力的構(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。其施工控制要點主要包括：控制4組齒條的同步驅(qū)動，控制首節(jié)齒條的安裝精度，控制齒條加固強度，控制安裝采用的測量基準點，控制測量工器具的精度及質(zhì)量。

3.1.2 安裝流程

根據(jù)齒條安裝特點及安裝控制要點，通過對相關(guān)工序研討、原型灌漿模擬試驗及現(xiàn)場實踐，制定了齒條安裝控制性流程，安裝流程如圖1所示。

圖1 齒條安裝流程Fig.1 Installation processof rack

3.1.3 施工準備

1）測量基準點布設(shè)。根據(jù)齒條安裝技術(shù)要求，結(jié)合齒條實際安裝位置及特點，每一套齒條專門布設(shè)了3個可滿足各項技術(shù)要求的、具有代表性的基準點，用于齒條安裝精度控制，齒條測量基準點布設(shè)如圖2所示。

圖2 齒條測量基準點布設(shè)圖Fig.2 Settingmap of datum pointof rackmeasurement

2）齒條基準點精度控制。由專業(yè)測量隊、測量監(jiān)理、水檢中心三方聯(lián)合，在50m底板上局部控制網(wǎng)點SCJ09-1上架設(shè)高精度全站儀（NET05或TS30、TM 30）直接正倒鏡觀測安裝基準點坐標，取其平均值作為最終觀測成果。為確保4套齒條同步驅(qū)動性，必須同時獲取1、2、3、4號筒體齒條的12個安裝基準點坐標，避免因重復(fù)架站帶來的測量誤差，確保相對應(yīng)齒條的相對精度滿足要求。

3）測量工器具準備。利用帶座千分尺（精度0.01mm）測量齒條平面位置，采用高精度全站儀測量絕對高程，采用水準儀測量4組齒條相對高程。

3.1.4 導(dǎo)軌板安裝

1）設(shè)計方案中，首節(jié)導(dǎo)軌板底部高程處于懸空狀態(tài)，首先根據(jù)底部高程安裝好托架，為了便于利用千斤頂進行調(diào)整，使托架頂部高程比設(shè)計起始高程低10.00～20.00mm。同時通過嚴格控制托架高程及水平度確保導(dǎo)軌板的安裝質(zhì)量。

2）導(dǎo)軌板吊裝就位后，首先將高程調(diào)整到位，然后在其上部焊接線架進行測量投點，利用帶座千分尺鋼琴線掛重垂的方法測量基準點，控制調(diào)整導(dǎo)軌板的里程、中心和垂直度等控制尺寸。

導(dǎo)軌板測量采用垂線法進行。每節(jié)齒條吊裝就位后，在其上部焊接線架，采用高精度激光天頂儀進行測量基準點的返點，利用帶座千分尺（精度0.01mm）配合鋼琴線掛重垂的方法控制調(diào)整齒條的里程、中心和垂直度等控制尺寸，同時用框式水平儀進行齒條頂部水平度測量調(diào)整。

3）當(dāng)導(dǎo)軌板安裝尺寸調(diào)整到位后，鎖緊工裝上調(diào)整壓機，擰緊節(jié)間螺栓，加固過程中對導(dǎo)軌板安裝質(zhì)量進行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)在加固過程中各項測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大變化，應(yīng)停止加固，進行重新調(diào)整。

導(dǎo)軌板的調(diào)整加固分析：為了確保經(jīng)過間隙灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉施工二道工序完成后的導(dǎo)軌板安裝質(zhì)量能夠同時滿足技術(shù)要求，必須保證在二道工序施工過程中導(dǎo)軌板不發(fā)生超差位移（確保位移量小于0.2mm）。通過對現(xiàn)場實際安裝工況分析，制定了采用精加工工藝螺桿配合千斤頂進行導(dǎo)軌板調(diào)整固定，同時在導(dǎo)軌板與二期埋件間互相咬合梯齒間焊接輔材進行導(dǎo)軌板增強加固，導(dǎo)軌板調(diào)整固定示意圖如圖3所示。

圖3 導(dǎo)軌板調(diào)整固定示意圖（單位：mm）Fig.3 Schematic diagram of a guide p late fixed ad justment(unit：mm)

齒條導(dǎo)軌板在水流方向通過在二期埋件上焊接工裝，使上、下四角由工裝上4臺5 t壓機進行加固控制。左右岸方向由對應(yīng)每節(jié)齒條相同數(shù)量的高強螺栓安裝位置分布的M 30調(diào)節(jié)螺桿進行加固控制。

施工中利用精加工工藝螺桿配合千斤頂進行齒條安裝調(diào)整，可以高效率、高質(zhì)量的完成安裝。同時有效的保證了加固牢固性，確保了整體安裝質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求。

4）導(dǎo)軌板完成調(diào)整、通過加固驗收及測量驗收后轉(zhuǎn)入立模及灌漿工序。灌漿工序完成，待漿液完全凝固后轉(zhuǎn)入預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉工序。

灌漿、張拉過程中利用百分表對導(dǎo)軌板進行變形監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大變化時（大于0.2 mm），暫停灌漿，進行現(xiàn)場檢查處理，完成處理后繼續(xù)進行灌漿。

5）以首先完成安裝的導(dǎo)軌板最終驗收結(jié)果為定位基準，進行剩余3個筒體導(dǎo)軌板安裝。調(diào)整時，首先確保4套齒條相對高程滿足設(shè)計要求，然后對4套導(dǎo)軌板間相對位置等各項幾何尺寸進行調(diào)整，最終使所有尺寸滿足設(shè)計要求。

3.1.5 齒條安裝

齒條安裝調(diào)整步驟、方法、測量手段、固定措施與首節(jié)導(dǎo)軌板安裝基本相同，因技術(shù)要求不同，需增加以下內(nèi)容。

1）每節(jié)齒條安裝時，調(diào)整過程中必須保證4個筒體齒條標記（3 150±0.1）mm在同一高程，高程差不能超過±1mm。

2）兩節(jié)齒條間的間距用專用測量工具（量棒）進行齒距測量，確保相鄰齒條節(jié)間齒距及極限偏差達到（196.875±0.1）mm的要求。

3）加固強度控制：通過對稱布置在齒條兩側(cè)的6塊節(jié)間連接板控制相鄰兩節(jié)齒條間的固定。通過連接板的加固，單節(jié)齒條在灌漿過程中不需針對性進行底部加固增強，即可滿足施工需要。

3.2 螺母柱安裝技術(shù)措施

3.2.1 安裝控制要點

螺母柱作為船廂運行安全鎖定機構(gòu)，安裝精度直接關(guān)系著船廂安全性，其施工控制要點主要包括：控制同部位螺母柱與對應(yīng)齒條間、4組螺母柱間的同步，控制螺母柱加固強度，控制安裝采用的測量基準點，控制測量工器具的精度及質(zhì)量，控制螺母柱安裝關(guān)鍵尺寸。

3.2.2 安裝流程

根據(jù)螺母柱安裝特點及安裝控制要點，通過對相關(guān)工序研討、原型灌漿模擬試驗及現(xiàn)場實踐，制定了螺母柱安裝控制性流程，安裝流程圖如圖4所示。

圖4 螺母柱安裝工藝流程Fig.4 Installation processof nuts column

3.2.3 施工準備

1）測量基準點布設(shè)位置。根據(jù)螺母柱安裝技術(shù)要求，結(jié)合螺母柱實際安裝位置及特點，每一片螺母柱專門布設(shè)了3個可滿足各項技術(shù)要求的、具有代表性的基準點，用于螺母柱安裝精度控制，基準點布設(shè)如圖5所示。

圖5 螺母柱測量基準點布設(shè)圖Fig.5 Settingmap of datum pointofnut colum nmeasurement

2）螺母柱基準點精度控制。由專業(yè)測量隊、測量監(jiān)理、水檢中心三方聯(lián)合，在50m底板上局部控制網(wǎng)點SCJ09-1上架設(shè)高精度全站儀（NET05或TS30、TM 30）直接正倒鏡觀測安裝基準點坐標，取其平均值作為最終觀測成果，測量時1、2、3、4號筒體螺母柱的24個安裝基準點坐標必須同時獲取，避免重復(fù)架站帶來的測量誤差。同時為確保螺母柱與齒條相對關(guān)系，螺母柱測量基準點測放時應(yīng)以齒條基準點為基準。

3）測量工器具準備。螺母柱平面位置測量主要工器具利用帶座千分尺、內(nèi)徑千分尺（精度0.01mm）。絕對高程測量采用高精度全站儀，相對高程測量采用水準儀。同一套兩片螺母柱間相互高程差采用高精度鋼隔板、橋尺及框式水平儀。測量工器具在投入使用前，必須通過專業(yè)檢測機構(gòu)的質(zhì)量合格及精度校核檢驗。

3.2.4 首節(jié)螺母柱安裝

1）首節(jié)螺母柱底部高程處于懸空狀態(tài)，安裝前根據(jù)底部高程首先安裝好托架，為確保底部高程安裝質(zhì)量，使托架頂部高程比設(shè)計起始高程低10～20mm，以便利用千斤頂進行調(diào)整。安裝過程中嚴格控制托架高程及水平度。

2）首節(jié)螺母柱吊裝就位后，首先將帶高程刻劃線的一片螺母柱高程調(diào)整到位。然后在其上部焊接線架進行測量投點，以同部位齒條安裝質(zhì)量為定位基準，利用帶座千分尺鋼琴線掛重垂的方法測量基準點控制調(diào)整螺母柱的里程、中心和垂直度等控制尺寸。

單片螺母柱測量采用垂線法進行。每節(jié)螺母柱吊裝就位后，在其上部焊接線架，采用高精度激光天頂儀進行測量基準點的返點，利用帶座千分尺（精度0.01mm）配合鋼琴線掛重垂的方法控制調(diào)整螺母柱的里程、中心和垂直度等控制尺寸，同時用框式水平儀進行單片螺母柱頂部水平度測量調(diào)整。

3）當(dāng)單片螺母柱安裝尺寸調(diào)整到位后，鎖緊工裝上調(diào)整壓機，擰緊節(jié)間螺栓，加固過程中對螺母柱安裝質(zhì)量進行監(jiān)控，若各項測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大變化，則停止加固并進行重新調(diào)整。

螺母柱的調(diào)整加固分析：單節(jié)螺母柱長為4.95m，重約24 t，螺母柱安裝完成后，為確保經(jīng)過間隙灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉施工兩道工序完成后的安裝質(zhì)量同時滿足技術(shù)要求，則必須保證在兩道工序施工過程中螺母柱不發(fā)生超差位移（確保位移量小于0.2mm）。通過對現(xiàn)場實際安裝工況分析，制定了采用精加工工藝螺桿配合千斤頂進行螺母柱調(diào)整固定。螺母柱調(diào)整固定示意圖見圖6。

螺母柱在左右岸方向通過在二期埋件上焊接工裝，使上、下四角由工裝上4臺5 t壓機進行加固控制。上、下游方向由16根對應(yīng)高強螺栓安裝位置分布的M 30調(diào)節(jié)螺桿進行加固控制。16根螺桿點、面受力可以滿足灌漿過程中左右岸方向承力需求。此外，在同一組兩片螺母柱的上、下四角對稱面上，利用10 t壓機及Ⅰ16工字鋼進行間距支撐，控制兩片螺母柱使螺母柱在灌漿過程中產(chǎn)生的位移趨勢相同，確保兩片螺母柱相對間距在灌漿過程中不會產(chǎn)生變化。

施工中利用精加工工藝螺桿配合千斤頂進行螺母柱安裝調(diào)整，可以高效率高質(zhì)量的完成安裝。同時有效的保證了加固牢固性，確保了整體安裝質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求。

圖6 螺母柱調(diào)整固定示意圖Fig.6 Schematic diagram of nut column ad just the fixed

4）一套兩片螺母柱調(diào)整：螺母柱調(diào)整時，先將帶高程刻劃線的一片螺母柱調(diào)整到位，然后通過調(diào)整兩片螺母柱間關(guān)鍵性控制尺寸，將另一片螺母柱調(diào)整到位。在另一片螺母柱完成調(diào)整同時，一套螺母柱亦完成整體調(diào)整。

5）螺母柱完成成對調(diào)整、通過加固驗收及測量驗收后可轉(zhuǎn)入立模及灌漿工序。灌漿工序完成，待漿液完全凝固后可轉(zhuǎn)入預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉工序。灌漿、張拉過程中利用百分表對螺母柱位移進行變化監(jiān)控。

6）以相同部位首先完成安裝的齒條最終驗收結(jié)果為定位基準，進行該部位螺母柱調(diào)整安裝。調(diào)整時應(yīng)首先確保相同部位的螺母柱與齒條相對關(guān)系滿足設(shè)計要求，然后確保所要調(diào)整的螺母柱與先完成安裝的首節(jié)螺母柱相對關(guān)系滿足設(shè)計要求，最終確保螺母柱與齒條、螺母柱與螺母柱間相互關(guān)系同時滿足設(shè)計要求。

3.2.5 其余節(jié)段螺母柱安裝

其余節(jié)段螺母柱安裝調(diào)整步驟、方法、測量手段、固定措施與首節(jié)螺母柱安裝基本相同，因新增技術(shù)要求，增加控制以下內(nèi)容。

1）每節(jié)螺母柱安裝時，調(diào)整過程中保證4個筒體螺母柱與齒條、螺母柱與螺母柱間高程刻劃線標記（3 150±0.1）mm在同一高程，高程差不能超過±1mm。

2）螺母柱節(jié)間的間距用隔板進行精確調(diào)整。因現(xiàn)場螺距無法直接采用測量得出，安裝時用游標卡尺對廠家在螺母柱節(jié)間預(yù)留刻畫線進行測量，將測量結(jié)果與廠家提供的廠內(nèi)裝配數(shù)據(jù)進行對比，使節(jié)間間距與廠內(nèi)的裝配數(shù)據(jù)一致，從而滿足相鄰螺母柱節(jié)間螺距極限偏差達到（450±0.5）mm的要求。

3）加固強度控制：通過對稱布置在兩側(cè)的6塊節(jié)間連接板控制相鄰兩節(jié)螺母柱間的固定。通過連接板的加固，單節(jié)螺母柱在灌漿過程中不需針對性地進行加固增強，即可滿足施工需要。

4 結(jié)語

在大型垂直齒輪齒爬式升船機中，大型金屬結(jié)構(gòu)齒條、螺母柱的安裝具有單件重量重、技術(shù)要求高、施工環(huán)境復(fù)雜、綜合難度大等突出特點。本文從齒條、螺母柱安裝特點、技術(shù)要點控制角度出發(fā)，建立了齒條和螺母柱的安裝施工程序，提出了齒條與螺母柱基準點精度控制的方法，開發(fā)了導(dǎo)軌板、齒條、螺母柱等安裝加固措施。經(jīng)實踐證明，三峽升船機齒條螺母柱安裝過程中采用的一系列精度控制措施能夠很好滿足齒條、螺母柱安裝需要，在其他類似工程施工過程中，可提供有益的借鑒。

[1] 鄭守仁.三峽工程設(shè)計重大技術(shù)問題綜述[C]//三峽工程設(shè)計論文集.北京：中國水利水電出版社，2003，8：3-14．

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

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