向家壩水電站沖沙孔檢修閘門(mén)吊裝優(yōu)化施工

劉紅德

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，云南 昆明 650224）

1 工程概況

向家壩水電站位于云南省水富縣和四川省宜賓縣交界的金沙江下游河段上，是金沙江水電基地最后一級(jí)電站。該工程施工導(dǎo)流底孔上部布置一條沖沙孔，沖沙孔進(jìn)口段設(shè)有擋水檢修閘門(mén)和事故閘門(mén)，出口段設(shè)有一扇工作閘門(mén)。進(jìn)口擋水檢修閘門(mén)為反鉤疊梁平面滑動(dòng)閘門(mén)，有5節(jié)門(mén)葉，各節(jié)門(mén)葉之間均采用焊接連接，頂節(jié)設(shè)有充水閥。該閘門(mén)總重342．6 t，是用于二期發(fā)電期間的擋水，設(shè)計(jì)入槽手段是，在該部位形成的混凝土排架上布置6 500 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)，進(jìn)行吊裝就位。

在施過(guò)程中，壩頂384．0高程部位的混凝土排架一直未形成，致使正常啟閉閘門(mén)入槽的6 500 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)不能如期安裝，造成現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度與業(yè)主要求的發(fā)電目標(biāo)相沖突。因此，如何充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件，在不具備卷?yè)P(yáng)機(jī)的情況下完成檢修閘門(mén)的下閘工作，是項(xiàng)目部所有施工人員急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

2 檢修閘門(mén)下閘方案的優(yōu)化施工

為了滿足該壩段混凝土排架的施工要求，順利完成下閘工作，實(shí)施檢修閘門(mén)的擋水條件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件與設(shè)備狀況，決定采用兩臺(tái)300 t的履帶吊及平衡梁進(jìn)行下閘。

2．1 起重設(shè)備300 t履帶吊的站位與分布優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，沖沙孔壩段最前端為檢修閘門(mén)，同一軸線下游為事故閘門(mén)，檢修閘門(mén)頂部384．0 m高程處設(shè)置有混凝土排架，門(mén)槽兩側(cè)均設(shè)置有排架立柱。

單臺(tái)履帶吊吊重為300 t，回轉(zhuǎn)半徑為5．0 m。檢修閘門(mén)及拉桿裝置總重約340 t，因此，用兩臺(tái)300 t的履帶吊車(chē)吊裝?？紤]到施工安全系數(shù)，每臺(tái)履帶吊分擔(dān)的起吊重量為190 t。根據(jù)吊車(chē)起吊工況，需使用主臂長(zhǎng)24 m，起吊半徑10 m，最大起吊量不小于190 t的300 t履帶吊。如圖1所示，2臺(tái)履帶分別站位于門(mén)槽兩側(cè)，其端部相距11 m，距離門(mén)槽中心6 m，并使門(mén)槽中心與閘門(mén)兩則吊耳中心均在起重臂的覆蓋范圍內(nèi)。

2．2 排架立柱主筋的安裝優(yōu)化

300 t履帶吊起吊時(shí)，其端部履帶壓迫立柱主筋。為了不影響吊車(chē)的起吊工況，采用如下的施工措施：（1）將壓迫部位處的主筋預(yù)留300 mm，然后全部割斷，并保證對(duì)接處接縫錯(cuò)位；（2）在履帶吊起站位處及主筋壓迫處，先填入400 mm厚的沙子，并進(jìn)行壓實(shí)處理；（3）施工完成后，鏟除沙子，采用套筒機(jī)械連接主筋與割斷處的主筋，并檢查連接強(qiáng)度。

2．3 下閘平衡梁的設(shè)計(jì)與制作

門(mén)葉為單吊點(diǎn)，利用2臺(tái)履帶吊進(jìn)行抬吊施工，就必須有一副與起吊噸位相對(duì)應(yīng)的平衡梁。平衡梁的設(shè)計(jì)原則為：（1）平衡梁的兩個(gè)起吊點(diǎn)滿足2副起重臂互不干擾；（2）平衡梁吊點(diǎn)與門(mén)葉連接處吊點(diǎn)的強(qiáng)度必須滿足要求；（3）平衡梁本身滿足一定的穩(wěn)定性要求。根據(jù)這一原則，該工程設(shè)計(jì)的平衡梁如圖2所示。

在使用前，需對(duì)平衡梁進(jìn)行強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算。

（1）平衡梁吊耳焊縫強(qiáng)度計(jì)算。

閘門(mén)自重336．643 t，考慮其他因素，按照400 t進(jìn)行校核。閘門(mén)的重量由兩個(gè)吊耳板承受，單個(gè)吊耳板承受重量為200 t。吊耳板采用30 mm厚的Q345鋼板。它與平衡梁采用開(kāi)雙面坡口溶透焊接（清根）。每個(gè)吊耳板有兩條焊縫與平衡梁連接，單條焊縫承受重量為100 t。

圖1 采用2臺(tái)300 t吊車(chē)安裝檢修閘門(mén)示意圖Fig.1 Installing bulkhead gate by two 300 t cranes

圖2 檢修閘門(mén)下閘平衡梁設(shè)計(jì)圖Fig.2 Design of equalizing beam of bulkhead gate

焊縫只受到剪應(yīng)力的作用，其計(jì)算式［1］為

式中：τ為焊縫受的剪應(yīng)力，N／㎜2；F為焊縫承受的作用力，即單條焊縫承受重量，F(xiàn)≈106N；S為焊縫的截面積，S＝焊縫寬度 （H）×焊縫有效長(zhǎng)度 （L）＝30×780＝23 400 mm2。

經(jīng)計(jì)算，τ＝42．73 N／㎜2。 板厚為 30 mm 的Q345焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fτ＝170 N／㎜2＞τ。 所以，平衡梁吊耳焊縫強(qiáng)度滿足要求。

（2）孔壁承壓計(jì)算［2］。

孔壁承受的壓應(yīng)力計(jì)算式為

式中：σcj為孔壁承受的壓應(yīng)力，Pa；G為每個(gè)孔所承受的載荷，約106 N；d為孔直徑，140 mm；δ為板厚，δ＝90 mm，兩側(cè)設(shè)有30 mm厚的補(bǔ)強(qiáng)板。

經(jīng)計(jì)算，σcj＝79．356 MPa。 Q345 鋼板容許局部緊接承壓應(yīng)力［σcj］＝110 MPa＞σcj。所以，孔壁的抗壓強(qiáng)度滿足要求。

（3）孔壁抗拉應(yīng)力計(jì)算［3］。

孔壁抗拉應(yīng)力計(jì)算式為

式中：R為孔上方寬度，150 mm；r為孔半徑，70 mm。

經(jīng)計(jì)算，σk＝148．79 MPa。 孔壁抗拉允許應(yīng)力［σk］＝170 N／mm2＞σk。 所以，孔壁的抗拉強(qiáng)度滿足要求。

（4）平衡梁強(qiáng)度校核［1～3］

按照中心集中荷載計(jì)算平衡梁受力，平衡梁所受最大彎矩在梁中間位置，Mmax＝G×L／2＝1．2×107N·m；最大剪力 Vmax＝G／2＝2×106N。

平衡梁截面特性為：截面積A＝143 600 mm2，慣性 矩 Ix＝2．49 ×1010， 回 轉(zhuǎn) 半 徑 ix＝415．4883、iy＝370．7042，截面模量 Wx＝4．7×107，Q345（30 mm 厚）鋼抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f＝295 N／mm2、 抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fτ＝170 N／mm2，半截面面積矩 Sx＝2．4×107mm2，截面塑性發(fā)展系數(shù) γx取 1．05。

平衡梁的抗彎強(qiáng)度計(jì)算式為 σ＝Mmax／（Wx×γx）＝243．16 N ／mm2＜f＝295 N ／mm2；抗剪強(qiáng)度計(jì)算式為 στ＝VmaxSx／Ixtw＝64．257 N ／mm2＜fτ＝170 N ／mm2。

綜上所述，平衡梁強(qiáng)度滿足要求，制作時(shí)，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行外觀檢測(cè)與內(nèi)部檢查，以滿足300 t吊車(chē)的起重要求。

2．4 檢修閘門(mén)安裝施工

沖沙孔檢修閘門(mén)按照正常施工工序完成閘門(mén)拼裝后，實(shí)施如下施工工序，保證閘門(mén)的順利下閘施工。（1）將閘門(mén)拉桿處的鎖定裝置安裝到位，保證屆時(shí)拉桿的鎖定，同時(shí)，用30 t纜機(jī)配合提升已安裝的拉桿。（2）閘門(mén)充水閥處連接一節(jié)拉桿，拉桿另一端與平衡梁吊耳連接，兩臺(tái)300 t吊車(chē)提升閘門(mén)，移除鎖定梁，下放閘門(mén)；（3）閘門(mén)下放至拉桿鎖定位置時(shí)，平移鎖定梁，將拉桿與閘門(mén)鎖定。之后，每連接兩節(jié)拉桿，就下放一次閘門(mén)。閘門(mén)下放到底后，將鎖定梁恢復(fù)至拉桿鎖定位置，將頂節(jié)拉桿鎖定。然后，兩個(gè)鎖定梁之間采用∠63角鋼連接。（4）后期卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝完成后，將拉桿與卷?yè)P(yáng)機(jī)動(dòng)滑輪連接，拆除鎖定梁。

3 結(jié)語(yǔ)

向家壩水電站沖沙孔壩段施工導(dǎo)流底孔檢修閘門(mén)為反鉤疊梁平面滑動(dòng)閘門(mén)，該閘門(mén)設(shè)計(jì)作用為發(fā)電期間擋水施工。在后續(xù)閘門(mén)的吊裝入槽施工中，由于受入槽設(shè)備6 500 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝問(wèn)題的影響，采用2臺(tái)300 t履帶吊和平衡梁順利實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)的下閘工作，按期保障了閘門(mén)的擋水功用。這在水電建設(shè)史上是一個(gè)良好的施工方法，也是值得借鑒的。

［1］武漢大學(xué)，大連理工學(xué)院，河海大學(xué)．水工鋼結(jié)構(gòu)［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，1995：70－119．

［2］ 畢 謙，程培基．材料力學(xué)［M］．重慶：重慶水學(xué)出版社，1994：15．

［3］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化部．電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編·水電卷：金屬結(jié)構(gòu)［M］．北京：水利電力出版社出版，1995：115－118．