向家壩水電站升船機(jī)平衡重系統(tǒng)鋼絲繩張拉掛載技術(shù)

王鵬，金海軍，孫文才，王定坤

(中國長江三峽集團(tuán)有限公司，四川 成都610042)

向家壩升船機(jī)平衡重系統(tǒng)鋼絲繩直徑φ76 mm，共128根，分16組對稱布置在船廂兩側(cè)。每組有8根鋼絲繩，每根鋼絲繩長142.0 m，一端通過調(diào)節(jié)組件(包括調(diào)節(jié)螺桿、花籃螺母、銷軸與自潤滑關(guān)節(jié)軸承、防松螺母、防旋板等)與船廂吊耳連接，另一端繞過塔柱頂部機(jī)房內(nèi)的滑輪組后，通過連接組件(包括平衡梁、銷軸等)與平衡重組連接。每個滑輪組有4個滑輪，每個滑輪上有2根鋼絲繩繞過。向家壩升船機(jī)鋼絲繩布置見圖1。

圖1向家壩升船機(jī)鋼絲繩布置圖

向家壩升船機(jī)共有16組平衡重組，平衡重組由平衡重塊、鋼結(jié)構(gòu)框架、調(diào)整平衡重塊及導(dǎo)向裝置等組成，每個平衡重組含4個平衡重塊Ⅰ、2個平衡重塊Ⅱ和1個平衡重塊Ⅲ。每個平衡重組懸掛一條平衡鏈，平衡鏈的一端懸吊在混凝土平衡重塊Ⅲ的底部，另一端則繞過船廂室底部的導(dǎo)向裝置后與船廂主縱梁的外腹板連接。因鋼絲繩懸吊長度變化造成的不平衡載荷通過平衡鏈予以補(bǔ)償[1]。

向家壩升船機(jī)鋼絲繩張拉掛載是升船機(jī)調(diào)試過程中的關(guān)鍵節(jié)點，它的順利完成使塔柱獲得了壓載，使高高程螺母柱安裝具備條件，對升船機(jī)工程向試通航目標(biāo)邁進(jìn)具有重要意義。

1方案選擇

向家壩升船機(jī)屬于齒輪齒條爬升螺母柱保安式，目前國內(nèi)只有三峽升船機(jī)屬于該型式[2-3]。該類型升船機(jī)在鋼絲繩張拉掛載(塔柱加載)時有兩種方式選擇，一種是船廂先騰空，一種是平衡重組先騰空。三峽升船機(jī)采取前者，向家壩升船機(jī)綜合考慮后采取的是后者，兩種方案在工期控制上基本相同，但相比之下，后者具有以下優(yōu)點[4-5]：

1)從安全風(fēng)險考慮，船廂先騰空工況下，工序較繁復(fù)，在船廂加水回落帶平衡重騰空過程中，可能存在船廂受力不均、船廂結(jié)構(gòu)變形不一致，鋼絲繩受力不均，以及船廂內(nèi)水體的震蕩引起的船廂偏斜的風(fēng)險。平衡重先騰空工況下，由于平衡重塊分批張拉加載，過程獨(dú)立、單一、可控，張拉加載過程中船廂始終保持不動，安全風(fēng)險較小。

2)從技術(shù)角度及施工過程控制考慮，采用船廂先騰空方案，在進(jìn)行第二批平衡重張拉掛載過程中，由于平衡重塊不騰空，受鋼絲繩長度差影響，無法直觀判斷第二批掛載平衡重在全部平衡重塊騰空后，騰空高度是否與第一批掛載平衡重一致，如果偏差較大，需要進(jìn)行平衡重的二次張拉施工。采取平衡重先騰空方案，由于平衡重塊分批騰空，能夠較好的對鋼絲繩張拉過程及平衡重騰空工況進(jìn)行控制，有利于進(jìn)行實時監(jiān)控及隨時觀察平衡重塊騰空情況，能夠有效地對平衡重組安裝質(zhì)量進(jìn)行控制，可以減小后續(xù)平衡重組的調(diào)整量。

2掛載技術(shù)方案

2.1掛載前提條件

2.1.1船廂應(yīng)具備條件

1)船廂及其機(jī)械設(shè)備完成安裝或吊裝就位，船廂具備充水條件。

2)船廂補(bǔ)排水系統(tǒng)安裝完成，具備給船廂充水能力；臨時排水設(shè)施已準(zhǔn)備到位。

3)船廂3.0 m水深基準(zhǔn)線已完成標(biāo)識；船廂水深測量標(biāo)尺完成布置。

4)船廂由底部安裝胎架支承，自由無約束擺放在支墩上，處于滿足設(shè)計要求的水平狀態(tài)。

2.1.2平衡重系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具備條件

1)平衡重組已在373.305 m安裝平臺組裝完畢，由鎖定梁支承，處于自由狀態(tài)，安裝高程已經(jīng)作好標(biāo)識。

2)鋼絲繩一端已與平衡重塊連接(另一端未與船廂連接)。

3)平衡鏈已安裝到位。

4)平衡重塊安裝用頂升設(shè)施(千斤頂、液壓泵站、管路)、鋼絲繩張拉工裝、鋼絲繩調(diào)節(jié)組件旋轉(zhuǎn)工裝安裝到位。

2.2掛載技術(shù)

升船機(jī)船廂室側(cè)的鋼絲繩張拉需和平衡重井側(cè)的平衡重塊騰空配合進(jìn)行，隨著船廂側(cè)鋼絲繩調(diào)節(jié)組件的張緊，實現(xiàn)平衡重塊的騰空。

2.2.1掛載順序確定

為保證掛載過程中船廂平穩(wěn)，確保安全，按左右岸對稱成組原則張拉鋼絲繩，實現(xiàn)對應(yīng)的平衡重塊騰空。

掛載前將16個平衡重井順?biāo)鞣较蚓幪枮樽?- 左8井和右1-右8井，將每個平衡重井的8根鋼絲繩以4塊防旋板為單位(相鄰的2根鋼絲繩安裝1個防旋板)，順?biāo)鞣较蛞?、2、3、4組進(jìn)行編號。掛載階段分三批進(jìn)行加載，掛載順序詳見圖2。

2.2.2鋼絲繩掛載

鋼絲繩掛載施工可分為調(diào)整(安裝防旋板前)和張拉(安裝防旋板后)兩個過程。

1)鋼絲繩的調(diào)整。鋼絲繩的調(diào)整是在安裝防旋板前操作，主要是調(diào)整鋼絲繩長度。鋼絲繩出廠時，每根鋼絲繩側(cè)面沿繩長方向標(biāo)記一條紅色直線，現(xiàn)場調(diào)整主要是使該紅線盡可能恢復(fù)到直線，以便還原到出廠長度，主要采取回旋的方式。鋼絲繩通過回旋一定圈數(shù)調(diào)整好后，及時將鋼絲繩錐套與防旋板和調(diào)節(jié)組件連接，每2根鋼絲繩安裝1個防旋板，將鋼絲繩調(diào)整長度固定下來。調(diào)整控制原則：船廂在上極限位時右側(cè)平衡重塊不觸底；每對鋼絲繩長度差滿足防旋板安裝要求。

2)鋼絲繩張拉施工。根據(jù)前文確定的掛載順序，分批次將安裝防旋后的鋼絲繩依次與船廂吊耳孔完成穿軸連接。

第一、二批鋼絲繩張拉前，先要將平衡重塊鋼框架頂升，脫離類型Ⅰ、Ⅱ平衡重塊，以方便施工。第三批鋼絲繩張拉前，使平衡重塊鋼框架回落于6塊Ⅰ、Ⅱ型平衡重塊上。

張拉時，以防旋板為單位，采取液壓千斤頂逐步加載，旋轉(zhuǎn)花籃螺栓直至調(diào)節(jié)組件長度到擬定值。在張拉過程中注意觀察平衡重塊騰空高度，作為是否張拉到位參考。

圖2鋼絲繩掛載順序圖示

2.2.3平衡重騰空

平衡重先騰空工況下，采用分批對稱張拉掛載、分批加水相結(jié)合方式，始終保證船廂側(cè)重量大于平衡重側(cè)(需事前對每批次加載重量進(jìn)行精確計算)，最終實現(xiàn)平衡重全部騰空。第一批48根鋼絲繩掛載后，實現(xiàn)部分I、II型平衡塊騰空，然后向船廂第一次注水約2 700 t；再進(jìn)行第二批48根鋼絲繩掛載，實現(xiàn)全部I、II型平衡塊騰空，然后向船廂注水約2 086 t；最后進(jìn)行第三批32根鋼絲繩張拉掛載，實現(xiàn)全部III型平衡重塊騰空。

船廂與擺墩之間解除約束的時機(jī)，綜合考慮到船廂在掛裝平衡重過程中的變形，在第一批平衡重掛裝完成后進(jìn)行解除約束，解除約束過程中，需注意觀測可能發(fā)生的異常。

2.2.4掛載后需完成的工作

1)船廂調(diào)平、配平。①船廂調(diào)平：通過液壓千斤頂進(jìn)行船廂調(diào)平，機(jī)械千斤頂、保護(hù)支墩、墊木輔助保護(hù)。②船廂配平：通過向船廂加水，逐漸配平船廂和平衡重組，可能需增加調(diào)整平衡重塊。此時船廂水深約3.05 m。船廂側(cè)重約150 t，千斤頂及支墩輔助保護(hù)。

2)平衡重側(cè)平衡梁調(diào)平。在平衡重騰空、船廂調(diào)平、配平后，根據(jù)所有平衡重塊懸空后鋼絲繩實際拉伸量長度差異，進(jìn)行部分平衡重塊對應(yīng)鋼絲繩長度調(diào)整，最終實現(xiàn)平衡重側(cè)平衡梁的調(diào)平。

調(diào)整方法采用“鋼絲繩張拉+平衡重塊頂升”組合方案進(jìn)行調(diào)平。

a.平衡梁調(diào)平施工

類型Ⅲ平衡重塊調(diào)平(見圖3)。

1)在鋼框架下部水平梁處、類型Ⅲ平衡重塊相鄰上下游側(cè)平衡重塊與水平梁間布置鋼墊墩，鋼墊墩與平衡重塊間加墊薄橡皮。

2)將150 t液壓千斤頂布置在下部水平梁與類型Ⅲ平衡重塊間，千斤頂與平衡重之間墊設(shè)-30 mm×300 mm×300 mm鋼板及-10 mm橡皮，以保護(hù)平衡重塊。利用千斤頂將平衡重塊緩慢頂升一定高度，見圖3(頂升高度不小于平衡重塊需調(diào)整高度)。

3)在船廂側(cè)平衡重塊對應(yīng)鋼絲繩位置布置張拉工裝及200 t液壓千斤頂，利用液壓千斤頂通過張拉工裝向鋼絲繩施加拉緊力，直至調(diào)節(jié)組件出現(xiàn)自由傾斜情況，此時調(diào)節(jié)組件基本不受力，然后通過調(diào)整花籃螺栓使調(diào)節(jié)組件縮短或者伸長(調(diào)整長度與類型Ⅲ平衡重塊需要調(diào)整的高度差相同)。然后200 t液壓千斤頂卸載，使調(diào)節(jié)組件恢復(fù)至受力狀態(tài)。

4)調(diào)節(jié)組件調(diào)整完畢后，平衡重側(cè)150 t液壓千斤頂卸載，使平衡重塊恢復(fù)至騰空狀態(tài)，回裝緩沖橡皮。

圖3類型Ⅲ平衡重塊頂升布置示意圖

類型Ⅰ、Ⅱ平衡重塊調(diào)平。

類型Ⅰ、Ⅱ平衡重塊調(diào)平方法及原理與類型Ⅲ相同，在進(jìn)行類型Ⅰ、Ⅱ平衡重塊調(diào)平前，需要先拆除平衡重塊在上部水平梁對應(yīng)部位的8個緩沖橡皮，然后采用 “鋼絲繩張拉+平衡重塊頂升”組合方案進(jìn)行調(diào)平。

b、調(diào)整技術(shù)要求

1)懸吊類型Ⅲ平衡重塊平衡梁的水平度不大于5 mm。

2)同一平衡重組內(nèi)同組平衡重塊吊軸中心最大高度差不大于10 mm。

3)同一雙槽滑輪上的兩根鋼絲繩的防旋板水平度不大于3 mm。

4)鋼絲繩正常受載狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)框架上部水平梁上的緩沖塊應(yīng)與平衡重塊接觸，并保證每側(cè)不少于4個支承點。鋼結(jié)構(gòu)框架下部水平縱梁上的緩沖塊與平衡重塊之間應(yīng)有一定間隙，最小間隙不小于50 mm。

2.2.5過程中的監(jiān)測

施工過程中需對船廂主縱梁吊耳板高程、船廂底板脫離支墩情況(船廂與支墩接觸間隙、船廂上下游、左右岸移動)、平衡重組側(cè)懸空情況、每組調(diào)節(jié)組件及鋼絲繩的長度等做好監(jiān)測及記錄，發(fā)現(xiàn)異常時及時通報。

3結(jié)語

向家壩升船機(jī)平衡重系統(tǒng)鋼絲繩掛載從2015-10-10日開始，12月28日完成全部掛載，船廂和平衡重組全部騰空。實踐結(jié)果表明掛載取得了預(yù)期結(jié)果。掛載實踐驗證了以下結(jié)論：

1)采取平衡重組優(yōu)先騰空方案是可行的，便于過程中根據(jù)平衡重騰空高度判斷鋼絲繩張拉情況，同時也有效控制了安全風(fēng)險；

2)方案中提出的掛載順序是可靠的，保證了船廂在掛載過程中變形受控；

3)鋼絲繩張拉掛載技術(shù)是合理的，可以為平衡重組騰空安全地提供足夠力量，從而實現(xiàn)全部112塊平衡重塊(共約8 150 t)騰空任務(wù)。