白鶴灘水電站纜機群安裝施工標準化工藝概述

中國三峽建設(shè)管理有限公司白鶴灘工程建設(shè)部 羅榮海 王德金 王勵 吉沙日夫 馮博 莫讓華 楊雷 焦翔 劉凡武 李林 周其榮

1 研究的意義

纜索起重機是當前各峽谷式水電站大壩混凝土澆筑和金屬結(jié)構(gòu)安裝吊運的主要手段，有著其它起重設(shè)備無法替代的優(yōu)勢。

白鶴灘水電站工程施工共設(shè)置纜機7臺，是世界上最大的纜機群，主要用于大壩混凝土澆筑與金屬結(jié)構(gòu)安裝等施工項目的吊裝運輸。采用高低雙層平移式布置，其中高平臺布置纜機3臺（1#～3#纜機），低平臺布置纜機4臺（4#～7#纜機）。白鶴灘水電站高平臺30t平移式纜索起重機因其塔身高、跨度大，施工覆蓋范圍廣，高塔身纜機安裝工作量大、設(shè)備多，難度高，安全風(fēng)險大。參建各方根據(jù)現(xiàn)場地形條件和可利用資源的差異，同樣的設(shè)備采用了不同的安裝工藝，技術(shù)要求也在不斷更新。通過研究并總結(jié)白鶴灘纜機安裝的工藝技術(shù)及施工組織管理，對比其他電站纜機安裝方案，從施工質(zhì)量和施工安全等方面進行詳細分析和評價。同時把安裝過程中的各種情況真實反映出來，通過對現(xiàn)場情況綜合分析，研究處理措施，并對整個實施過程進行記錄匯總。

本課題將從軌道安裝、埋件地錨安裝、索道系統(tǒng)安裝、主塔機構(gòu)安裝、副塔機構(gòu)安裝、平衡車機構(gòu)安裝等方面闡述高、低塔架纜機的安裝過程，囊括了高塔架、低塔架纜機基礎(chǔ)和主體安裝，總結(jié)出一套針對纜機安裝切實可行、經(jīng)濟科學(xué)的方法。課題成果的應(yīng)用與推廣將為今后的各類型號纜機的安裝具有指導(dǎo)性意義，也為安裝單位帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.1 國內(nèi)研究水平綜述

白鶴灘纜機群總共由7臺纜機組成，分雙層布置，其中高纜3臺（主塔架高度達到75m），低纜四臺（主塔架高度為30m），國內(nèi)外尚無如此多數(shù)量的纜機群。鑒于此次數(shù)量如此多的纜機群在世界上實屬首次，在施工干擾防范方面沒有以前施工案例可以借鑒，且由于白鶴灘特殊的地形條件限制，也進一步增大了纜機群安裝的難度。本課題以世界上最大的纜機群——白鶴灘纜機群安裝作為研究對象，從施工干擾消除和大風(fēng)天氣條件下高危安裝作業(yè)施工工藝這兩方面入手，通過施工技術(shù)研究，總結(jié)出一套完善、合理的纜機群安裝施工工藝，為以后同類工程提供借鑒。

1.2 課題研究的關(guān)鍵

白鶴灘水電站建設(shè)工程安裝的高纜纜機和低纜纜機，兩者的共同特性關(guān)鍵是主索過江。兩者的副塔安裝方法相同。難點集中在高纜塔架的安裝工程。因此，高、低纜安裝的共同關(guān)鍵路線是：

纜機軌道安裝→錨固件埋設(shè)→輔助承載索架設(shè)→主塔安裝→副塔安裝→主索過江→主索張緊→小車安裝→牽引、提升索安裝→系統(tǒng)調(diào)試→試運行。

高纜塔架的安裝亦是高纜安裝工程中的另一關(guān)鍵路線：

纜機軌道安裝→錨固件埋設(shè)→輔助吊裝設(shè)施架設(shè)→A字塔架拼裝→主索過江→配重車安裝→后拉索安裝→A字塔架提升、自升→小車安裝→牽引、提升索安裝→系統(tǒng)調(diào)試→試運行。

（1）高纜安裝工藝流程見圖1。

（2）低纜安裝工藝流程見圖2。

1.3 施工特點

（1）白鶴灘纜機跨度大，主塔結(jié)構(gòu)重量近220t，高纜安裝高度近100m，高、低纜施工部位狹窄，安裝場地山勢險峻，施工難度及安裝風(fēng)險很大，同時存在高空作業(yè)、大噸位拖拽、吊裝等作業(yè)風(fēng)險。

（2）項目施工過程中，高纜主塔A型塔架、繩索系統(tǒng)的安裝均采用卷揚設(shè)備，并通過地錨承力。繩索系統(tǒng)、地錨的布置及承載受力情況復(fù)雜，需反復(fù)驗算，施工技術(shù)含量高。

（3）項目施工資源投入巨大，根據(jù)現(xiàn)場地形地貌情況及安裝工序需要投入25噸、50噸汽車吊、70噸汽車吊及130t汽車吊各一臺，需要5噸、10噸、15噸及20噸等卷揚設(shè)備近26臺套，設(shè)備投入多；需要各種規(guī)格繩索共2萬余m，各類鋼材120余噸，材料投入大；同時，纜機安裝工期緊張，涉及各工種人員需求總數(shù)100余人。

（4）纜機安裝作業(yè)施工范圍廣，與其他土建施工部位存在相互影響、相互干擾的問題，需要大量的協(xié)調(diào)工作；纜機安裝過程中，各工種作業(yè)人員、各部位作業(yè)人員之間都存在大量的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的工作。施工時確認通訊設(shè)備必須暢通且采用專用頻道，統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一口令，統(tǒng)一頻道，指令清楚。

（5）氣象條件惡劣，當?shù)厝觑L(fēng)大，4月～10月為多雨季節(jié)，11月～3月為大風(fēng)季節(jié)擬采取在現(xiàn)場配備足夠的防風(fēng)、防雨材料，對需要防風(fēng)、防雨的設(shè)備部件及時進行保護，給施工人員配置雨衣、雨褲、雨鞋等安全防護用品，制定纜機安裝應(yīng)急預(yù)案。并在纜機安裝之前模擬進行纜機安裝應(yīng)急預(yù)案演練，以保證纜機施工的人員和設(shè)備安全。同時在連續(xù)施工過程中，必須密切關(guān)注施工期間的氣象變化情況。

2 施工重難點分析

2.1 軌道校正

由于軌道在運輸和存放過程中造成不同程度的變形，而軌道安裝要求較高，要達到優(yōu)良標準。為此，需將軌道的直線度進行調(diào)整滿足安裝要求。

2.2 懸挑平臺的安裝

右岸高、低纜機平臺為高邊坡臨邊平臺，其臨邊坡角約為80°，給高、低纜纜機副塔部件安裝及索道架空系統(tǒng)安裝帶來了嚴峻的考驗，為了保證纜機安裝工作的正常進行，在副塔設(shè)計制作安裝了一個6m×5m的懸挑平臺，使架空索道右岸端的安裝、主索過江、副塔主索張拉拉板等安裝得以正常的進行。

2.3 桅桿吊拼裝

安裝高纜時，需要使用桅桿吊作為輔助設(shè)備提升纜機A字型塔架。桅桿吊原方案為拼裝沿安裝軸線從905平臺基座處至890平臺安裝支架依次拼裝5個標準節(jié)及頭部；桅桿吊總長為66m，905平臺至890平臺支架懸空段長度約為30m，該懸空段的重量約為30t，起吊高度約為30m?？紤]到890平臺施工現(xiàn)場不能滿足桅桿吊安裝施工要求，為了保證桅桿吊的安裝能順利的進行，對桅桿吊的拼裝及扳起方案進行了優(yōu)化，將桅桿吊的拼裝軸線向下游轉(zhuǎn)移20°由桅桿吊基座至905平臺下游臨邊線組裝，整個桅桿吊的拼裝全部在905平臺進行，不僅減少了高空作業(yè)，同時能更好的有利于桅桿吊臂架直線度的調(diào)整和安全，而且減少了設(shè)備及材料的投入。

圖1 高纜安裝工藝流程

圖2 低纜安裝工藝流程

2.4 桅桿吊扳起

原方案需要使用200t汽車吊將桅桿吊頭部吊起，輔助桅桿吊扳起。由于白鶴灘水電站現(xiàn)場沒有200t汽車吊，為了保證桅桿吊安裝工期，根據(jù)現(xiàn)場的情況，通過探討及計算，最終確定使用“130t+70t+25t”模式，即使用3臺汽車吊抬吊的方法進行桅桿吊扳起工作。

2.5 鋼絲繩的保護

高纜安裝需要使用將近30000m各種規(guī)格的輔助鋼絲繩，為了保證每一根鋼絲繩的安全性，在鋼絲繩的牽拉、釋放和纏繞中通過采取支墊、防護、檢查、保養(yǎng)確保使用的每一米鋼絲繩的安全；特別是對纜機主索過江施工中，采取可靠的保護措施防止的各種損傷。

在輔助索施工前，纜機輔助索的主地錨分別布置在右岸980平臺和左岸890平臺，高差較大，通過計算及電腦模擬，確定了四根輔助索的安裝垂度為73m，并根據(jù)輔助索的垂弧軌跡，計算左右岸的開挖爆破飛石對輔助索的影響，最終確定右岸壩肩開挖至820以下及左岸開挖至768高程以下方能進行輔助索的架空安裝工作。另外根據(jù)輔助索安裝弧度軌跡，在進行索道系統(tǒng)安裝時，鋼絲繩在左岸道路交叉處，永久路102路B段存在干涉，為了保證架空索道的安全及B段道路交通的正常通行，在路邊設(shè)置了一個6m高的混凝土支墩。

2.6 主索過江工藝的優(yōu)化

主索過江作為纜機安裝中危險性極高的一項工作，如有考慮不周，極容易發(fā)生重大事故，特別是針對白鶴灘纜機跨距大、主塔塔架高、副塔施工部位臨邊陡峭面積狹小，主索過江將直接決定纜機安裝的成敗，為了保證主索過江的安全，參建各方對方案進行了優(yōu)化。

首先對主索索頭的牽拉方式及牽拉力控制進行優(yōu)化。白鶴灘纜機主索直徑為φ108mm，單重高達90t，高纜左右岸高差90m，主索過江的牽拉力較大，計算過程比較繁瑣。主索牽拉繩直徑為φ30mm，其最小破斷拉力為567kN，根據(jù)國家起重規(guī)范，卷揚機牽拉繩的安全系數(shù)應(yīng)≥5倍，故φ30mm鋼絲繩最大的工作牽拉力應(yīng)≤113kN；為了保證牽拉繩的安全，故在保證輔助索安全系數(shù)≥3.5倍情況下，將高纜輔助索的垂度由原方案的105m調(diào)整為73m，在此情況下主索過江牽拉繩的拉力約100kN。

為了保證主索索頭在牽拉過程的安全，對主索索頭的牽拉方式進行了討論、優(yōu)化，確定在主塔側(cè)索頭處安裝牽拉索卡，距索頭3m處安裝主索過江首個臨時承馬，之后依次類推每隔30m均勻布置安裝臨時承馬。在主索過江過程中，當主索放出約100m時，為防止因主索放出速度過大及重力加速度而出現(xiàn)“制動失控”現(xiàn)象，用主索卷筒后部的2臺15t卷揚機配合φ32mm的鋼絲繩將主索在卷筒前部夾緊固定，當一臺卷揚機索夾到達主索過江預(yù)留孔時，另一臺卷揚機將主索在卷筒前部夾緊固定后，拆除前部卷揚機的索夾。利用卷揚機的拉力緩慢將主索逐段放出，每段放出60m。使1#、2#、3#纜機主索及索頭牽拉過江過程中始終處于平穩(wěn)安全的姿態(tài)。

2.7 纜機主索張緊裝置安裝

在主塔側(cè)安裝主索索頭時，需要副塔側(cè)索頭放出28m才可完成主塔側(cè)索頭的安裝施工，在副塔放出的副塔側(cè)主索張緊裝置Ⅱ（重約8t拉板動滑輪組）防傾翻工作是個難點，故采用自制托架進行釋放?？紤]到活動拉板放置在托架上時重心偏高容易出現(xiàn)傾翻事故，故必須將活動拉板的重心降到輔助索下方，以保證外放時的安全。

主索過江過程中，待副塔側(cè)索頭澆鑄完畢后，穿過副車軌道基礎(chǔ)預(yù)留洞后，利用在輔助索地錨旁的埋件進行臨時固定。使用25t汽車吊將托架吊裝并固定在輔助索上，再使用130t汽車吊將主索張緊裝置I與副塔連接就位，并用5t倒鏈與副塔架鎖定。使用130t汽車吊將主索張緊裝Ⅱ吊裝就位，穿繞主索張緊鋼絲繩，再將主索副車側(cè)索頭與張緊裝置Ⅱ相連接。連接完畢后，使I、Ⅱ段張緊裝置、張緊鋼絲繩及主索緩慢受力，過程中為防止張緊裝置在托架上產(chǎn)生傾翻，將張緊裝置前段連接拉板下放與地面垂直，并在下方平臺布置卷揚機及導(dǎo)向地錨，利用鋼絲繩與下放的拉板連接跟隨受力。

張緊裝置兩段連接拉板在主索張拉到位后進行安裝。由于主索張緊裝置拉板安裝過程程序多，工序復(fù)雜，安裝場地狹小，大部分工作都是在軌道基礎(chǔ)前沿搭設(shè)的凌空安裝平臺上進行，因此在施工過程中，必須對現(xiàn)場進行精確的測量，合理進行施工布置，并且嚴格按程序施工。

2.8 高纜主塔架（A型架）由提升到自升的轉(zhuǎn)換

在主塔架提升過程中，主索、后拉索、塔頂纜風(fēng)鋼絲繩基本成松弛自由狀態(tài)。在主塔架提升到設(shè)計高度45m后，桅桿吊提升卷揚機停止工作，將提升用鋼絲繩打上保險繩。再安裝A型架自升張拉裝置和同步裝置，安裝完畢后，先緩緩張緊自升卷揚機鋼絲繩，觀察A型架頂部上下游、左右岸方向變化，同時逐漸調(diào)整主索、后拉索、塔頂攬風(fēng)鋼絲繩，使A型架緩緩上升，并保持各攬風(fēng)的張力處于平衡狀態(tài)。當抬吊梁起吊鋼絲繩完全松弛，分離抬吊梁，桅桿吊變幅回收直至桅桿吊脫離A型架。

在此過程中，必須密切觀察A型架上下游、左右岸方向變化。同時觀察主索、后拉索、塔頂纜風(fēng)鋼絲繩在收、放過程中，各卷揚機工作情況和錨固情況及提升速度。

2.9 高纜A型主塔架自升

由于A型架自升過程中，主塔架自升裝置、塔頂纜風(fēng)裝置、同步裝置、主索張緊裝置、后拉索張緊裝置、13臺卷揚機同時動作，A型架上下游、左右岸方向需不斷進行觀察，因此現(xiàn)場指揮人員必須詳細了解各部位、各工作裝置的具體情況，作出正確判斷，果斷發(fā)布命令；所有操作人員必須注意力集中，聽從指揮、配合整體協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告。

2.10 高纜后拉索與平衡臺車連接

A型主塔架自升到位，底梁連接完畢后，主索緩緩松放，觀察A型架頂部變化，使A型架緩慢向后傾斜，后拉索漸漸松弛，再慢慢收回后拉索平衡梁滑輪組鋼絲繩，多次重復(fù)此過程，直至將后拉索與平衡臺車連接完畢。拆除平衡梁及其滑輪組等。拆除完畢后，緩緩張起主索，將A型架緩緩扳回至10°，此過程應(yīng)分步驟進行，及時觀察現(xiàn)場變化，調(diào)整過程步驟中的各部位變化的協(xié)調(diào)程度，保證后傾作業(yè)的安全。

2.11 鋼絲繩穿繞滑輪組方法

高纜安裝中需要使用長達約30000m的鋼絲繩，其中需要使用18個8門閉式120t滑輪組。面對鋼絲繩長、滑輪組多，鋼絲繩穿繞將是一道難題；在工作中將8門閉式120t滑輪組打開拆下檢查保養(yǎng)，在組裝滑輪組時將鋼絲繩和滑輪組輪柄同時進行相應(yīng)的安裝從而完成鋼絲繩的穿繞工作。

3 課題研究內(nèi)容和實施方案小結(jié)

本課題從以下內(nèi)容的研究詳細介紹了纜機群安裝施工標準化工藝。

（1）桅桿吊的安裝與拆除

（2）纜機軌道及埋件的安裝

（3）輔助索的安裝及強度校核

（4）主索過江及安裝

（5）高纜主塔架安裝

（6）高纜平衡臺車安裝

（7）副塔安裝

（8）纜機小車安裝

（9）纜機繩索系統(tǒng)的安裝

（10）低纜主塔安裝

（11）司機室安裝

（12）電氣設(shè)備安裝

（13）纜機負荷試驗