淺談皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)在商南縣蓮花臺(tái)水電站的應(yīng)用

(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710014)

1 工程概況

蓮花臺(tái)水電站位于陜西省商南縣湘河鎮(zhèn)蓮花臺(tái)村上游1km處，距商南縣城51km，距西安市270km。水庫(kù)正常蓄水位294.00m，電站裝機(jī)容量2×20MW。樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、泄洪壩段、泄洪排沙孔、右岸壩后廠房組成。壩頂高程297.20m，最大壩高70.20m，壩軸線長(zhǎng)220.50m?？値?kù)容9537萬(wàn)m3。蓮花臺(tái)水電站工程是一座集發(fā)電、防洪功能為一體的中型Ⅲ等工程。

2 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置

壩后廠房利用單管單機(jī)的壩身進(jìn)水口引水，共兩臺(tái)機(jī)組。機(jī)組水流控制條件為進(jìn)口事故閘門和蝸殼前蝶閥控制。由于左岸5號(hào)、6號(hào)閘墩(高程270～297.2m)及8～10號(hào)壩段(高程282.7m、285.9～ 297.2m)常態(tài)混凝土澆筑受汛期江水影響，因此，在4號(hào)閘墩頂向左岸布置一套皮帶輸送機(jī)，用來(lái)解決左副壩段混凝土入倉(cāng)問題。

由于該部位工程期在丹江主汛期施工，皮帶運(yùn)輸支撐系統(tǒng)在壩體溢流段受洪水影響較大，為了滿足汛期施工安全，支撐系統(tǒng)應(yīng)布置在閘墩結(jié)構(gòu)混凝土中。這樣，架體跨度大、高度高是混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)的難點(diǎn)。為了解決5號(hào)、6號(hào)閘墩及8～10號(hào)壩段混凝土入倉(cāng)問題，經(jīng)多次研究最終確定在已澆筑完成的壩頂架設(shè)一套86m長(zhǎng)的皮帶輸送機(jī)解決左副壩段混凝土入倉(cāng)問題。在壩頂布置一套750皮帶混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)。皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)布置在左壩門庫(kù)的中心線位置壩下0+001處，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)端頭在4號(hào)閘墩中心(壩左0+127.95)支撐架(高程298m)；在5號(hào)閘墩沿壩下0+001和壩左0+143.45預(yù)埋1.10m×1.10m四管柱、門形柱支撐系統(tǒng)；在8～10號(hào)壩段壩左0+162.2預(yù)埋1.10m×0.90m四管柱、門形柱支撐系統(tǒng)；其余部位依據(jù)壩體結(jié)構(gòu)6～9m間距支撐雙排門形柱支撐系統(tǒng)，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的支撐門架共布置7個(gè)(見圖1)。

圖1 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)布置情況

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸：皮帶寬度75cm,皮帶轉(zhuǎn)速2m/s,單個(gè)電機(jī)55kW，皮帶機(jī)桁架寬1.20m，4號(hào)閘墩至1號(hào)架體跨度15.89m, 1號(hào)架體至2號(hào)架體跨度18.92m, 2號(hào)架體至3號(hào)架體跨度11.65m,其余架體根據(jù)壩段結(jié)構(gòu)分別控制在6～9m, 最高支撐架體29.30m， 1號(hào)、2號(hào)、7號(hào)架體均為四管柱體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其余為單門柱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

4號(hào)閘墩、1號(hào)架體、2號(hào)架體組成1號(hào)皮帶機(jī)支撐系統(tǒng)，1號(hào)皮帶機(jī)長(zhǎng)36m；2號(hào)架體、3號(hào)架體、4號(hào)架體、5號(hào)架體、6號(hào)架體、7號(hào)架體組成2號(hào)皮帶機(jī)支撐系統(tǒng)，2號(hào)皮帶機(jī)長(zhǎng)50m。

3 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)施工程序及施工方法

3.1 施工順序

從施工準(zhǔn)備到竣工全過程施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→技術(shù)交底→槽鋼安裝→原機(jī)拆除、檢修→頭架、尾架和中間架安裝→傳動(dòng)裝置安裝→驅(qū)動(dòng)裝置安裝→皮帶安裝→車剎拉緊裝置安裝→試運(yùn)行。

3.2 支撐架安裝

由于該工程的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)基礎(chǔ)均在已澆筑混凝土上，因此在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)支撐架位置預(yù)先埋設(shè)18型工字鋼，埋入混凝土內(nèi)1m,外露1m與四管柱、門形柱焊接。四管柱、門形柱支架安裝利用門機(jī)及塔機(jī)配合吊裝焊接。皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)在原預(yù)埋件上畫出支腿安裝的中心線，然后將支架槽鋼預(yù)先安裝就位，允許偏差±20mm。

3.2.1 1號(hào)支撐架安裝

由于1號(hào)支撐架要跨4號(hào)溢流面，為了汛期度汛安全，將1號(hào)支撐架布置在5號(hào)閘墩中心位置。支撐架采用100mm×100mm方鋼，間距1.20m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間用φ60鋼管連接形成四管柱形網(wǎng)架，架體高29.30m。為了解決5號(hào)閘墩澆筑混凝土交通問題，在網(wǎng)架中間設(shè)爬梯。1號(hào)架體底部埋件高程269.00m,頂部高程299.30m,架體重3.18t。

3.2.2 2號(hào)支撐架安裝

由于2號(hào)支撐架要跨5號(hào)溢流面，為了汛期度汛安全，將2號(hào)支撐架布置在8號(hào)壩段距6號(hào)邊墩向左岸1.50m(壩下0+001、壩左0+161.7支架中心)位置。支撐架采用100mm×100mm方鋼，間距1.20m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間用φ60鋼管連接形成四管柱形網(wǎng)架。架體高18.20m。為了解決6號(hào)閘墩澆筑混凝土及左岸皮帶機(jī)檢修交通問題，在網(wǎng)架中間設(shè)爬梯。2號(hào)架體底部埋件高程281.70m,頂部高程300.90m，架體重1.39t。

4號(hào)閘墩、1號(hào)支撐架、2號(hào)支撐架形成1號(hào)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)，皮帶機(jī)夾角6°，皮帶機(jī)長(zhǎng)36m。在1號(hào)支撐架、2號(hào)支撐上部設(shè)2根28b工字鋼橫梁，橫梁與支撐架體焊接牢固。橫梁之間用10號(hào)槽鋼焊接，間距2m,槽鋼之間用75mm×75mm角鋼連接形成三角網(wǎng)架。由于1號(hào)支撐架、2號(hào)支撐架跨度為17.75m，因此在1號(hào)支撐架頂部下方4m處支撐2根10號(hào)槽鋼與28b工字鋼焊接，左右支撐各3m。2號(hào)支撐架頂部下方6m處支撐2根10號(hào)槽鋼與28b工字鋼焊接，左右支撐各3m。皮帶機(jī)靠下游側(cè)布置40cm寬的人行信道，在信道旁設(shè)高1.10m護(hù)欄(原皮帶機(jī)自帶加以改造)。為了避免下雨等因素對(duì)混凝土的影響在1號(hào)皮帶機(jī)上布置鋼架彩鋼防護(hù)棚。

3.2.3 3號(hào)支撐架安裝

3號(hào)支撐架布置在8號(hào)壩段壩下0+001、壩左0+173.35支架中心位置。支撐架采用150mm×150mm方鋼，間距2m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間用80mm×80mm方鋼連接形成排架網(wǎng)架。架體高17.75m。3號(hào)架體底部埋件高程281.70m,頂部高程300.40m，架體重1.91t(見圖2)。

圖2 3號(hào)支撐架(單位：m)

3.2.4 4號(hào)支撐架安裝

4號(hào)支撐架布置在8號(hào)壩段壩下0+001、壩左0+182.35支架中心位置。支撐架采用150mm×150mm方鋼，間距2m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間用80mm×80mm方鋼連接形成排架網(wǎng)架。架體高18.20m。4號(hào)架體底部埋件高程281.70m,頂部高程300.90m，架體重1.97t(見圖3)。

圖3 4號(hào)支撐架(單位：m)

3.2.5 5號(hào)支撐架安裝

5號(hào)支撐架布置在9號(hào)壩段壩下0+001、壩左0+199.35支架中心位置。支撐架采用200mm×73mm槽鋼，間距6m設(shè)一道橫向拉桿及十字剪刀撐，拉桿剪刀撐采用100mm×48mm槽鋼連接形成排架網(wǎng)架。架體高19.37m。5號(hào)架體底部埋件高程282m,頂部高程301.37m，架體重1.38t(見圖4)。

圖4 5號(hào)支撐架(單位：m)

3.2.6 6號(hào)支撐架安裝

6號(hào)支撐架布置在9號(hào)壩段壩下0+001、壩左0+191.35支架中心位置。支撐架采用200mm×73mm槽鋼，間距6m設(shè)一道橫向拉桿及十字剪刀撐，拉桿剪刀撐采用100mm×48mm槽鋼連接形成排架網(wǎng)架。架體高19.87m。6號(hào)架體底部埋件高程282.00m,頂部高程301.87m，架體重1.47t(見圖5)。

3.2.7 7號(hào)支撐架安裝

7號(hào)支撐架布置在10號(hào)壩段壩下0+001、壩左0+208.5支架中心位置。支撐架采用4根φ108×73mm鋼管，間距2m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間采用75mm×75mm角鋼連接形成排架網(wǎng)架。形成門柱式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。架體高16.30m。7號(hào)架體底部埋件高程285.90m,頂部高程302.20m，架體重1.26t(見圖6)。

圖6 7號(hào)支撐架(單位：m)

2號(hào)支撐架、3號(hào)支撐架、4號(hào)支撐架、5號(hào)支撐架、6號(hào)支撐架、7號(hào)支撐架形成2號(hào)皮帶機(jī)支撐系統(tǒng)，皮帶機(jī)夾角3°，皮帶機(jī)長(zhǎng)50m。在2號(hào)支撐架與3號(hào)支撐架之間用2根28b工字鋼橫梁，3號(hào)支撐架、4號(hào)支撐架、5號(hào)支撐架、6號(hào)支撐架、7號(hào)支撐架體與架體之間用2根18b工字鋼與橫梁焊接牢固。橫梁之間用10號(hào)槽鋼焊接，間距2m,槽鋼之間用75mm×75mm角鋼連接形成三角網(wǎng)架。1號(hào)皮帶機(jī)與2號(hào)皮帶機(jī)在2號(hào)支撐架體上下錯(cuò)臺(tái)搭接布置，高差0.50m凈尺寸，搭接1.50m。皮帶機(jī)外挑2 m。在皮帶機(jī)靠上游側(cè)布置40cm寬的人行信道，在信道旁設(shè)高1.10m護(hù)欄(原皮帶機(jī)自帶加以改造)?？紤]到2號(hào)皮帶機(jī)支撐架的系統(tǒng)穩(wěn)定性，在各個(gè)支撐架外側(cè)距底部1/3處焊接2根20號(hào)槽鋼對(duì)支撐架體進(jìn)行統(tǒng)一加固形成整體。2號(hào)皮帶機(jī)支撐架的跨度依據(jù)壩體結(jié)構(gòu)確定，基本控制在9m左右一跨。原砂石骨料場(chǎng)皮帶機(jī)支架為單排10號(hào)槽鋼，間距為6～9m，2號(hào)皮帶機(jī)支撐架采用原砂石骨料場(chǎng)皮帶機(jī)支架結(jié)構(gòu)，但在皮帶機(jī)底部增加18b工字鋼橫梁網(wǎng)架，這樣可保證架體的穩(wěn)定性(見圖7)。

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)架體及部件安裝主要由左岸80塔機(jī)及壩30t門機(jī)完成。

圖7 支撐系統(tǒng)

3.3 原機(jī)拆除(利用砂石料加工系統(tǒng)的閑置設(shè)備)

拆除順序：拉緊調(diào)接裝置→皮帶→傳動(dòng)裝置→支撐裝置→驅(qū)動(dòng)裝置。

拆除時(shí)，要在保證皮帶全部拆除完畢情況下，才能動(dòng)火對(duì)支撐裝置進(jìn)行割除，割除過程中派專職安全員監(jiān)護(hù)，做好防火措施。

3.4 頭架和尾架及中間架安裝

在澆筑混凝土前按照每個(gè)支架的高度在混凝土內(nèi)埋入埋件。先將中間架支架安裝就位，然后將中間架安裝完成。

主要要求：機(jī)架中心線與輸送機(jī)縱向中心線應(yīng)重合，其偏差不應(yīng)大于3mm；機(jī)架中心線的直線度偏差在任意25m長(zhǎng)度內(nèi)不應(yīng)大于5mm；在垂直于機(jī)架縱向中心線的平面內(nèi)，機(jī)架橫截面兩對(duì)角線長(zhǎng)度之差，不應(yīng)大于兩對(duì)角線長(zhǎng)度平均值的3/1000；機(jī)架支腿對(duì)地面的垂直度偏差不應(yīng)大于2/1000；中間架的間距，其允許偏差為±1.50mm，高低差不應(yīng)大于間距的2/1000；機(jī)架接頭處的左、右偏差和高低偏差均不應(yīng)大于1mm；1號(hào)支撐架加工時(shí)，將支撐架加工成2段，第一段長(zhǎng)13.9m(1.509t), 第二段長(zhǎng)15.40m(1.671t)。利用門機(jī)將第一段支撐架吊裝到位與預(yù)埋件連接并焊接牢固，再用門機(jī)將第二段支撐架吊裝到位與第一段支撐架焊接。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)支撐架在加工場(chǎng)分為2段加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)再焊接成整體，由左岸塔機(jī)直接吊裝到位。7號(hào)支撐架采用現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝成型。該系統(tǒng)機(jī)架主體結(jié)構(gòu)為100mm×48mm槽鋼，每節(jié)長(zhǎng)9m，1號(hào)機(jī)架采用門機(jī)起吊安裝，2號(hào)機(jī)架采用塔機(jī)起吊安裝就位后用螺栓連接。

3.5 傳動(dòng)裝置安裝

根據(jù)規(guī)范要求安裝傳動(dòng)滾筒、改向滾筒和拉緊滾筒。主要要求：滾筒橫向中心線與輸送機(jī)縱向中心線應(yīng)重合，其偏差不應(yīng)大于2mm；滾筒軸線與輸送機(jī)縱向中心線的垂直度應(yīng)不大于2/1000；滾筒軸線的水平度偏差不應(yīng)大于1/1000。

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)托輥組、下調(diào)心托輥成品一般要求皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的上托輥組合各12m布置一組，下調(diào)心托輥組每30m布置一組，主要技術(shù)要求：托輥橫向中心線與輸送機(jī)縱向中心線應(yīng)重合，其偏差不應(yīng)大于3mm；對(duì)于非用于調(diào)心或過渡的托輥輥?zhàn)?，其上表面母線應(yīng)位于同一平面上或同一半徑弧上，且相鄰三組托輥輥?zhàn)由媳砻婺妇€的相對(duì)標(biāo)高差不應(yīng)大于2mm。

3.6 驅(qū)動(dòng)裝置安裝

該皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置分別安裝在4號(hào)閘墩頂部和7號(hào)支架，利用塔機(jī)安裝就位。

3.7 皮帶安裝

在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)頭部布置一臺(tái)3t卷?yè)P(yáng)機(jī)，皮帶在機(jī)架上組合，用卷?yè)P(yáng)機(jī)將其敷設(shè)就位。皮帶接頭的直線度允許偏差為25mm，測(cè)量長(zhǎng)度為7m。

3.8 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)試運(yùn)行

3.8.1 空負(fù)荷運(yùn)行

當(dāng)輸送帶接頭強(qiáng)度達(dá)到要求后，方可進(jìn)行空負(fù)荷試運(yùn)行。拉緊裝置調(diào)整靈活，當(dāng)輸送機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，滾筒均不打滑；當(dāng)輸送運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其邊緣與托輥側(cè)輥?zhàn)佣司壍木嚯x應(yīng)不大于300mm；空負(fù)荷試運(yùn)行時(shí)間為4h。

3.8.2 負(fù)荷試運(yùn)行

整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)不轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)?；清掃器清掃效果?yīng)良好，并無(wú)異常震動(dòng)；卸料裝置不產(chǎn)生顫抖和撒料現(xiàn)象。

3.9 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)桁架梁的荷載計(jì)算

壩頂布置皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)混凝土輸送采用混凝土罐車卸料。依據(jù)混凝土罐車卸料速度17min/罐(8m3)測(cè)算;測(cè)試皮帶機(jī)行走速度2m/s；皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)自重0.10t/m，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸混凝土?xí)r重19.60kg/(2m·s)。

3.9.1 梁均布荷載驗(yàn)算

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)均布，總重0.10t/m；

q=0.50×0.10×10=0.50kN/m;

活荷載：

行人重500kg，混凝土料10kg/m，總重510kg，g=10N/kg；

Pmax=0.51×10=5.1kN,考慮活荷載的沖擊系數(shù)1.05;

正中間時(shí)產(chǎn)生的彎矩最大Mmax=1.05×1/4×PmaxL=1.34kN/m,單側(cè)為M單=0.67kN/m。

最大荷載：

Mmax=Mq+M單=1.42kN/m；

工字鋼的彎曲應(yīng)力σ=180MPa；

截面模量W=Mmax/σ=79cm3。

故采用2根28b的工字鋼(W=501.67 cm3)是相當(dāng)安全的。

3.9.2 傾覆力驗(yàn)算

由于1號(hào)架體較高，與6號(hào)架進(jìn)行傾覆力驗(yàn)算。

1號(hào)架體結(jié)構(gòu)為支撐架采用100mm×100mm方鋼，間距1.20m設(shè)一道橫向拉桿，拉桿之間用φ60鋼管連接形成四管柱時(shí)網(wǎng)架。架體高29.30m，架體重3.18t。

依據(jù)Pmax=0.51×10=5.1kN計(jì)算桿件頂端傾覆力。

Fmax=Pmaxsin6°cos6°=0.53kN；

查表，100mm×100mm×8mm方鋼的抗傾覆力矩為264kN/m，理論值>實(shí)際荷載值，因此桿件是安全的。

6號(hào)架采用200mm×73mm槽鋼，間距6m設(shè)一道橫向拉桿及十字剪刀撐，拉桿剪刀撐采用100mm×48mm槽鋼連接形成排架網(wǎng)架。架體高19.80m，架體重1.47t。

依據(jù)Pmax=0.51×10=5.1kN計(jì)算桿件頂端傾覆力。

Fmax=Pmaxsin3°cos3°=0.267kN；

查表，200mm×73mm槽鋼的抗傾覆力矩為9.63kN/m(單根槽鋼沒有剪刀撐)，理論值>實(shí)際荷載值，因此桿件是安全的。

3.10 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的拆除

5號(hào)、6號(hào)閘墩及左岸混凝土澆筑完成后再進(jìn)行皮帶機(jī)的拆除，拆除從左岸向右岸進(jìn)行。

拆除順序：皮帶→機(jī)架→機(jī)架底部工字鋼橫梁→支架→支架基礎(chǔ)預(yù)埋件。

4 選用皮帶機(jī)配合鐵皮溜槽入倉(cāng)混凝土施工控制要點(diǎn)

4.1 鐵皮溜槽的搭設(shè)

4.1.1 搭設(shè)混凝土溜槽坡比的控制

混凝土采用皮帶機(jī)配合溜槽入倉(cāng)根據(jù)實(shí)際倉(cāng)面情況只能采用溜槽施工。根據(jù)實(shí)際施工情況溜槽坡比一般控制在1∶1.3～1∶1.5之間較好。這樣的坡比混凝土離析能得到控制，而且混凝土入倉(cāng)效率最佳。

4.1.2 溜槽減速裝置

當(dāng)皮帶機(jī)下料口距倉(cāng)面高差大且倉(cāng)面小一級(jí)溜槽無(wú)法施工需設(shè)多個(gè)“之”字形溜槽才能入倉(cāng)時(shí)選用減速溜筒。減速溜筒布置在溜槽的“之”字形拐角處，采用1.50mm的鐵皮卷成40cm的圓筒，在與上層溜槽接口處開一洞口將溜槽的下料口直接入溜筒內(nèi)，溜筒下口接入下層溜槽內(nèi)，這樣避免了混凝土在溜槽中的離析，溜筒坡比控制在1∶0.2～1∶0.5為宜。

4.1.3 溜槽的下料口采用串筒

為了減少混凝土離析，在溜槽入倉(cāng)處設(shè)混凝土串筒入倉(cāng)，這樣避免了混凝土澆筑時(shí)人工移動(dòng)溜槽的麻煩，節(jié)省人工保證了混凝土的入倉(cāng)質(zhì)量。(見圖8)。

圖8 皮帶機(jī)配合溜槽入倉(cāng)

4.2 混凝土離析控制

混凝土的溜槽入倉(cāng)最關(guān)鍵的是防止混凝土離析，該工程主要做法：調(diào)整外加劑用量，減少混凝土的坍落度損失，增加混凝土的和易性；適當(dāng)調(diào)整緩凝劑、減水劑，減少水、水泥用量，增加粉煤灰用量；粗骨料采用連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料采用中砂；嚴(yán)格控制混凝土的出機(jī)口坍落度(出機(jī)口坍落度控制在13cm左右，入倉(cāng)坍落度控制在11cm左右)；縮短運(yùn)輸時(shí)間，避免混凝土運(yùn)輸車輛在受料斗前長(zhǎng)時(shí)間等候，從而加快混凝土入倉(cāng)速度，減少坍落度損失。

5 結(jié) 語(yǔ)

蓮花臺(tái)水電站施工時(shí)，由于左壩段沒有施工道路，常態(tài)混凝土入倉(cāng)只能從右岸向左岸推進(jìn)。通過巧妙設(shè)計(jì)，精心安裝，利用已成型碾壓混凝土大壩，在壩頂左岸頂部布置一套皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，解決了左岸未完成的常態(tài)混凝土施工澆筑任務(wù)，運(yùn)轉(zhuǎn)情況充分驗(yàn)證了該方案的可行性與安全性，縮短了工期，為大型水電工程中選用皮帶混凝土運(yùn)輸積累了豐富施工經(jīng)驗(yàn)，解決了該工程主體混凝土施工與副壩施工時(shí)段相互制約的矛盾。