東江水電站放空隧洞內(nèi)閘室橋機吊裝技術(shù)研究

曹岸斌

(廣東省源天工程有限公司， 廣東 廣州 511340)

1 工程概況

東江水電站位于湘江支流耒水上游，湖南省東南部資興市境內(nèi)。工程以發(fā)電為主，兼有防洪和工農(nóng)業(yè)用水等綜合效益。電站主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、壩后式廠房、兩岸潛孔滑雪式溢洪道、左岸一級放空兼泄洪隧洞(已封堵)、右岸二級放空隧洞。二級放空隧洞全長為675.35 m，為本樞紐最低泄水建筑物，僅用于水庫放空。二級放空隧洞設有2道閘門，第1道為事故閘門，采用鏈輪閘門、豎井式閘室，第2道為工作閘門，采用偏心鉸弧形閘門、封閉式閘室。工作閘門設在隧洞中部，距進口約330 m處，該閘室內(nèi)原布置有一套50/10 t橋機，橋機最大最重部件為橋架主梁，重為5.2 t，尺寸為8 000 mm×1 810 mm×1 200 mm，該橋機現(xiàn)已報廢，需進行拆除，重新安裝一套新橋機。

因閘室為封閉式且處于隧洞中部，汽車吊等常規(guī)吊裝機械無法駛?cè)胧┕がF(xiàn)場。此外，閘室頂部原預埋的地錨由于環(huán)境潮濕、年代久遠已完全銹蝕無法再用于吊裝。因此，現(xiàn)場不利條件給新橋機的吊裝帶了諸多困難，如何解決吊裝問題成為了新橋機更換的關鍵，在類似的狹小空間內(nèi)工程設備吊裝方面也存在類似的問題[1-2]。本文結(jié)合現(xiàn)場施工條件提出了一種安全、可靠、經(jīng)濟的吊裝方法，該方法具有一定的推廣應用價值。

2 吊裝方案及吊裝架結(jié)構(gòu)設計

通過對放空隧洞內(nèi)閘室和橋機的現(xiàn)場勘查，結(jié)合現(xiàn)有施工條件，決定采用如下吊裝方案：

1) 采用拔桿、卷揚機、手拉葫蘆等工具進行吊裝；

2) 將橋機分為主起升裝置、副起升裝置、小車架、橋架主梁(2件)五大件進行吊裝，安裝中盡量做到合理解體，以減小橋機各部件的重量和尺寸；

3) 在208.95 m高程處制作一個雙“A”型吊裝架，采用卷揚機作為動力進行吊裝；

4) 采用先拆除、后安裝的吊裝順序。

2.1 吊裝架結(jié)構(gòu)設計

1) 整體結(jié)構(gòu)設計

吊裝架由T型吊板、雙“A”型吊裝架、卷揚機、滑輪組、手拉葫蘆等起重設備組成(整體結(jié)構(gòu)布置如圖1所示)。在兩側(cè)橋架主梁之間對稱布置雙“A”型吊裝架，并且在隧洞頂部通過T型吊板固定吊裝架(如圖2所示)，最終整體的吊裝架安裝情況如圖3所示。

2) 結(jié)構(gòu)部件設計

① T型吊板

閘室頂部用8個M24×100的膨脹螺絲固定1塊600 mm×500 mm×30 mm的鋼板。在鋼板上以T字型角焊1塊300 mm×170 mm×30 mm鋼板，焊縫長度為300 mm，焊縫高度為16 mm。此鋼板上已割好吊耳孔作為主吊點，吊孔孔徑為Ф60 mm。

圖1 吊裝架整體結(jié)構(gòu)設計布置示意(單位：mm)

圖2 T型吊板在隧洞頂部的安裝效果

圖3 A型吊裝架現(xiàn)場整體安裝效果

② 雙“A”型吊裝架

雙“A”型吊裝架由4根Φ130 mm×6 856 mm、管壁厚度為10mm的普通無縫鋼管(GB/T 17395—1998)搭成，在鋼管與地面接觸截面上焊接1塊300 mm×300 mm×10 mm的鋼板，每塊板用4個M20×100的膨脹螺絲固定，四腳架“生根處”固定在軌道兩側(cè)澆筑的臺階上，同一側(cè)的兩管夾角為30°，在兩管中心位置和底部橫兩條角鐵將兩管搭焊牢固，用于加強支撐架的穩(wěn)定性，管與管的連接采用單“V”坡口，焊縫厚度為20 mm的焊接，形成“A字”?！癆字”支撐與已安裝好的T型鋼板焊接牢固，焊縫高度為16 mm。整個管架形成2個“A”字形搭起的支撐架，2個“A”字形支撐架的夾角為117°，且單個A形架重326 kg。

③ 起重設備

采用1臺5 t卷揚機連接2組10 t 三輪滑輪組吊裝，其倍率為6，最大起吊質(zhì)量為30 t。卷揚機固定在閘室▽197 m液壓系統(tǒng)操作臺基礎墩上，并且分別經(jīng)過閘室地面和▽207.95 m軌道層平臺右側(cè)兩次換向，閘室地面換向滑輪固定在副油缸座上，在軌道層平臺右側(cè)平臺中心位置用膨脹螺絲和鋼板固定另一換向吊點，已安裝好的T型鋼板吊耳上則掛一組10 t三輪滑輪組。

2.2吊裝架受力計算

2.2.1雙“A”型吊裝架受力分析

雙“A”型吊裝架4條管的受力是均勻的，該受力分析分兩步進行，先計算軌道同一側(cè)“A”型架的整體受力，再在“A”字形架上分解計算出單根管的受力。

圖4 吊裝架受力分析

① 單根管受力計算

令在N=6 323 kg重力作用下單根管承受的重量為F1=F2，且單根管與豎直方各夾角為15 °，可計算：

(1)

因此，右側(cè)單根鋼管的受力為：

(2)

起吊過程中“A”字形架單根鋼管承受的最大軸向壓力，等于吊物重量的壓力和牽引鋼絲繩的壓力之和。即：

F=F2+N管1=3 272.8+478.2=3 751 kg

(3)

② 鋼管抗壓承載力校核

由式(3)可知，起吊過程中鋼管承受的最大壓力F=3 751 kg<[N]。因此，該鋼管結(jié)構(gòu)支撐架的抗壓承載力完全滿足要求。

2.2.2吊裝架穩(wěn)定性校核計算

其中，壓桿長細比臨界值為100，桿兩端為鉸接，取μ=1，L=685.6 cm。應力采用長細桿計算，根據(jù)歐拉公式：

(4)

因此，穩(wěn)定性滿足要求。其中，E為材料彈性模量，對鋼材取E=2.1×106kg/cm2。

2.2.3T型板焊縫和吊孔剪力校核

T型板吊點材料選用Q235A鋼板，焊縫焊接采用506焊條，采用“單V”坡口，焊縫高度16 mm。焊縫剪應力可通過下式進行計算：

(5)

其中，N為吊物重量，為5 200×1.25=6 500 kg，hf焊縫腳尺寸等于1.6 cm，Lw為焊縫長度等于30 cm。

代入式(5)，可得τ=95.77 kg/cm2<[τ]=900 kg/cm2。

因此，T型板吊點焊接滿足要求。

T型板吊孔孔徑為Ф60 mm，其剪應力為：

(6)

因此，吊孔強度也滿足要求。

2.2.4A型吊裝架非平面內(nèi)受力

2.2.5軌道層平臺換向滑輪固定座和膨脹螺絲受力校核

(7)

因此，該換向滑輪固定座及螺絲的受力符合要求。

3 雙“A”型吊裝架試驗測試及吊裝作業(yè)

實際吊物部件最大重量為5 200 kg，按1.25倍的動荷載系數(shù)進行試驗。通過將6 500 kg配重塊運至閘室內(nèi)，用4條Φ36.5 mm的鋼絲繩，四點吊法將配重塊與吊裝設備連接。由專人指揮，啟動卷揚機，將配重塊吊起約100 mm，懸吊30 min后檢查吊裝架無異常，卷揚機抱閘準確且能及時制動。因此，可以確定該吊裝設備滿足實際吊裝要求，可投入使用。

3.1橋機小車拆除

小車最高點距地面高度為12.5 m，此時被拆除的橋機應該位于閘室進門口正上方位置，小車位于吊裝設備吊點正下方。

1) 將小車部件解體，用2條Φ36.5 mm的鋼絲繩，四點吊法將小車部件與吊裝設備連接。

2) 由專業(yè)起重指揮人員指揮，將小車部件吊起約200 mm，用2個5 t葫蘆將大車朝上游方向拖動，直至不遮擋小車部件的下落位置為止。

3) 操作卷揚機將小車部件下落放置在運輸平臺小車上。

4) 重復以上步驟將小車完全拆除。

3.2大車主梁安裝

1) 將主梁運抵現(xiàn)場后，在距主梁上表面中心1 500 mm處，4個點焊接Φ24 mm的圓鋼，圓鋼長100 mm，防止鋼絲繩滑動，且此時主梁為縱向放置。

2) 用4根Φ36.5 mm的鋼絲繩，采用單鉤掛四點的方式，用卸扣與鋼絲繩鎖住。

3) 卷揚機慢慢起升，施工人員利用麻繩將主梁轉(zhuǎn)動40°角度。

4) 大梁的安裝高程距地面10.95 m，當大梁起升至高于安裝高程200 mm的距離時，施工人員利用麻繩旋轉(zhuǎn)大梁，調(diào)整其角度直至大車行走輪正好與軌道吻合對接。

5) 操作卷揚機，慢慢將大梁放置在軌道上。

6) 解開鋼絲繩，清理場地。

7) 施工人員用2個5 t葫蘆將主梁1往上游方向移開，騰出主梁2的吊裝空間。主梁1安裝完畢，執(zhí)行上述步驟將另一根主梁2按同樣方式進行安裝。

4 結(jié)語

針對水電站放空隧洞等狹小空間內(nèi)的大型重物吊裝問題，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，巧妙地運用卷揚機、滑輪組以及現(xiàn)場設計制作的雙“A”型吊裝架等設備，并通過結(jié)構(gòu)受力分析與計算，保證該吊裝結(jié)構(gòu)的安全性及可行性，順利完成了大型重物的吊裝。該雙“A”型吊裝架及其安裝技術(shù)具有簡單、經(jīng)濟、實用、高效率的特點，在解決類似狹小空間內(nèi)大型機電設備安裝施工難題方面，具有較好的創(chuàng)造性和推廣性。