夾巖水利樞紐工程泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造安裝過(guò)程分析

明星 覃志強(qiáng)

摘要：大型水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備制造、安裝過(guò)程復(fù)雜，精度要求高，且由于施工現(xiàn)場(chǎng)條件變化，很難在設(shè)計(jì)階段完全論證全面。介紹了夾巖水利樞紐工程泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備初設(shè)、技施及制安過(guò)程，從設(shè)計(jì)角度論證了各項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)以及處理措施。針對(duì)安裝過(guò)程中邊界條件發(fā)生變化，引起安裝方案調(diào)整問(wèn)題，結(jié)合工期要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定了增設(shè)1 286.88 m臨時(shí)吊裝平臺(tái)方案。實(shí)踐表明，調(diào)整后的方案可保證泄洪洞土建與金屬結(jié)構(gòu)安裝工作同時(shí)進(jìn)行，確保安裝工作按時(shí)完成。

關(guān)鍵詞：泄洪洞;金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備;制造安裝;設(shè)計(jì)調(diào)整;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號(hào)：TV651.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.010

Abstract：The manufacturing and installing process of metal structure equipment of large-scale hydropower projects can not be fully demonstrated in the design stage due to complexity， high accuracy requirement and in-site condition variation. The initial design， technical construction design， manufacturing and installing process of metal structure of spillway tunnel of the Jiayan Hydro-complex Project were introduced and the difficulties are demonstrated in terms of the design and the treatment measures were provided. According to the changed boundary conditions in the installing process， the installing scheme was adjusted. The temporary lifting platform at EL 1286.88 m was added by considering the schedule and comparing the technical and economical factors in site. The practice showed that the adjusted scheme ensured that the spillway construction and metal structure installment were conducted at the same time， which met the schedule requirement.

Key words： spillway; metal structure equipment; manufacturing and installing; design adjustment; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）是迄今為止貴州省內(nèi)最大的水利工程，包括水源工程、畢大供水工程及輸水工程3個(gè)部分。其中，水源工程總體布置為：河床布置混凝土面板堆石壩，最大壩高154.0 m，最大壩寬445.797 m，壩頂長(zhǎng)428.93 m;左岸依次布置開(kāi)敞式溢洪道、泄洪洞、放空洞;右岸布置壩后引水發(fā)電系統(tǒng)。在左岸泄洪洞進(jìn)口處設(shè)置1扇平面事故閘門與1扇弧形工作閘門，用于水庫(kù)汛期泄洪及水庫(kù)上部騰空庫(kù)容。

2 泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在左岸泄洪洞進(jìn)口處設(shè)置尺寸為35.5 m×18.0 m×96.0 m（長(zhǎng)×寬×高）豎井（含排架），后接無(wú)壓隧洞，進(jìn)口處設(shè)置5.5 m×8.0 m平板事故檢修閘門1扇，下游5.5 m處設(shè)置5.5 m×6.0 m弧形工作閘門1扇，閘門底檻高程為1 265.00 m。

2.1 初設(shè)階段

事故閘門設(shè)計(jì)為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承采用簡(jiǎn)支式定輪，門體上共設(shè)置有10套簡(jiǎn)支輪。為實(shí)現(xiàn)輪子在安裝時(shí)的平面調(diào)心，采用偏心輪軸方式，軸承形式為自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，閘門止水設(shè)置在閘門的下游面，在門楣頂部下游1.9 m處設(shè)置1.0 m×5.5 m通氣孔，通氣孔面積為5.5 m2，門體重105 t，采用II型門槽，埋件工作段主軌主材為ZG35Cr1Mo合金鑄鋼，埋件重170.5 t（含二期鋼襯），選用1套QPG2×2500kN-70m高揚(yáng)程卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，為輔助啟閉機(jī)零部件的安裝、維護(hù)檢修工作，在啟閉機(jī)室內(nèi)1 355.70 m處設(shè)置1臺(tái)單梁橋吊，容量為160 kN，揚(yáng)程為13 m。

弧形工作閘門設(shè)置為直支臂，球鉸結(jié)構(gòu)，弧門半徑為12 m，支鉸中心高程為1 274.50 m，支鉸高度距離閘門底檻9.5 m，采用進(jìn)口自潤(rùn)滑球面關(guān)節(jié)軸承。設(shè)置π形閘門檢修平臺(tái)，閘門檢修平臺(tái)高程為1 274.00 m，主梁及支臂采用箱型結(jié)構(gòu)，頂止水采用轉(zhuǎn)鉸止水與壓蓋式P形止水相結(jié)合的形式，門體重163.65 t，埋件重88.71 t（含支鉸鋼梁、鋼襯），啟閉機(jī)選用1套QHSY3000kN/1100kN-10m的潛孔弧形閘門液壓式啟閉機(jī)，為方便啟閉機(jī)液壓油缸等零部件的安裝、維護(hù)檢修及拆卸等操作，在井筒高程1 302.82 m處設(shè)置1套檢修橋吊，容量為320 kN，揚(yáng)程為16 m。

2.2 技施階段

技施階段主要根據(jù)初設(shè)階段資料進(jìn)行制造（加工）、安裝條件下的詳圖設(shè)計(jì)等工作，主要對(duì)2扇閘門及啟閉設(shè)備進(jìn)行局部修改。

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，事故閘門主要變化包括：①主支承采用簡(jiǎn)支輪，設(shè)置8套;②啟閉采用1套QPG5000kN-67m固定高揚(yáng)程卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī);③通氣孔調(diào)整為2個(gè)，尺寸調(diào)整為1.2 m×2.5 m，總通氣面積為6 m2;④調(diào)整后門體重116.517 t，埋件重147.522 t（含二期鋼襯）。

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，調(diào)整后的弧形工作閘門重167.386 t，埋件重98.107 t（含支鉸鋼梁、鋼襯）。

2.3 初設(shè)與技施階段修改分析對(duì)照

根據(jù)事故閘門施工圖階段驗(yàn)算及技術(shù)論證，由于62 m深的門槽對(duì)啟閉機(jī)吊頭及鋼絲繩運(yùn)行有影響，會(huì)出現(xiàn)頂部鋼絲刮擦混凝土槽問(wèn)題，且考慮充水閥的安全性及水流條件，將初設(shè)階段雙吊點(diǎn)調(diào)整為技施階段的單吊點(diǎn)，啟閉機(jī)由原2×2 500 kN調(diào)整為5 000 kN。主支承為保證多輪的接觸面，將原10套輪子調(diào)整為8套，采用偏心輪?；⌒喂ぷ鏖l門技施階段與初設(shè)階段無(wú)較大變化，僅局部調(diào)整。初設(shè)與技施階段的具體對(duì)照見(jiàn)表1。

3 泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)制造、安裝

泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)閘門部分在金屬結(jié)構(gòu)廠內(nèi)加工制造，輪子、支鉸裝置通過(guò)外協(xié)有資質(zhì)的廠家鑄造，并在場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行預(yù)（總）拼裝，經(jīng)出廠驗(yàn)收合格后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

制造過(guò)程中，鑄鋼件輪子、鉸座及鉸鏈澆筑出現(xiàn)多次廢件情況，主要原因?yàn)殍T造體積過(guò)大，且為整體鑄造，合理解決該問(wèn)題需要提高流動(dòng)性，選擇高合金元素。側(cè)軌不銹鋼座板采用整體鏜床溝槽，為了保證高速水流平順，制造難度較大。

3.1 技施階段泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)安裝方案

技施設(shè)計(jì)階段，事故閘門埋件及弧形閘門埋件安裝方案為：待井筒澆筑完成后，埋件通過(guò)上游臨時(shí)施工道路運(yùn)至洞內(nèi)，采用臨時(shí)鋼排架及25 t汽車吊進(jìn)行吊裝定位，焊接牢固后澆筑二期混凝土;弧形閘門的鋼梁及底部支座，從泄洪洞后部運(yùn)至洞內(nèi)，使用汽車吊配合預(yù)埋的U形吊鉤和配合手拉葫蘆進(jìn)行吊裝。

在高程1 329.200 m檢修平臺(tái)上按照事故閘門門體部分，將3塊門體進(jìn)行拼裝后，再焊接成整體，后再裝止水及側(cè)輪等部件?；⌒喂ぷ鏖l門門體從上游公路運(yùn)至井筒內(nèi)，分3塊門體、4節(jié)支臂、2套支鉸裝置，在閘門槽內(nèi)進(jìn)行拼裝，再焊接成整體。

對(duì)于卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的安裝，擬采用汽車吊從高程1 329.200 m平臺(tái)上直接將機(jī)架、鋼絲繩及其他部件吊裝至高程1 348.700 m安裝平臺(tái)，卷筒采用啟閉機(jī)室吊物配合排架進(jìn)行吊裝。液壓閉機(jī)從高程1 329.200 m吊物孔吊入至高程1 286.882 m啟閉機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行安裝。

3.2 實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)安裝方案

因泄洪洞出口處存在地質(zhì)災(zāi)害，從出口道路運(yùn)輸金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)洞內(nèi)的方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)，且由于工期緊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)井筒澆筑完成后再進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)安裝工作，現(xiàn)場(chǎng)安裝方案需調(diào)整為與土建井筒澆筑同步施工，保證金結(jié)安裝不占用土建澆筑直線工期。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，后經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，采用在泄洪洞進(jìn)口左側(cè)修筑混凝土擋墻及回填石渣，增加高程1 286.882 m吊裝平臺(tái)及加固高程1 329.20 m工作門頂板梁結(jié)構(gòu)方案。

（1）鋼梁、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸（含附件）、檢修橋吊吊裝。在泄洪洞井筒左側(cè)原C25貼坡混凝土處回填石渣，回填至高程1 286.882 m，前段設(shè)置混凝土擋墻，頂部高程為1 280.00 m，布置1臺(tái)130 t汽車吊分3次吊裝鋼梁、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸（含附件）、檢修橋吊設(shè)備。

分以下3個(gè)階段進(jìn)行吊裝（見(jiàn)圖1～3）：①采用130 t汽車吊吊裝鋼梁，汽車吊沿縱軸線布置在泄0+019.305 m、旋轉(zhuǎn)中心距井筒左側(cè)邊線約5 m處，汽車吊工作幅度為14 m，臂長(zhǎng)29.56 m，起吊容量（30.2 t）大于鋼梁（22.6 t）。②采用130 t汽車吊吊裝液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸（含附件），汽車吊沿縱軸線布置在泄0+026.260 m、旋轉(zhuǎn)中心距井筒左側(cè)邊線約5 m處，汽車吊工作幅度為14 m，臂長(zhǎng)29.56 m，起吊容量（30.2 t）大于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)最重件（24 t）。③采用130 t汽車吊吊裝檢修橋吊，汽車吊沿縱軸線布置在泄0+019.305 m、旋轉(zhuǎn)中心距井筒左側(cè)邊線約9 m處，汽車吊工作幅度為18 m，臂長(zhǎng)37.84 m，起吊容量（19.6 t）大于檢修橋吊最重件（16 t）。

該方案合理利用井筒澆筑后混凝土凝固時(shí)間進(jìn)行設(shè)備的吊裝。在澆筑到高程1 286.882 m和1299.00 m時(shí)分3次進(jìn)行吊裝，滿足整體的工期及現(xiàn)場(chǎng)的需要。該方案需修筑混凝土擋墻及回填石渣，回填量約8 500 m3，且為保證井筒側(cè)墻穩(wěn)定性，待吊裝完成后清除回填石渣。

（2）事故閘門卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝。根據(jù)泄洪洞井筒、交通橋處的整體布置，經(jīng)過(guò)復(fù)核交通橋荷載、卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒重量及高程1 329.200 m平臺(tái)尺寸，初擬采用1臺(tái)QAY240汽車吊進(jìn)行吊裝，吊裝時(shí)4個(gè)支腿（8個(gè)集中點(diǎn)）合計(jì)總承重：34 t（卷筒）+72 t（汽車吊整機(jī)重量）+75 t（平衡配重）=181 t。在吊裝過(guò)程中，上游側(cè)2個(gè)支腿最大運(yùn)行載荷為80 t，需對(duì)平臺(tái)處進(jìn)行加固處理，且支腿必須放置在主梁上。具體吊裝方案為：將卷筒運(yùn)輸至泄洪洞井筒左側(cè)石渣回填處（高程1 286.882 m），并將卷筒卸至軸線與泄洪洞水流方向平行，并靠近井筒外緣側(cè)，方便上部吊裝。啟閉機(jī)卷筒吊裝示意見(jiàn)圖4。

QAY240 t汽車吊布置在檢修平臺(tái)高程1329.200 m梁板上（弧形閘門孔頂梁上），240 t汽車吊工作幅度為14 m，臂長(zhǎng)38 m，起吊容量（36 t）大于卷筒最重件（33.4 t），滿足吊裝要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

夾巖工程泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)踐表明，應(yīng)該注重現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸條件、安裝場(chǎng)地及設(shè)備的操作空間等實(shí)際情況對(duì)前期設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用。在初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)深入考量設(shè)備設(shè)計(jì)的邊界條件，著重分析研究現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，論證制造工藝，保證安裝順利進(jìn)行，以達(dá)到預(yù)期效果。

大型項(xiàng)目金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備制造、安裝過(guò)程復(fù)雜，精度要求高，且隨施工現(xiàn)場(chǎng)邊界條件的變化而變化，通常很難在設(shè)計(jì)階段完全論證清楚。夾巖工程泄洪洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及現(xiàn)場(chǎng)安裝方案論證及實(shí)施過(guò)程，可為后續(xù)貴州省“十四五”規(guī)劃的14座大型水庫(kù)工程的設(shè)計(jì)工作積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為類似金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝提供借鑒。

（編輯：李 慧）