大跨度、超高雙向門機(jī)快速安裝工藝解析

黃斌

摘? 要：大藤峽水利樞紐左岸泄水壩段壩頂布置1臺容量2×2500 kN的雙向門機(jī)，用于泄水閘事故門的啟閉工作。門機(jī)具有安裝位置受限、框架高、跨度大、單部件重量重等特點(diǎn)，且門機(jī)框架采用傳統(tǒng)纜風(fēng)繩固定安裝或內(nèi)框架剛性安裝的方法，存在諸多不便，也不能滿足安裝進(jìn)度要求。該文結(jié)合門機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹一種巧妙利用門機(jī)自身設(shè)備，采用門機(jī)主梁與端梁形成臨時框架的主梁框架法，配合負(fù)重移動履帶吊進(jìn)行吊裝的工藝方法。安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了大跨度，超高雙向門機(jī)的安裝。為后續(xù)同類型門機(jī)快速安裝施工積累經(jīng)驗，為超高度框架吊裝設(shè)備選型提供了參考，為對門機(jī)安裝如何工藝優(yōu)化、提高施工效率提供可借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：大藤峽;雙向門機(jī);快速安裝;設(shè)備選型;施工效率

中圖分類號：TV66? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

雙向門機(jī)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、起重容量大等特點(diǎn)，因此是水利工程中常用的一種啟閉設(shè)備。但受制于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，門架部件一般為廠內(nèi)預(yù)裝后散件運(yùn)輸至工地，進(jìn)行現(xiàn)場組裝。然而隨著國內(nèi)加工制造業(yè)的發(fā)展和交通運(yùn)輸能力的不斷提升，門機(jī)門架部件的單件重量及外形尺寸也越做越大，造成現(xiàn)場安裝難度進(jìn)一步提升。在門機(jī)安裝中，門腿固定則是安裝中最重要的一個環(huán)節(jié)。如何選擇合理的吊裝設(shè)備，科學(xué)的加固方法，安全穩(wěn)定地固定門腿，是每一臺門機(jī)安裝必須因地制宜深入研究的問題。該文結(jié)合大藤峽左岸壩頂雙向門機(jī)特點(diǎn)，從門架固定、主吊設(shè)備選型等方面重點(diǎn)介紹了門機(jī)快速安裝工藝，為同類型門機(jī)安裝提供經(jīng)驗積累。

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°01′，北緯23°28′，是紅水河梯級規(guī)劃中最末一個梯級。大藤峽水利樞紐是一座以防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關(guān)鍵性工程。水庫正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，總庫容34.79×108m3，總裝機(jī)容量1 600 MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大（1）型工程。大藤峽左岸泄水閘布置21孔弧形工作門，用于工程的水利調(diào)度。為保證弧門的正常檢修，弧門上游側(cè)設(shè)置有3套事故門，事故門采用壩頂雙向門機(jī)進(jìn)行啟閉[1]。

1 門機(jī)安裝常用方法

對于壩頂門機(jī)的安裝，其關(guān)鍵步驟就是門架的組裝。門機(jī)組裝過程中，涉及行走機(jī)構(gòu)的固定、門腿的安裝、主梁的安裝等工序。工序過程中因結(jié)構(gòu)件重、大。因此門架的固定就是一個關(guān)鍵的技術(shù)難題。如何保證門架從行走機(jī)構(gòu)組裝、門腿固定、主梁吊裝形成安全高效的施工。是保證門機(jī)工藝的關(guān)鍵所在。對門架組裝固定，傳統(tǒng)施工中常用的有纜風(fēng)繩加固和內(nèi)框架加固法。

1.1 纜風(fēng)繩加固法

纜風(fēng)繩加固是采用在門機(jī)組裝場地預(yù)埋地錨，在大車行走結(jié)構(gòu)和下橫梁就位固定后，按順序進(jìn)行門腿吊裝，每吊裝1根門腿，就采用提前固定在門腿上的纜風(fēng)繩沿軸線和縱向2個方向進(jìn)行加固，然后在結(jié)合實際情況增加其他輔助纜風(fēng)繩。纜風(fēng)繩與地面的夾角一般≤60°，故纜風(fēng)繩加固法對場地要求寬闊，地錨設(shè)置合理。并且纜風(fēng)繩不能影響吊裝設(shè)備的吊裝。其典型加固如圖1所示。

1.2 內(nèi)框架加固法

內(nèi)框架加固是在門機(jī)組裝場地門機(jī)內(nèi)側(cè)，按照門機(jī)比例制作一個高度約為門機(jī)高度2/3的立柱框架，所有門腿的臨時固定采用臨時與內(nèi)框架剛性連接。同時內(nèi)框架也可以作為吊裝的施工平臺。此方案可以有效利用門機(jī)安裝工位。適用于安裝場地受限的部位。但存在內(nèi)框架立柱制作周期長、施工成本高等弊端。其典型的加固形式如圖2所示。

1.3 主梁框架法

主梁框架法是采用大車行走機(jī)構(gòu)、底橫梁及1根主梁先形成一個穩(wěn)定的地盤。然后開始由遠(yuǎn)及近的依次進(jìn)行門腿和主梁的吊裝。在其中1個主梁就位后，在將受力框架轉(zhuǎn)換到行走機(jī)構(gòu)、底橫梁、門腿及就位的主梁形成的穩(wěn)定框架上。從而解除底部臨時主梁的受力，然后再利用主吊設(shè)備將主梁吊裝就位的方法。利用主梁作為臨時加固支撐，有效地提高了設(shè)備的利用率，同時采用門機(jī)自帶設(shè)備作為剛性連接框架，即節(jié)約了施工成本，又提高了安全性。主梁框架法主要安裝步驟如圖3所示。

1.4 方案對比

通過上述方案介紹可知，纜風(fēng)繩加固法適用于安裝空間大，門腿較短的門機(jī)安裝，但受纜風(fēng)繩的布置的影響 ，在后續(xù)設(shè)備吊裝中存在剮蹭風(fēng)險較高。

內(nèi)框架法安裝方法適用于施工空間較為狹小的區(qū)域，同時可以形成很好的安裝平臺。但內(nèi)桁架制作周期長，制作成本大。

主梁框架法利用設(shè)備自身構(gòu)件進(jìn)行固定，巧妙地利用設(shè)備自身材料、且施工周期短、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，門機(jī)主梁自身剛度大，框架穩(wěn)定性有保障。適用于大跨度、超高門機(jī)的門機(jī)門腿安裝固定。

2 大藤峽壩頂門機(jī)安裝方案選定

大藤峽壩頂門機(jī)共設(shè)置2臺，其中1臺布置在進(jìn)水口，用于進(jìn)水口攔污柵、檢修門、事故門的啟閉工作。一臺布置在泄水閘，用于泄水閘事故門的啟閉機(jī)，及弧形工作門油缸的檢修工作。兩門機(jī)主要參數(shù)相同，具體結(jié)構(gòu)略有差別，門機(jī)跨度19 m，共用壩頂540 m長的軌道。

該文以大藤峽泄水閘壩頂門機(jī)安裝為例進(jìn)行分析。大藤峽泄水采用閘壩結(jié)構(gòu)，總寬度約69 m，共分3個區(qū)，其中壩頂門機(jī)布置在一區(qū)。一區(qū)可用寬度約30 m。但受水工結(jié)構(gòu)限制，存在較多的孔洞，不利于地錨設(shè)置和纜風(fēng)繩布置。且工期緊張。傳統(tǒng)的纜風(fēng)繩加固法及內(nèi)框架加固法進(jìn)行門架固定，不適用。為解決此難題。筆者與工程建設(shè)人員在傳統(tǒng)門腿加固工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合大藤峽門機(jī)特點(diǎn)和工期要求，分析總結(jié)、科學(xué)計算、就地取材，巧妙地利用門機(jī)主梁作為臨時加固支撐，大膽提出主梁框架法。安全、優(yōu)質(zhì)高效地完成門機(jī)安裝。其中門機(jī)安裝場地布置如圖4所示。

2.1 大藤峽門機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大藤峽壩頂雙向門機(jī)由主小車機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)吊、駕駛室、電氣設(shè)備以及機(jī)房等組成，總重約880.8 t，揚(yáng)程70 m，門機(jī)總高46.877 m，長21.272 m，跨度為19 m。

其中門架由行走機(jī)構(gòu)、底橫梁、門腿、中橫梁、主梁、端梁及踏板組成。門腿為箱型梁結(jié)構(gòu)，共4件，單重約47 066 kg，最大外形尺寸均為27 856 mm×2 780 mm×2 100 mm。主梁為箱型梁，含邊梁、懸臂梁的接頭部位及小車軌道，最大外形尺寸為27 000 mm×3 600 mm×2 410 mm，單重約60 777.3 kg。

2.2 門機(jī)安裝特點(diǎn)及難點(diǎn)

特點(diǎn)及難點(diǎn)包括6點(diǎn)。1）受工程進(jìn)度影響，門機(jī)安裝施工場地受限，門機(jī)部件拼裝及吊車的擺布困難。2）門機(jī)安裝中的大件及超大件較多，吊裝難度大。3）小車架部分構(gòu)件需在空中拼裝，吊裝和拼裝均困難。4）門機(jī)安裝時臨邊、高空作業(yè)，施工難度大，危險系數(shù)高。5）門機(jī)安裝過程中，吊車起升高度和回轉(zhuǎn)半徑大，與周邊施工設(shè)備干擾大。6）受到貨影響，門機(jī)安裝工期緊。

3 門機(jī)安裝

3.1 門機(jī)安裝主要工藝

結(jié)合門機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及安裝特點(diǎn)，大藤峽壩頂門機(jī)安裝采用主梁框架法進(jìn)行。主要安裝工藝如下：設(shè)備清點(diǎn)→設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)→主吊就位→門架安裝→起升結(jié)構(gòu)安裝→屋頂安裝→電氣設(shè)備安裝→穿絲調(diào)試→負(fù)荷試驗[2]。

3.2 設(shè)備清點(diǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)

設(shè)備到貨且安裝工位形成條件后，將主梁、門腿、大車行走機(jī)構(gòu)、小車、下橫梁、中橫梁、邊梁以及減速器等大件按照安裝順序分批次運(yùn)至安裝現(xiàn)場。其中門腿、主梁、小車車架、平衡梁、下橫梁、中橫梁、邊梁、卷筒以及減速器等均采用平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝現(xiàn)場，大車行走臺車、小車行走臺車等附件均采用18 t載重汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝現(xiàn)場。

3.3 主吊就位

結(jié)合門機(jī)到貨情況及圖紙可知，門機(jī)的主要構(gòu)件尺寸見表1。

其中門機(jī)大件最重為主梁61.34 t，最長件為門腿27.85 m，受場地限制采用傳統(tǒng)的汽車吊無法滿足吊裝要求。通過現(xiàn)場分析，大藤峽門機(jī)安裝采用對空間要求小且能負(fù)載行走的履帶吊作為主吊設(shè)備。通過對安裝工位進(jìn)行模擬，采用400 t履帶吊作為主吊設(shè)備。選用56 m主臂工況滿足起吊要求。其中最重件就位如圖5所示。

3.4 門架安裝

門架主要包括大車行走機(jī)構(gòu)、下橫梁、門腿、主梁等結(jié)構(gòu)，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其主要吊裝工藝如下。

3.4.1 行走臺車安裝

門機(jī)行走臺車共8件，單件重4920.1kg，外形尺寸均為2450m×1593m×1210m。行走臺車2共4件，單件重4959.5 kg，外形尺寸均為2500m×1593m×1210m。門機(jī)平衡梁共有4件，單重2 899.3 kg。下橫梁共2件，單重約23 473 kg，外形尺寸為19700mm×1540mm×1511mm。

根據(jù)設(shè)計圖紙，按廠家提供的編號進(jìn)行清理，然后根據(jù)先吊裝行走臺車、平衡梁，再按吊裝下橫梁的順序進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝。

將其中一件大車行走機(jī)構(gòu)吊放在控制點(diǎn)位置定位，采用20號的槽鋼進(jìn)行臨時加固。將平衡梁吊裝就位，對行走結(jié)構(gòu)及平衡梁的軸銷進(jìn)行連接，并對大車車輪垂直傾斜△h、前后車距、定位尺寸進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完后進(jìn)行穩(wěn)定加固。檢查大車跨度L1、L2相對差，大車車輪傾斜度、同一邊梁上車輪同位差符合設(shè)計圖紙，進(jìn)行下橫梁的安裝。

下橫梁為箱型梁安裝，按編號及上下對應(yīng)位置用400 t履帶吊吊至大車行走機(jī)構(gòu)的支座上，用螺栓與大車行走機(jī)構(gòu)支座固定。以構(gòu)件端頭中心線為找正基準(zhǔn)檢測大車跨度、橋架對角線相對差、大車車輪傾斜度、同一邊梁上車輪同位差等參數(shù)符合設(shè)計圖紙要求。吊裝下橫梁就位后，采用同樣方法進(jìn)行相關(guān)幾何尺寸檢查調(diào)整，同時擰緊各連接螺栓，檢查對位標(biāo)記，并用塞尺檢查結(jié)合面間隙，用水準(zhǔn)儀檢查上頂面高程及相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸.擰緊螺栓過程中，注意扭力力矩的規(guī)定值。安裝完成后再次用[20號槽鋼對下橫梁進(jìn)行加固。

3.4.2 主梁框架形成

待大車行走機(jī)構(gòu)及下橫梁加固完成后，采用400 t履帶吊將1#主梁臨時吊裝到上、下游的下橫梁上，將上、下游側(cè)下橫梁連接起來，形成主梁框架的下框架。形成框架并采用臨時筋板將1#主梁與下橫梁固定。固定后結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3.4.2.1 主梁框架受力分析

結(jié)合大藤峽工程所在地的特點(diǎn)及相關(guān)氣候條件。實查桂平風(fēng)壓為35 kg/m2，按1.4倍的安全系數(shù)，取50 kg/m2進(jìn)行分析計算：

3.4.2.2 門腿及橫梁受順?biāo)黠L(fēng)力計算

結(jié)合上表各構(gòu)件的尺寸可知。單根門腿截面尺寸為：1.2×27m，中橫梁截面尺寸為1.3×15m，取橫梁一半進(jìn)行計算。

3.4.3 門腿及中橫梁安裝

門腿為箱型梁結(jié)構(gòu)，共4件，門腿單重約47 066 kg，最大外形尺寸均為27856mm×2780mm×2100mm。門腿吊裝前先在門腿周邊焊接臨時爬梯及頂部的施工平臺。

利用履帶吊按照由遠(yuǎn)及近的順序進(jìn)行門腿的吊裝，在門腿安裝前，應(yīng)認(rèn)真檢查門腿與底橫梁接觸面的情況，接觸面應(yīng)無高點(diǎn)毛刺，且門腿與底橫梁接觸面組合螺栓應(yīng)準(zhǔn)備好，并準(zhǔn)備必要的過眼沖等設(shè)備便于門腿就位。另以門機(jī)軌道中線為基準(zhǔn)，假設(shè)經(jīng)緯儀、控制門腿就位的傾斜度和中心線。門腿吊裝應(yīng)準(zhǔn)備充分，連續(xù)作業(yè)完成后，及時進(jìn)行主梁吊裝，防止因不可預(yù)見的因素導(dǎo)致安全事故，造成損失，門腿吊裝完畢后，形成框架如圖7所示。

3.4.4 主梁安裝

主梁為箱型梁，含邊梁、懸臂梁的接頭部位及小車軌道，最大外形尺寸為27000mm×3600mm×2410mm，單重約

60 777.3 kg;邊梁的最大尺寸為8800mm×2800mm×1800mm，重約13 786 kg，主梁為整機(jī)安裝中尺寸最重件，吊運(yùn)時必須足夠重視，保障安全。

先將靠左岸側(cè)的主梁吊裝就位，進(jìn)行整體幾何尺寸檢查（用大卷尺、經(jīng)緯儀）確認(rèn)對位定位標(biāo)記符合，達(dá)到尺寸精度后，進(jìn)行斷焊加固。解除作為臨時支撐的主梁，調(diào)出主梁，采用相同方法將主梁就位。2根主梁就位后，對門架進(jìn)行整體幾何尺寸的檢查，并用水準(zhǔn)儀在主梁面上進(jìn)行主梁高程和上拱度檢查，符合要求后進(jìn)行主梁與門腿焊接。

門機(jī)門腿與主梁組裝完成，經(jīng)檢查合格符合要求后，進(jìn)行錯牙調(diào)整并進(jìn)行定位點(diǎn)焊。定位點(diǎn)焊的焊接長度為50 mm以上，間距為300 mm～350 mm，焊高不超過板厚的1/3，且最厚不超過6 mm。定位焊在正式焊接時，應(yīng)進(jìn)行清根處理，檢查點(diǎn)焊的質(zhì)量，如有裂紋、氣孔和影響焊接的焊瘤等缺陷應(yīng)清理進(jìn)行補(bǔ)焊。采用分層分段焊接，分段長度為150 mm～500 mm，且每條焊縫均采用多層多道焊接，每段焊接的接頭應(yīng)焊接成緩坡，每層的接頭應(yīng)錯開超過100 mm，以保證段間接頭有良好過渡。

3.4.5 回轉(zhuǎn)吊機(jī)構(gòu)安裝

回轉(zhuǎn)吊平臺單重約14 371.5 kg，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單重約5 943 kg，回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)單重約7 482.1 kg。采用400 t履帶吊或80 t汽車吊吊裝就位，水準(zhǔn)儀檢測上部回轉(zhuǎn)平臺的平面度，經(jīng)緯儀檢測回轉(zhuǎn)中心與懸臂量支鉸中心的同軸度，鋼卷尺、吊線檢測回轉(zhuǎn)吊半徑，調(diào)整各項尺寸符合設(shè)計圖紙要求?；剞D(zhuǎn)吊回轉(zhuǎn)平臺及支承裝置吊裝完成后，進(jìn)行司機(jī)室、電氣設(shè)備、機(jī)房、臂桿的吊裝，電氣設(shè)備安裝及調(diào)試以及鋼絲繩安裝及負(fù)荷試驗。

3.4.6 起升機(jī)構(gòu)安裝

待門機(jī)門框形成后，利用履帶吊結(jié)合安裝順序逐步完成小車、滾筒、減速箱、屋頂?shù)雀綄僭O(shè)備安裝，同步開展電氣設(shè)備的安裝。

小車由小車行走機(jī)構(gòu)、小車架、定滑輪、卷筒、減速器、電動等組成，總重量228 971.7 kg。根據(jù)設(shè)計圖紙將小車行走機(jī)構(gòu)在已安裝好的軌道上進(jìn)行定位并做臨時加固和標(biāo)記。吊裝上游側(cè)的小車行走機(jī)構(gòu)并固定。接著吊裝小車架卷筒側(cè)，并與小車行走機(jī)構(gòu)連接。吊裝下游側(cè)的小車行走機(jī)構(gòu)并臨時固定。吊裝小車架定滑輪側(cè)，并與小車行走機(jī)構(gòu)連接。連接小車架卷筒側(cè)及定滑輪側(cè)之間的螺栓。小車架部分吊裝就位后，必須調(diào)整位置使之就位于中部，檢查車輪各參數(shù)，符合要求后進(jìn)行固定，進(jìn)行其他附件的吊裝。先進(jìn)行減速器吊裝，然后進(jìn)行卷筒吊裝，吊裝時要嚴(yán)密注意大小齒輪的對位和制動盤與制動器的插入，應(yīng)動作緩慢、細(xì)致，以防止碰撞造成各定位件和制動器的損傷。卷筒裝置就位后，把各緊固件及定位件安裝好后，應(yīng)進(jìn)行手動盤車檢查，確認(rèn)無誤后再拆除吊具。

小車架組裝完成后，將小車的電動機(jī)、定滑輪、制動器等進(jìn)行吊裝。各部件定位后將連接螺栓擰緊。按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行機(jī)械部件的組裝，調(diào)整同軸度及齒輪嚙合間隙、制動間隙、自動化元件相關(guān)參數(shù)。最后吊裝定滑輪組，平衡滑輪組并安裝固定。

3.4.7 鋼絲繩安裝及及相關(guān)試驗

電氣部分安裝完成后，先進(jìn)行通電試驗，通電試運(yùn)行后開始鋼絲繩的安裝。安裝前動滑車應(yīng)檢查注油，滑車內(nèi)不允許有異物存留。對起升機(jī)構(gòu)及減速器注油，采用門機(jī)設(shè)備上的20 t電動葫蘆配合逐根進(jìn)行鋼絲繩破勁處理，防止鋼絲繩穿繞后動滑車扭轉(zhuǎn)。將引繩與鋼絲繩連接，待鋼絲繩全部穿完后，將大車開至表孔部位，放下大鉤，調(diào)整2個卷筒上的鋼絲繩長度，并將多余部分截去。

待所有附件及單體試驗完畢后，進(jìn)行相關(guān)負(fù)荷試驗和取證工作。

4 工藝分析

大藤峽壩頂門機(jī)安裝，在吸取傳統(tǒng)施工工藝的基礎(chǔ)上，在門架固定方面采用獨(dú)特的主梁框架法，通過巧妙地使用主梁，在安裝過程中，通過2次主梁在不同部位的受力轉(zhuǎn)換，很好地解決了門機(jī)安裝工位施工空間受限，同時縮短了門機(jī)安裝工期，節(jié)約了安裝成本。通過框架受力的分析計算和實際的安裝過程證明，采用主梁進(jìn)行框架固定，滿足門架固定強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，提高門機(jī)安裝效率。

5 結(jié)語

大藤峽壩頂門機(jī)跨度大，門體結(jié)構(gòu)高，結(jié)構(gòu)尺寸大、單件重量重且面臨設(shè)備到貨晚，設(shè)備急需投入使用，現(xiàn)場通過對比傳統(tǒng)安裝方法，合理選擇吊裝設(shè)備，研究專用支撐方式，有效地解決了門架快速安全加固措施，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效安裝的要求。同時采用設(shè)備自身的構(gòu)件作為支撐，也大大節(jié)約了成本，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。在主吊設(shè)備選擇方面，選用了可以負(fù)載運(yùn)動的履帶吊，很好地解決了場地受限是大件設(shè)備吊裝問題。履帶吊作為主吊設(shè)備，便于取出底部主梁時間的空間轉(zhuǎn)換問題。使施工主梁框架法更好的發(fā)揮效益。通過對大跨度、超高壩頂雙向門機(jī)啟閉機(jī)快速安裝工藝進(jìn)行剖析，對過程中主吊設(shè)備選型和門架加固進(jìn)行介紹，為后續(xù)同類型設(shè)備安裝提供參考借鑒經(jīng)驗，達(dá)到資源共享，學(xué)術(shù)共鳴的目的。

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