復(fù)雜邊界條件下巨型分瓣式座環(huán)吊裝技術(shù)研究

史永軒，謝曉容

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

隨著水電技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場對大型設(shè)備吊裝和組裝要求越來越高。本文通過大藤峽現(xiàn)場施工實(shí)際情況，針對座環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對三種吊裝方案的進(jìn)行分析、對比，在保證工期和成本的情況下，科學(xué)合理地選擇了吊裝方案。為后續(xù)大型設(shè)備在現(xiàn)場施工提供一種分析方法和途徑，具有一定的借鑒意義。

2 工程概述

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(gè)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34.79×108 m3，總裝機(jī)容量1600 MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程。

左岸廠房布置3臺單機(jī)200 WM軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)。水輪機(jī)廠家為浙富股份有限公司，發(fā)電機(jī)廠家為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司。水輪機(jī)座環(huán)為水下埋件中功能最大，施工難度最大，質(zhì)量要求最高的一個(gè)埋件[1，2]。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

座環(huán)由上環(huán)、下環(huán)和24只固定導(dǎo)葉焊接而成，座環(huán)凈重重量434.58 t，整體高度5240 mm，其中上環(huán)高度625 mm,固定導(dǎo)葉高度3920 mm，下環(huán)高度695 mm。外徑Φ17120 mm，座環(huán)分8瓣。最大瓣外形尺寸為6617 mm×2569 mm×5240 mm。凈重55.633 t。

4 吊裝方案比選

合同招標(biāo)文件，座環(huán)分6瓣，單瓣最重30 t，采用上游布置兩臺門機(jī)抬吊安裝，原投標(biāo)抬吊方案，單臺機(jī)塔吊在68 m作業(yè)范圍內(nèi)的額定起重量為19.14 t，抬吊時(shí)，取靜載系數(shù)1.1、不均勻系數(shù)1.1。在最大抬吊載荷為19.14 t×2/1.1×1.1=31.63 t?，F(xiàn)由于座環(huán)變更為單瓣最重55.633 t，超過原抬吊方案的最大抬吊重量，抬吊方案已不可行。為保證座環(huán)安裝，面對廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，周邊門塔機(jī)布置密等特點(diǎn)。在廠房橋機(jī)無法形成情況的下，如何在保證廠房主體結(jié)構(gòu)進(jìn)度的情況下，合理選擇吊裝方式，是大藤峽座環(huán)吊裝方式選擇的重要邊界條件[3]。

結(jié)合座環(huán)單瓣重量，擬采用的吊裝方法有以下幾種，方案分析對比如下。

(1)在進(jìn)水口填筑道路進(jìn)入蝸殼，采用350T履帶吊進(jìn)行吊裝的方案。

(2)在上游塔機(jī)軌道位置布置750 t履帶吊選擇超起工況進(jìn)行吊裝。

(3)在安裝間副廠房與廠區(qū)擋墻位置布置750 t履帶吊進(jìn)行吊裝。

5 采用350 t履帶吊吊裝方案分析

方案一：采用在流動內(nèi)布置350 t履帶吊吊裝方案。

5.1 吊裝設(shè)備選型

根據(jù)座環(huán)的重量、站車位置、作業(yè)最大作業(yè)半徑和吊車性能參數(shù)，座環(huán)吊裝用QUY350履帶式起重機(jī)作為主要吊裝設(shè)備，作業(yè)工況為S工況，36 m主臂，作業(yè)半徑22～24 m，吊重57.6～62.6 t。QUY350履帶式起重機(jī)整機(jī)基本尺寸見圖1、圖2。

圖1 350 t履帶吊整機(jī)基本尺寸

圖2 重型主臂起重量

5.2 吊裝分析

依據(jù)350 t履帶吊外形尺寸及吊裝特性分析，350 t履帶吊寬度為8500 mm，長度為9985 mm。吊車站車在流道內(nèi)+X方位，吊裝最重一瓣座環(huán)重量為55.6 t，作業(yè)半徑為22374 mm。通過分析，當(dāng)把流道回填到EL13高程時(shí)，此時(shí)+X方位流道斷面最大尺寸(包括蝸殼二期混凝土預(yù)留尺寸)為：9539 mm。履帶吊順?biāo)鞣较蛲７?，滿足站車要求。此時(shí)履帶吊配重部位回轉(zhuǎn)半徑為6813 mm。而吊車站車在流道中部。故需要占壓一期混凝土澆筑(即Ⅱ16-2澆筑完成到EL13.2高程后，需要暫停，進(jìn)行座環(huán)吊裝工作)。此時(shí)，配重塊回轉(zhuǎn)距離8#機(jī)與機(jī)組分界線距離為1.256 mm。滿足旋轉(zhuǎn)要求。

5.3 吊裝平臺及通道

在機(jī)組Ⅱ區(qū)座環(huán)環(huán)墩澆筑座環(huán)基礎(chǔ)部位時(shí)，從進(jìn)水口左側(cè)流道，回填道路進(jìn)入蝸殼，道路填筑高程為EL13高程[4]。將蝸殼回填到EL13高程，在流道+X方位形成吊裝操作平臺，+X與+Y之間形成座環(huán)卸車區(qū)域及座環(huán)翻身區(qū)域[5]。

5.4 吊裝道路及施工平臺回填

廠房主體結(jié)構(gòu)上游邊線為軸0～23.0 m，距離廠房上游邊線水平距離9 m處為K80塔機(jī)下游側(cè)軌道，軌道寬8 m，距上游側(cè)軌道約21 m處為塔機(jī)收料平臺下游邊線，受料平臺寬度約為12.0 m。

因座環(huán)吊裝時(shí)，需車輛運(yùn)輸相關(guān)設(shè)備及部件進(jìn)入流道，故必定會穿過塔機(jī)軌道，即需要填筑一條由塔機(jī)上游受料平臺至機(jī)組上游段流道的施工道路。為盡量減少座環(huán)吊莊、道路填筑等施工減小對廠房其余部位施工的影響，需保證盡量少占用塔機(jī)軌道部分，盡量保證原塔機(jī)覆蓋范圍不改變[6]。

6 采用上游塔機(jī)軌道位置布置750 t履帶吊選擇超起工況進(jìn)行吊裝方案分析

方案二：上游塔機(jī)軌道位置布置750 t履帶吊選擇超起工況進(jìn)行吊裝。

6.1 吊裝設(shè)備選擇

根據(jù)座環(huán)的重量、站車選在上游塔機(jī)軌道位置、考慮吊車作業(yè)最大作業(yè)半徑和吊車性能參數(shù)，座環(huán)吊裝擬采用LR1750-750(或同性能的)履帶式起重機(jī)作為主要吊裝設(shè)備，作業(yè)工況為SDB/BW工況，140 m主臂，超起桅桿31.5 m，作業(yè)半徑80 m，吊重60 t。履帶式起重機(jī)起重性能見圖3。

6.2 吊裝分析

依據(jù)750 t履帶吊在超起工況下外形尺寸及吊裝特性分析，750 t履帶吊寬度為10300 mm，長度為11900 mm。帶超起工況，360°旋轉(zhuǎn)需求作業(yè)半徑需要21.8 m。吊車站車在上游門臺機(jī)軌道周圍，吊車旋轉(zhuǎn)中心戰(zhàn)車在軸0-48～0-46.0之間。保證吊車旋轉(zhuǎn)與進(jìn)水口混凝土墻有1.5～3 m的安全距離，按站在車在軸0～48位置計(jì)算，吊裝最重一瓣座環(huán)重量為55.6 t，作業(yè)半徑為79860 mm(約80 m)。結(jié)合吊裝特性表分析，此時(shí)滿足吊裝要求。為保證閘墩與主臂之間安全距離大于1.5 m。需要控制座環(huán)安裝時(shí)間應(yīng)在進(jìn)水口1區(qū)澆筑在EL44高程以下完成，避免吊車臂桿與混凝土安全距離不夠。

圖3 吊裝設(shè)備性能參數(shù)

6.3 吊裝平臺

結(jié)合分析，采用此方式進(jìn)行吊裝，需要在進(jìn)水口塔機(jī)軌道上及臺機(jī)軌道與廠房進(jìn)水口前溝渠內(nèi)回填施工平臺，施工平臺應(yīng)滿足750 t吊車超起工況下的起吊需求。平臺尺寸為50 m×40 m。以便滿足吊車的回轉(zhuǎn)。作業(yè)平臺采用毛石等硬質(zhì)材料進(jìn)行分層回填，每層300 mm，機(jī)械夯實(shí)。并用壓路機(jī)(振動力不少于30 t級)往返多次壓實(shí)。平臺高程約為EL14.0 m。

7 采用750 t履帶吊機(jī)吊裝方案分析(安裝間副廠房站車)

方案三：在下游3#安裝間副廠房布置750 t履帶吊選擇超起工況進(jìn)行吊裝。

7.1 吊裝設(shè)備選擇

根據(jù)座環(huán)的重量、站車選在在3#安裝間副廠房與廠區(qū)擋墻部位，吊車旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)軸線坐標(biāo)為(軸0+59.9，1+076.6)。考慮吊車作業(yè)最大作業(yè)半徑和吊車性能參數(shù)，及工地的實(shí)際情況，座環(huán)吊裝擬采用LR1750-750(或同性能的)履帶式起重機(jī)作為主要吊裝設(shè)備，作業(yè)工況為SDB/BW工況，77 m主臂，超起桅桿31.5 m，作業(yè)半徑60 m，吊重118 t。起吊設(shè)備性能參數(shù)見圖4。

7.2 吊裝分析

依據(jù)750 t履帶吊在超起工況下外形尺寸及吊裝特性分析，750 t履帶吊寬度為10300 mm，長度為11900 mm。帶超起工況，360°旋轉(zhuǎn)需求作業(yè)半徑需要21.8 m。實(shí)際吊裝期間無需旋轉(zhuǎn)360°，需要21.8 m作業(yè)半徑的軌跡約20°。吊車站車在3#安裝間下游副廠房及廠區(qū)擋墻回填區(qū)域。吊車旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)軸線坐標(biāo)為(軸0+59.9，1+076.6)。滿足吊車回轉(zhuǎn)需求。吊裝作業(yè)時(shí)間處安裝間下游軌道墻、廠區(qū)擋墻高程超出吊車平臺，周圍無其它障礙物。同時(shí)單瓣座環(huán)取料位置及單瓣座環(huán)吊裝就位2種工況下分析，在3#安裝間下游副廠房及廠區(qū)擋墻回填區(qū)域形成吊裝平臺滿足吊裝要求。

圖4 起吊設(shè)備性能參數(shù)

7.3 吊裝平臺

采用此方式進(jìn)行吊裝，安裝間下游副廠房全部為砼回填結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度滿足要求。廠區(qū)擋墻回填區(qū)域，為后續(xù)永久結(jié)構(gòu)回填區(qū)，分層碾壓后強(qiáng)度亦滿足吊裝需求。同時(shí)此平臺高程可以結(jié)合混凝土澆筑進(jìn)行調(diào)整。此吊裝分析基于目前3#安裝間下游副廠房澆筑到EL26高程進(jìn)行分析。

8 方案對比

8.1 技術(shù)可行性分析

通過上述方案描述及設(shè)備選型分析，選用350 t履帶吊在流道內(nèi)吊裝和選用750 t履帶吊站在進(jìn)水口上游側(cè)進(jìn)行吊裝或在安裝間下游副廠房進(jìn)行吊裝，均在吊車的額定起重范圍內(nèi)，滿足設(shè)備吊裝特性曲線，方案技術(shù)可行。

8.2 吊裝安全性分析

選用350 t履帶吊在流道內(nèi)吊裝方案，在流道內(nèi)施工，設(shè)備起吊重量安全系數(shù)滿足要求，但吊裝作業(yè)空間相對狹小，與建筑構(gòu)避讓、碰撞風(fēng)險(xiǎn)大，需做好安全防護(hù)措施。選用750 t履帶吊站在進(jìn)水口上游側(cè)進(jìn)行吊裝方案，操作空間大，與建筑物碰撞風(fēng)險(xiǎn)小，但與塔機(jī)干涉比較嚴(yán)重，同時(shí)設(shè)備吊裝時(shí)重物要從上游吊裝就位，重物吊裝過程中，需提醒覆蓋方位內(nèi)的作業(yè)人員避讓。選用750 t履帶吊站在安裝間副廠房側(cè)進(jìn)行吊裝方案，基礎(chǔ)為混凝土澆筑結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)牢靠，屬于站車在高處設(shè)備就位在低處的吊裝，與周邊結(jié)構(gòu)碰撞風(fēng)險(xiǎn)小，且主臂較在上游站車工況下主臂短，安全系數(shù)高。

8.3 吊裝經(jīng)濟(jì)對比分析

通過以上對比分析，三種吊裝方案均能滿足吊裝要求。其中方案一：選用350 t履帶吊在流道內(nèi)吊裝方案，費(fèi)用一般但對二區(qū)混凝土澆筑工期占壓時(shí)間較長，對廠房主體結(jié)構(gòu)影響較大；方案二：采用750 t履帶吊站在進(jìn)水口上游側(cè)進(jìn)行吊裝方案，因大型設(shè)備短期租賃，進(jìn)出場費(fèi)及租賃費(fèi)都相對偏高，在吊裝作業(yè)期間對上游塔機(jī)存在干涉影響嚴(yán)重。對一區(qū)擋水墻主體結(jié)構(gòu)工期影響較大，對2019年5月?lián)跛繕?biāo)影響較大；方案三：采用750 t履帶吊站在3#安裝間下游副廠房側(cè)進(jìn)行吊裝方案，有效地結(jié)合工程進(jìn)度進(jìn)行設(shè)備布置，且設(shè)備布置在工期相對富裕的尾水側(cè)，對實(shí)現(xiàn)2019年5月具備擋水節(jié)點(diǎn)目標(biāo)基本無影響。采用77 m主臂工況能滿足安裝要求，且設(shè)備進(jìn)退場費(fèi)較方案二低。

因此通過3種吊裝方案的分析、對比，在保證工期和成本的情況下，利用現(xiàn)場已有的大型吊車，在下游安裝間副廠房進(jìn)行吊裝，為最優(yōu)方案，2018年6月，現(xiàn)場已經(jīng)按此方案進(jìn)行了實(shí)施。通過現(xiàn)場的實(shí)施驗(yàn)證?，F(xiàn)場選用現(xiàn)場已有的大型吊車在3#安裝間下游副廠房側(cè)進(jìn)行座環(huán)的吊裝方案選取是科學(xué)的、合理的、安全的、有效且經(jīng)濟(jì)的。

9 結(jié)語

隨著國內(nèi)水電技術(shù)的進(jìn)步，水力發(fā)電機(jī)組逐步向更高容量、更大出力方向發(fā)展，設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸也逐步增大，受運(yùn)輸限制，大多需要現(xiàn)場進(jìn)行吊裝和組裝。對現(xiàn)場吊裝要求也越來越高，同時(shí)在水利工程施工中引進(jìn)大型履帶吊車也日益增多。如何在復(fù)雜環(huán)境內(nèi)選擇合適的吊裝設(shè)備，選取安全可靠的站車位置。是大型設(shè)備現(xiàn)場吊裝實(shí)施的重要分析邊界。本文通過大藤峽巨型分瓣座環(huán)吊裝方式吊車的選擇，站車位置的選取，分析對主體工程影響，科學(xué)合理地選擇了吊裝方案，通過現(xiàn)場的實(shí)施，也驗(yàn)證了方案的可行性。為后續(xù)大型設(shè)備在現(xiàn)場施工提供了一種分析方法和途徑，具有一定的借鑒意義。