白鶴灘水電站高平臺纜機安裝技術(shù)

莫讓華

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，成都 611130）

1 工程概述

白鶴灘水電站的左岸為約45°的緩坡，右岸為接近80°的陡坡，為保證纜機主索在左右岸高程一致，1＃～3＃高平臺纜機主塔采用A 字塔架，A 字塔架高度為75 m，通過后拉索平衡主索，A 字塔架向山體側(cè)后傾10°。

主塔和副塔通過主索連接，主塔和平臺臺車通過后拉索連接，主塔、副塔、平衡臺車同步行走，具備自動找偏功能。

2 纜機安裝

2.1 施工特點和難點

1）白鶴灘水電站地形條件復(fù)雜，纜機安裝場地山勢險峻，同時，存在高空作業(yè)、大噸位拖拽、吊裝等作業(yè)，因此，施工難度大、安全風(fēng)險高。

2）高平臺纜機主索過江、A 型塔架的提升和自升均采用地錨+卷揚設(shè)備，繩索系統(tǒng)、地錨布置及承載受力情況復(fù)雜，需反復(fù)驗算，施工技術(shù)含量高。

3）纜機安裝作業(yè)施工范圍廣，與土建施工之間存在相互影響、相互干擾，需要進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)工作，同時，纜機安裝內(nèi)部各工種人員、各部位人員之間都存在大量的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，增加了施工協(xié)調(diào)難度。

4）右岸高程為980 m 的平臺為高邊坡臨邊平臺，其臨邊坡角約為80°，這就給副塔部件、索道架空系統(tǒng)的安裝帶來了嚴(yán)峻的考驗。施工時，在纜機軌道下部安裝了6 m×5 m 的懸挑平臺，以保證主索過江、主索張拉裝置、索道系統(tǒng)等工序施工安全。

5）主索過江是纜機安裝中風(fēng)險最高、難度最大的工作，出現(xiàn)安全事故后破壞性大，后果不堪設(shè)想。因此，主索過江關(guān)系著纜機安裝的成敗，需從地錨設(shè)計、臨時輔助繩布置、主索過江細(xì)節(jié)等方面進(jìn)行考慮，不斷優(yōu)化，從而保證主索安全過江。

6）在A 字塔架的提升、提升轉(zhuǎn)換為自升、自升過程中，桅桿吊自身的穩(wěn)定問題，主索和后拉索懸掛在塔架上的不平衡問題，塔架在桅桿吊的兩側(cè)扒桿內(nèi)均勻上升的干擾問題，各臺卷揚機操作的不同步問題，都需要各個環(huán)節(jié)緊密配合、相互協(xié)作的整體協(xié)調(diào)，稍有不慎就會前功盡棄。

2.2 軌道安裝

軌道第一次放樣時，同時將上下游的各根軌道中心進(jìn)行放樣，始終以最上游的軌道中心為后視點+最下游的軌道中心為基準(zhǔn)進(jìn)行分段安裝的測量放樣，這樣，可避免軌道安裝多次放樣誤差。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝

纜機的鋼結(jié)構(gòu)安裝最關(guān)鍵的是高強螺栓安裝，高強螺栓對扭力系數(shù)確定、保管、領(lǐng)用、安裝、擰緊和驗收工序進(jìn)行質(zhì)量控制，初擰后劃“-”標(biāo)識，終擰后劃“+”標(biāo)識，以保證高強螺栓無漏擰。在高強度螺栓驗收合格后，連接處板縫使用硅酮膠封閉，再進(jìn)行油漆防腐。

2.4 纜機設(shè)備安裝

2.4.1 三大機構(gòu)

三大機構(gòu)為行走機構(gòu)、牽引機構(gòu)和提升機構(gòu)。三大機構(gòu)的安裝質(zhì)量直接關(guān)系著后續(xù)纜機的運行質(zhì)量和運行安全。

行走機構(gòu)是大車行走的關(guān)鍵部件，行走輪調(diào)整時，拉線檢查行走輪的整體直線度整體應(yīng)＜2 mm，單個行走輪不能出現(xiàn)扭曲。

牽引機構(gòu)和提升機構(gòu)是纜機運行的核心設(shè)備，保證兩大機構(gòu)的高速聯(lián)軸器偏差盡可能接近于0，提升卷筒與減速器的輸出軸和支座中心同軸。各尼龍滑輪的導(dǎo)向槽與出繩方向完全一致，避免后續(xù)纜機運行過程中各尼龍滑輪出現(xiàn)異響。

2.4.2 電氣設(shè)備

纜機供電采用獨立電源，一線一機，并增加開閉所，開閉所的作用為監(jiān)控電壓、互為備用，在機房內(nèi)安裝電容補償柜，其作用是緩沖瞬間電壓波動過大問題。

2.4.3 司機室

纜機司機室布置的部位視野要相對開闊，環(huán)境要相對安靜，位置要相對安全，以便司機安全操作。纜機司機室內(nèi)安裝攝像、錄音系統(tǒng)，隨時監(jiān)控司機是否存在違規(guī)操作，便于分析和處理纜機運行過程中可能出現(xiàn)的安全事故。

2.5 索道系統(tǒng)安裝

索道系統(tǒng)包括牽引繩、提升繩、小車、承馬等。

2.5.1 牽引繩和提升繩

起升繩和牽引繩安裝時，在地面上鋪設(shè)竹夾板，要注意防止繩索受到污染和刮傷，保證鋼絲繩對接牢固和鎖定，特別要注意牽引繩在張緊后鎖定在小車一端時的受力情況，繩索運行時觀察是否存在干涉情況。

2.5.2 小車和承馬

主塔提升完成后，主索剛剛脫離左岸高程為890 m 的平臺地面，在該平臺上通過吊車安裝小車和承馬。將小車安裝好后，用鋼絲繩將小車鎖定在主塔側(cè)臨時固定，在小車底部大梁上臨時掛上大鉤作為配重。

纜機承馬共10 個，承馬的作用是擔(dān)置空中部分的提升繩和牽引繩，避免提升繩和牽引繩的垂度過大，承馬跟隨小車牽引而移動。按照承馬編號安裝所有承馬，副塔側(cè)的承馬通過小車牽引至副塔時推至右岸。

3 主索過江

主索過江的基本保障是布置合適的左右岸輔助繩主地錨和選擇2 根輔助繩的最佳空載垂度，主索過江的質(zhì)量重點是主索長度測量準(zhǔn)確和過江時不受損傷，主索過江的安全重點是主索點臨時承馬受力均勻，索頭始終在臨時承馬的中心線上牽引，從而保證索頭在柔性的φ50 mm 輔助繩上不出現(xiàn)傾斜。

3.1 選擇合適的輔助繩空載垂度

輔助繩的空載垂度一般為主索過江跨度的5%～8%，對主地錨和輔助繩的最大水平張力、鋼絲繩的最小破斷拉力，以及左岸卷揚機的主索過江牽引力綜合考慮，在保證鋼絲繩安全系數(shù)的前提下空載垂度越小越好，并盡可能降低主索過江時左岸15 t 卷揚機的牽引力。

3.2 輔助繩架空

左右岸通過卷揚機分別將φ15 mm 輔助繩拉至江邊，通過小繩帶大繩將φ50 mm 鋼絲繩安裝到位。φ50 mm 鋼絲繩的初始垂度控制在130 m，輔助繩通過滑輪組+卷揚機張緊使其垂度達(dá)到73 m，4 根輔助繩兩端各使用13 個繩卡固定在左右岸主地錨上，繩卡間距約200 mm，繩卡的螺栓緊固后鋼絲繩擠壓約1/3 為宜。4 根輔助繩的相對高差＜0.5 個繩徑，可在左岸高程為890 m 的平臺上通過墊枕木微調(diào)4 根輔助索的平行度。

3.3 主索過江

主索從右岸向左岸過江，主索擔(dān)置在輔助索的臨時承馬上，通過左右岸卷揚機一收一放的方式完成主索過江。

主索過江期間，左右岸安排專人通過望遠(yuǎn)鏡監(jiān)控索頭是否出現(xiàn)傾斜，在影響區(qū)域的所有馬道、路口上下游各50 m 區(qū)域設(shè)置警戒線，警戒到位。

3.4 副塔側(cè)索頭過江

副塔側(cè)索頭通過主索張緊機構(gòu)的張緊鋼絲繩與前端的懸掛裝置和拉板連成接成整體后向左岸過江，副塔側(cè)索頭向左岸牽引35 m。

副塔側(cè)索頭、主索懸掛裝置和拉板通過臨時托架配合過江，由于重心過高，且重心不完全在托架正中心，所以，副塔側(cè)索頭在向左岸牽引時易發(fā)生傾翻，造成主索順次從臨時承馬上滑落。

場地條件允許的情況下，可使用大噸位吊車配合副塔側(cè)索頭向左岸牽引。

4 A字塔架的提升和自升

4.1 桅桿吊的地錨

4.1.1 桅桿吊的基礎(chǔ)地錨

根據(jù)桅桿吊作業(yè)工況的受力分析，在桅桿吊傾斜到63°時底座受力最大，此時地錨受到的軸心壓剪荷載為320 t，通過計算可知，桅桿吊作業(yè)的安全系數(shù)滿足要求。

4.1.2 桅桿吊的變幅地錨

為使桅桿吊的變幅地錨與滑輪組連接方便，地錨設(shè)計每側(cè)吊耳所承受的拉力＜40 t，采用φ150 mm 銷軸連接地錨與滑輪組。

銷軸的抗彎強度：f1=M/W=120.8 N/mm2≤215 N/mm2，滿足要求；

銷軸的抗剪強度：f2=F/πR2=45.9 N/mm2≤125 N/mm2，滿足要求；

吊耳的抗剪強度：f3=F/A=106.7 N/mm2≤215 N/mm2，滿足要求。

式中，M 為彎矩設(shè)計值；W 為截面模量；F 為剪力；R 為銷軸半徑；A 為承受剪力的作用面積。

4.2 桅桿吊

高纜安裝時，主塔需要安裝桅桿吊作為輔助工具，用于A 字塔架的提升。桅桿吊長度65 m，桅桿吊設(shè)計起重量約為2 400 kN（240 t）。

桅桿吊安裝后需進(jìn)行額定載荷的80%、100%、110%動載和125%靜載試驗，拆除為安裝的逆過程。

4.3 A字塔架拼裝

塔頭部分整體拼裝后，左右和上下方向通過纜風(fēng)繩+卷揚機穩(wěn)定，桅桿吊通過提升梁與塔頭部分連接，桅桿吊提升+變幅塔頭部分時4 個方向上的纜風(fēng)繩同步移動，塔頭部分通過4 個銷軸與A 字塔架連接固定。

分別將主索索頭懸掛在塔頭上，通過卷揚機收緊后拉索的張緊程度來平衡主索張力，使其塔頭兩側(cè)受力一致，然后，拆除主索/后拉索方向上的纜風(fēng)繩。

4.4 A字塔架提升和自升

桅桿吊提升A 字塔架時，保持桅桿吊的2 臺起升卷揚機、纜風(fēng)繩和后拉索的卷揚機動作同步，同時，通過測量儀器和塔頭中心底部重錘觀測塔頭部分的姿態(tài)是否出現(xiàn)傾斜，塔頭部分出現(xiàn)一定程度的傾斜后單動桅桿吊的1 臺卷揚機糾偏，避免主塔提升過程中塔頭部分出現(xiàn)傾斜后與桅桿吊的扒桿出現(xiàn)干擾。

桅桿吊提升A 字塔架到位后，2 臺15 t 卷揚機+18 倍滑輪組通過A 字塔架兩側(cè)的張緊梁對拉，完成A 字塔架的自升。

5 后拉索和主索張緊

后拉索的張緊平衡梁通過2 組120 t 滑輪組和高程為945 m 的平臺上的2 臺10 t 卷揚機連接，啟動主索張緊機構(gòu)和后拉索的2 臺卷揚機使主塔架漸漸向后拉索方向傾斜至約11°，后拉索與平衡臺車的后拉索裝置連接固定。

啟動主索緊機構(gòu)，緩慢張緊主索（此時副塔側(cè)索頭往右岸牽引），主索索頭與副塔側(cè)的主索裝置連接固定，此時主塔向后拉索方向的角度為10°。

6 纜機負(fù)荷試驗

6.1 配重塊

混凝土配重塊按2 塊15 t+1 塊7.5 t+1 塊3 t 配置，考慮到需要進(jìn)行急停試驗和纜機重量顯示器的定期校正，配重的吊耳必須牢固，配重必須準(zhǔn)確。

6.2 負(fù)荷試驗

纜機負(fù)荷試驗包括空載試驗、75%的靜載試驗、100%的靜載試驗、125%靜載試驗、100%的動載試驗、110%動載試驗、100%急停試驗以及2 臺纜機的同步試驗，空載試驗的目的是檢查機構(gòu)工作的正常性、各限位裝置的準(zhǔn)確性，靜載試驗的目的是檢查設(shè)備的結(jié)構(gòu)承載能力、起升制動能力，動載試驗的目的是驗證設(shè)備整機性能，急停試驗的目的是驗證外部供電突然中斷后設(shè)備的破壞能力，2 臺同步試驗的目的是檢驗纜機的動作一致性。

7 結(jié)語

白鶴灘水電站高平臺纜機安裝技術(shù)含量高，施工難度大，安全風(fēng)險高，安裝前關(guān)鍵工序進(jìn)行受力計算和根據(jù)地形條件不斷優(yōu)化方案，安裝過程中各環(huán)節(jié)緊密配合和相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了高平臺纜機安裝施工安全、質(zhì)量優(yōu)良、進(jìn)度可控，為大壩工程按期蓄水發(fā)電提供了保障，希望可以為其他類似工程施工提供借鑒。