烏東德水電站拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術(shù)

陳孝天，胡 浩，李云江

(中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北 宜昌443002)

1 工程概況

烏東德水電站大壩擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，泄洪采用壩身泄洪為主，岸邊泄洪洞為輔的方式，其中⑤～⑩壩段以泄洪中心線分高、低對稱共布置6個(gè)中孔，編號(hào)依次為1#～6#。中孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸6m×10m，其中1#、3#、4#、6#中孔為上挑型，挑角20°，底板設(shè)計(jì)高程878m；2#、5#中孔為平底型，底板設(shè)計(jì)高程885m。泄水中孔進(jìn)口設(shè)計(jì)為喇叭型現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，孔身設(shè)計(jì)為全鋼襯結(jié)構(gòu)。烏東德拱壩混凝土最大允許間歇期為28天，若鋼襯管安裝和混凝土澆筑無法在間歇期完成，將產(chǎn)生嚴(yán)重質(zhì)量事故，考慮到混凝土澆筑倉齡期和備倉時(shí)間，孔身大型鋼襯施工具有時(shí)間緊、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。

中孔鋼襯單體最大運(yùn)輸?shù)跹b單元重量46t，單孔總重600t。大壩主體工程施工主要吊裝手段為3臺(tái)平移式纜索起重機(jī)(即稱纜機(jī))，單臺(tái)額定起重量30t，負(fù)責(zé)大壩施工所有金結(jié)、混凝土等安裝吊運(yùn)，在大壩混凝土間歇期和工期進(jìn)度的多重要求下，金結(jié)設(shè)備安裝吊裝極其緊張，如何確保鋼襯快速施工尤其重要。

2 施工難點(diǎn)與對策

2.1 施工難點(diǎn)分析

(1)鋼襯安裝吊裝手段單一，只能采用纜機(jī)進(jìn)行吊裝，吊裝前翻身作業(yè)通常也為纜機(jī)配合汽車吊進(jìn)行，與大壩混凝土澆筑存在干擾，并且鋼襯安裝均占用直線工期，對大壩混凝土均勻上升有很大影響。

(2)烏東德拱壩中孔鋼襯為了增加鋼襯與混凝土之間的作用力，鋼襯四周一般設(shè)計(jì)有大量錨鉤，布置極為密集，加固錨筋總計(jì)為321.28t，焊接工程量巨大，并且鋼襯外側(cè)布置有兩層鋼筋網(wǎng)，底部布置有補(bǔ)充灌漿管路，各部分工作相互影響，施工用時(shí)長。

(3)鋼襯管節(jié)吊裝、調(diào)校、焊接、焊縫探傷、涂裝等工序復(fù)雜，傳統(tǒng)鋼襯施工時(shí)，定位節(jié)吊裝、調(diào)校、加固、驗(yàn)收完成后，進(jìn)行左右兩側(cè)單節(jié)吊裝、調(diào)校、加固、驗(yàn)收，完成后再進(jìn)行左右兩側(cè)單節(jié)施工，并進(jìn)行上一步驟已驗(yàn)收部分鋼襯環(huán)縫焊接、探傷、防腐，循環(huán)施工至所有管節(jié)作業(yè)完成，未能形成流水作業(yè)，占用時(shí)間過長。

(4)鋼襯吊裝傳統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)位于管口坡口中心，鋼襯測量放樣只能單節(jié)進(jìn)行，如果鋼襯管節(jié)集中吊裝，現(xiàn)場無法測量，施工質(zhì)量無法控制。

(5)1#、3#、4#、6#中孔為上挑型，挑角20°，安裝上挑部位鋼襯前需施工混凝土臺(tái)階并安裝托架進(jìn)行支撐，考慮到混凝土澆筑倉齡期和備倉時(shí)間，支撐準(zhǔn)備時(shí)間過長。

(6)烏東德拱壩混凝土澆筑間歇期要求嚴(yán)格，一般不超過14天，特殊條件下不超過28天，否則很可能導(dǎo)致出現(xiàn)重大質(zhì)量事故，與上述傳統(tǒng)施工時(shí)各工序用時(shí)過長的情況沖突嚴(yán)重。

2.2 施工對策制定

2.2.1 明確交面制度

結(jié)合混凝土間歇期，確定各專業(yè)時(shí)間的占用及分配，以達(dá)到優(yōu)化工期的目的?，F(xiàn)場施工時(shí)，采用交面簽字程序，明確各專業(yè)施工用時(shí)，并根據(jù)記錄總結(jié)分析及時(shí)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

2.2.2 優(yōu)化施工工藝

(1)將鋼襯安裝控制點(diǎn)設(shè)置于內(nèi)壁檢查線位置，使鋼襯集中吊裝時(shí)，測量隊(duì)可以隨時(shí)監(jiān)測鋼襯安裝質(zhì)量，使得鋼襯具備集中吊裝條件，減少纜機(jī)并機(jī)次數(shù)，減少施工時(shí)間。

(2)鋼襯加工時(shí)，縱縫兩端預(yù)留150mm不焊，便于拼裝環(huán)縫碼縫，提高現(xiàn)場管節(jié)拼裝效率與質(zhì)量。

(3)采用方形絲螺紋套筒連接方式代替現(xiàn)場焊接進(jìn)行錨鉤施工，減少與其他專業(yè)部分施工的影響，解決了錨鉤現(xiàn)場焊接量大、工期長的難題。

(4)定位節(jié)托架先行制造并安裝固定，其上焊接定位板以控制里程、中心，托架安裝平面控制在2mm，以便于定位節(jié)安裝調(diào)整。

(5)定位節(jié)安裝驗(yàn)收合格后，同時(shí)啟動(dòng)定位節(jié)上下游普通管節(jié)吊裝，每次吊裝前，在已安裝管節(jié)的底面、側(cè)面事先焊接定位塊，然后在其相鄰預(yù)裝管節(jié)的上中焊擋板，提高管節(jié)安裝定位的效率。

2.2.3 優(yōu)化施工工序

(1)提前在大壩右岸EL988m纜機(jī)取料平臺(tái)預(yù)存2～4節(jié)鋼襯，并事先采用220t汽車吊及70t汽車吊配合對鋼襯進(jìn)行翻身，加速鋼襯集中吊裝效率并減少鋼襯吊裝前翻身對纜機(jī)的占用。

(2)采用多管節(jié)吊裝、調(diào)校、焊接、探傷、涂裝等工序連續(xù)施工，代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐節(jié)吊裝、調(diào)校完成后再吊裝下一節(jié)和進(jìn)行焊接探傷涂裝的施工工序，達(dá)到快速吊裝、快速調(diào)校的目的。

(3)采用鋼襯底部型鋼預(yù)制支撐作為高托架代替混凝土臺(tái)階+一般托架進(jìn)行支撐的方式，為上挑部位鋼襯快速安裝創(chuàng)造條件。

圖1為鋼襯管節(jié)吊裝順序示意圖。

圖1 鋼襯管節(jié)吊裝順序示意

3 鋼襯快速施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→鋼襯管節(jié)運(yùn)輸→鋼襯管節(jié)吊裝→鋼襯管節(jié)調(diào)校、加固及附件安裝→鋼襯管節(jié)焊接、探傷→涂裝→驗(yàn)收→向土建交面。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 鋼襯加工

鋼襯在金結(jié)場內(nèi)生產(chǎn)車間進(jìn)行加工，加工時(shí)縱縫端頭預(yù)留150mm不焊接，以便于管節(jié)對接拼裝時(shí)環(huán)縫碼縫。

為方便鋼襯錨固，采用螺紋連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)錨鉤焊接連接，錨筋方形絲套和錨鉤螺紋對應(yīng)采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的材料，螺紋采用C級螺紋。方形絲套和錨鉤螺紋加工時(shí)，采用搖臂鉆床鉆頭鉆孔，使用絲錐進(jìn)行螺紋攻絲，絲套加工完成后去除毛刺等雜物，并采用螺桿進(jìn)行試裝配檢驗(yàn)，以螺桿錨固螺紋能夠輕松穿入絲套內(nèi)，并且結(jié)合緊密作為質(zhì)量檢查驗(yàn)收條件。

方形絲套螺紋套筒在車間內(nèi)安裝焊接在鋼襯管節(jié)上，焊接質(zhì)量和布置數(shù)量均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。方形絲套螺紋和錨鉤螺紋均應(yīng)涂抹黃油防護(hù)，螺紋孔采用破布封堵，螺紋采用破布包扎，防止污染。錨鉤螺紋需外露2～4扣，與錨鉤彎頭方向基本一致。

鋼襯管節(jié)現(xiàn)場加固完成后，進(jìn)行錨鉤安裝作業(yè)，安裝時(shí)使用扭力扳手直接扭緊?？紤]到鋼襯底板錨鉤級鋼筋布設(shè)非常密集的情況，現(xiàn)場施工人員一次安裝困難，鋼襯吊裝就位后，先間隔一排安裝錨鉤，待鋼筋等其他工序施工完成后，再安裝剩余部分錨鉤。

圖2為鋼襯錨鉤螺紋連接。

圖2 鋼襯錨鉤螺紋連接

圖3為鋼襯型鋼支撐。

圖3 鋼襯型鋼支撐

3.2.2 埋件施工

在混凝土澆筑至相應(yīng)高程后埋設(shè)鋼襯支撐預(yù)埋件，軌道埋件采用C28鋼筋在混凝土初凝前埋入600mm，外露200mm，軌道埋件需埋設(shè)3排，用于鋼襯軌道主撐、斜撐安裝時(shí)焊接固定使用。

懸挑段鋼襯底部支撐高度較高，最高達(dá)到6m左右，采用型鋼預(yù)制支撐高托架代替?zhèn)鹘y(tǒng)澆筑混凝土臺(tái)階及傳統(tǒng)托架的施工方式，高托架采用工字鋼、槽鋼、方鋼材料提前在加工廠制造完畢，現(xiàn)場提前埋設(shè)5排軌道埋件，用于高托架現(xiàn)場固定。新設(shè)計(jì)高托架現(xiàn)場吊裝至施工部位簡單調(diào)校后即可投入使用，可直接滿足高位支撐，使得該部位鋼襯安裝不用等待混凝土臺(tái)階澆筑，加快鋼襯懸挑段施工進(jìn)度。

3.2.3 坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算

計(jì)算所有鋼襯管節(jié)側(cè)放控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所有鋼襯安裝測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用管口向內(nèi)100mm處的測量數(shù)據(jù)，滿足鋼襯集中吊裝時(shí)測量放樣要求以及方便鋼襯集中吊裝時(shí)測量數(shù)據(jù)與測放點(diǎn)參數(shù)對比，提高各個(gè)鋼襯管節(jié)進(jìn)行安裝調(diào)整效率。

3.3 鋼襯管節(jié)運(yùn)輸、吊裝及安裝

3.3.1 鋼襯運(yùn)輸及吊裝

鋼襯在金結(jié)場內(nèi)生產(chǎn)車間制作完成后，根據(jù)安裝進(jìn)度使用60t平板車運(yùn)輸至大壩右岸EL988m纜機(jī)取料平臺(tái)或海子尾巴臨時(shí)存放點(diǎn)存放。鋼襯在大壩右岸EL988m纜機(jī)取料平臺(tái)翻身前在鋼襯加勁環(huán)上綁扎4根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩綁扎在鋼襯底面向上2/3處，鋼襯翻身立起后纜風(fēng)繩起臨時(shí)固定作用。纜風(fēng)繩固定完成后，鋼襯翻身采用220t汽車吊及70t汽車吊完成，待纜機(jī)空閑時(shí)鋼襯由兩臺(tái)纜機(jī)配合平衡梁抬吊入倉。

3.3.2 鋼襯定位節(jié)安裝

選取各孔中間鋼襯作為定位節(jié)，定位節(jié)吊裝前，復(fù)測定位節(jié)外形尺寸，根據(jù)實(shí)際外形尺寸預(yù)先在就位位置精確安裝鋼襯軌道，同時(shí)在鋼襯軌道焊接定位擋板，保證安裝安全，提高調(diào)整效率。

在定位節(jié)吊裝前，事先在托架上焊接定位板控制里程、偏中，托架安裝平面控制在2mm以內(nèi)便于安裝調(diào)整。

采用纜機(jī)抬吊將定位節(jié)吊裝至鋼支撐軌道上后，檢查管節(jié)底中上、下游高程、里程和中心線位置，基本到位后采用纜風(fēng)繩張拉固定，并在鋼支撐軌道橫梁鋼襯就位位置上、下游焊接擋塊，防止管節(jié)移動(dòng)，然后根據(jù)測量結(jié)果采用手拉葫蘆、千斤頂?shù)任⒄{(diào)管節(jié)位置，滿足規(guī)范要求后，將鋼襯底部加勁環(huán)與軌道主撐焊接成整體。

3.3.3 其他鋼襯管節(jié)集中吊裝及安裝

定位節(jié)吊裝安裝完成后，依次進(jìn)行兩側(cè)管節(jié)的吊裝安裝，在吊裝前在已安裝合格的鋼襯底側(cè)、左側(cè)(或右側(cè))焊接擋板，左(右)側(cè)擋板距鋼襯底面1m，在預(yù)吊裝鋼襯的頂側(cè)焊接擋板，使得鋼襯吊裝就位時(shí)三邊均受到擋板的約束作用，鋼襯就位后檢查四角錯(cuò)牙、間隙情況，采用纜風(fēng)繩等進(jìn)行微調(diào)，依次對各位置進(jìn)行電焊加固，提高安裝調(diào)整效率。

根據(jù)現(xiàn)場情況，水平段鋼襯管節(jié)盡量一次性吊裝完成，并同時(shí)開始后續(xù)作業(yè)。減少大型吊裝設(shè)備的施工準(zhǔn)備和收尾時(shí)間。

3.4 鋼襯管節(jié)焊接、涂裝

鋼襯節(jié)間現(xiàn)場安裝對接焊縫均為二類焊縫，縱肋板角焊縫、肋板與錨鉤的角焊縫為三類焊縫，焊接采用手工電弧焊焊接，按照對稱分段退步的方式焊接施工。

鋼襯設(shè)置上下游兩個(gè)工作面同時(shí)焊接，每個(gè)工作面由6個(gè)專設(shè)焊工焊接，鋼襯基層焊接采用CHE507焊條，碳鋼層與過渡層焊接采用CHS042焊條，不銹鋼層焊接采用CHS2209焊條。焊接時(shí)，先完成基層焊接一半，之后進(jìn)行復(fù)合層焊縫清根打磨，再進(jìn)行過渡層焊縫焊接，然后焊接不銹鋼層焊縫，最后再焊接剩余部分。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)展及時(shí)采用鋼板尺檢查變形量，根據(jù)焊接變形情況適當(dāng)調(diào)整焊接順序。

二類焊縫按要求進(jìn)行100%滲透和超聲波檢測，對于不合格部位進(jìn)行返修。構(gòu)件探傷合格并經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后，進(jìn)行環(huán)縫、筋板防腐作業(yè)，其中，與混凝土接觸面的鋼襯外壁涂刷無機(jī)水泥漿進(jìn)行防腐，鋼襯內(nèi)壁為不銹鋼表面不再進(jìn)行防腐作業(yè)。

4 結(jié)論

針對烏東德水電站拱壩中孔大型鋼襯安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的對策分析，形成了一套成熟的高拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術(shù)。

該技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：

(1)通過合理調(diào)整和改善施工工藝及施工流程，形成了鋼襯定位節(jié)定位之后分上、下游兩個(gè)工作面連續(xù)吊裝、調(diào)校、碼縫的流水作業(yè)模式。

(2)將設(shè)計(jì)的錨鉤現(xiàn)場焊接施工優(yōu)化為方形絲螺紋套筒連接，降低了施工難度，縮短了施工用時(shí)。

(3)采用鋼襯底部型鋼預(yù)制支撐作為高托架代替混凝土臺(tái)階+一般托架進(jìn)行支撐的方式，減少了鋼襯上挑部分安裝等待底部支撐的用時(shí)。

高拱壩中孔大型鋼襯快速施工技術(shù)在烏東德水電站大壩中孔鋼襯制造與安裝中得到成功運(yùn)用，其中，烏東德水電站大壩1#～6#中孔鋼襯，單日最多吊裝9節(jié)、單節(jié)吊裝最短用時(shí)45分鐘，單孔最短交面時(shí)間18天、最長交面時(shí)間21天，打破了過去鋼襯交面最短時(shí)間25天的紀(jì)錄，而且鋼襯施工過程受控、施工質(zhì)量優(yōu)良，進(jìn)度滿足拱壩施工間歇期要求，并且減少了纜機(jī)及人力資源的投入，對類似工程具有重要的借鑒作用。