狹窄場地下夾巖電站進(jìn)水口大型門機拼裝設(shè)計研究

摘要：夾巖電站進(jìn)水口門機存在安裝場地狹小、預(yù)留孔洞密集、高空臨邊作業(yè)多等不利因素，施工難度較大。針對該難點問題，對門機拼裝的技術(shù)參數(shù)和安裝場地條件進(jìn)行了分析，制定了設(shè)備進(jìn)場順序，提出構(gòu)件按程序拼裝，確定了吊車型號和吊裝位置以及門形架內(nèi)側(cè)加固方式。結(jié)果表明：按照設(shè)計的安裝程序和吊裝、臨時加固方案，施工方順利高效完成巖水利樞紐工程引水發(fā)電洞進(jìn)水口雙向門機拼裝工作。研究成果可為其他類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：大型門機拼裝； 技術(shù)方案； 夾巖電站

中圖法分類號：TV547文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.009

文章編號：1006-0081（2024）S2-0029-04

0引言

大型水利水電工程一般修建在高山峽谷中，受地形地理條件限制，大型設(shè)備尤其是雙向門機安裝施工難度較大。其中門形架拼裝尤為關(guān)鍵，安裝過程中的難點和安全風(fēng)險基本集中在該階段，主梁吊裝、門腿豎起后的臨時加固措施是重中之重，是門機安裝的核心技術(shù)，也是方案評審、現(xiàn)場管控的重點。夾巖水利樞紐工程壩后電站引水發(fā)電洞進(jìn)水口門機安裝的構(gòu)件尺寸大、重量大，存在安裝場地狹小、預(yù)留孔洞密集、高空臨邊作業(yè)多等不利因素，需因地制宜制定科學(xué)的運輸、吊裝、臨時加固方案，才能順利安全完成門機安裝任務(wù)。本文針對該問題，對夾巖電站進(jìn)水口門機拼裝方案進(jìn)行了分析，提出了安裝對策。

1工程概況

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程壩址位于貴州省西北部的長江流域烏江水系六沖河中游河段，工程開發(fā)任務(wù)以供水和灌溉為主，兼顧發(fā)電。水庫壩址控制流域面積為4 312 km2，夾巖水庫正常蓄水位1 323.0 m，死水位1 305.0 m，水庫總庫容13.23億m3，興利調(diào)節(jié)庫容4.34億m3，電站總裝機容量為90 MW，年均發(fā)電量2.20億kW·h，工程總體等別為Ⅰ等，屬大（1）型工程［1］。壩后電站發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸山體中，進(jìn)水口底板高程1 292.0 m，進(jìn)水塔高37.2 m，平面尺寸30.0 m×18.8 m（長×寬），內(nèi)設(shè)兩扇孔口尺寸5.4 m×37.2 m（寬×高）攔污柵和兩扇孔口尺寸6.8 m×6.8 m（寬×高）隔水門。引水發(fā)電洞進(jìn)水口布置1臺雙向門式啟閉機，主要用于檢修閘門及液壓啟閉設(shè)備（如拉桿、液壓桿、機架等）的安裝和檢修，也兼用于清污機清污、攔污柵檢修提升及臨時設(shè)備的吊運等。門機型號為QPM 2×800 kN，主梁高13 m（小車軌道離地面距離），門機起吊方式為雙吊點，起重容量為2×800 kN。

2門機拼裝難點分析

2.1技術(shù)參數(shù)分析

門機軌道跨距為17 m，“H”形門腿拼裝完成后外形尺寸為8.2 m×8.0 m×1.5 m（長×寬×高），質(zhì)量為10.68 t，最大尺寸為主梁（含端梁），外形尺寸為18.67 m×5.80 m×2.34 m（長×寬×高），質(zhì)量為28.79 t，主要構(gòu)件外形尺寸及質(zhì)量詳見表1。

2.2安裝場地條件分析

（1） 安裝平臺寬度為21 m，門機軌道寬17 m，軌道外側(cè)僅有2 m的安全距離。

（2） 平臺長31.8 m，布置有閘門孔、攔污柵孔、通氣孔、進(jìn)人孔、電纜溝，右側(cè)布置液壓啟閉機室，檢修平臺有效使用空間為8 m×14 m。

（3） 交通橋?qū)? m，承載能力50 t，交通橋是設(shè)備運輸?shù)奈ㄒ煌ǖ馈?/p>

受上述構(gòu)件尺寸較大及安裝場地條件限制，門機拼裝的難點有：① 吊裝設(shè)備選型不僅需滿足安全承載能力，還需滿足站位空間；② 門腿豎起后只能從內(nèi)側(cè)單邊臨時加固，安全風(fēng)險大；③ 主梁只能選擇在交通橋與檢修平臺直角區(qū)域挑空拼裝，安全風(fēng)險大；④ 進(jìn)水塔高37 m，臨邊作業(yè)安全風(fēng)險大。門機現(xiàn)場實際施工面貌見圖1。

3安裝對策措施

3.1構(gòu)件按順序進(jìn)場

受拼裝場地限制，到場設(shè)備均只能臨時堆放在安裝場地之外，根據(jù)實際需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)運，大型構(gòu)件如門腿、主梁等受場地及交通橋承載能力限制，運輸車和吊車不能同時停放在安裝平臺，只能卸在交通橋上，采取卷揚機配合滾筒方式拖入拼裝場地。大車運行機構(gòu)及“H”形門腿等構(gòu)件各側(cè)擴大單元拼裝完成后，必須進(jìn)行安裝及臨時加固，以騰出空間進(jìn)行下一構(gòu)件的拼裝。因此應(yīng)制定周密的設(shè)備進(jìn)場順序、拼裝程序，并對作業(yè)人員、吊車進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，避免相互干擾、返工及吊車、人員窩工等。

根據(jù)拼裝程序，制定設(shè)備進(jìn)場順序如下：① 左右兩側(cè)大車運行臺車及下橫梁為整體拼裝后安放在軌道上進(jìn)行臨時加固，尺寸較小，可利用廠家的運輸車直接運到安裝場地，用35 t吊車卸車到拼裝位置；② 門腿及中橫梁外形尺寸較大，卸車至場外，先運入一側(cè)的兩根門腿及一根中橫梁進(jìn)行拼裝、安裝、臨時加固，再安裝另一側(cè)；③ 主梁運入進(jìn)行拼裝、吊裝、焊接；④ 小車運入進(jìn)行拼裝、吊裝。

方軍 等狹窄場地下夾巖電站進(jìn)水口大型門機拼裝設(shè)計研究3.2構(gòu)件按程序拼裝

（1） 運行機構(gòu)拼裝。單側(cè)大車運行機構(gòu)主要由2個臺車（行走機構(gòu)）、1根下橫梁組成。首先根據(jù)左右輪距及上下游位置在軌道上放點，并測量平面位置4個點的對角線，合格后依次將4個行走機構(gòu)吊裝到位并采用工字鋼與預(yù)埋板臨時焊接定位，再將下橫梁與行走機構(gòu)連接螺栓擰緊［1］。以同樣的方法將另一側(cè)的行走機構(gòu)與下橫梁組裝好。

（2） “H”形門腿安裝。① “H”形門腿在地面組裝成一體，選用35 t汽車吊進(jìn)行吊裝；② 由于安裝場地狹窄，先將一側(cè)門腿構(gòu)件吊運至檢修平臺上拼裝成一體，拼裝完成后吊起與行走機構(gòu)下橫梁連接，利用鋼管將門腿支撐牢固，同樣方式安裝另一側(cè)門腿；③ 門腿在吊裝之前，先在離門腿上連接面下及中、上橫梁1 m的位置搭設(shè)焊接平臺；④ 支撐只有在主梁與門腿高強度螺栓擰緊后，且相應(yīng)尺寸調(diào)整合格，行走機構(gòu)與軌道錨固后才能割除。

（3） 主梁（含端梁）安裝。① 主梁和端梁在檢修平臺上組拼成一個吊裝單元，采用100 t汽車吊進(jìn)行組拼。由于受場地限制，主梁拼裝只能在交通橋與進(jìn)水塔三角區(qū)域進(jìn)行拼裝，一端搭設(shè)在交通橋上，另一端搭設(shè)在進(jìn)水塔檢修平臺上，中間懸空，見圖2；② 待門腿調(diào)整合格并將支撐鋼管及纜風(fēng)繩固定好后，方可吊裝至門腿上；③ 主梁（含端梁）吊裝調(diào)整就位并經(jīng)檢測合格后進(jìn)行焊接固定，未加固完成不得松鉤。

3.3吊車選型及站位

（1） 大車行走機構(gòu)及下橫梁吊裝。門機安裝需利用預(yù)埋板進(jìn)行支撐固定，大車行走機構(gòu)吊裝位置應(yīng)按一期埋板橫向中心線對稱布置。采用1臺35 t汽車吊吊裝，吊機靠近軌道布置，其軸線與軌道角度呈約30°。先吊一側(cè)，調(diào)整支撐固定好，按同樣方法吊裝另一側(cè)。由于現(xiàn)場場地狹小，汽車吊站位應(yīng)嚴(yán)格按安裝方案設(shè)定的位置停放。35 t汽車吊支腿全伸尺寸為5.33 m×6.02 m，100 t汽車吊支腿全伸尺寸為6.74 m×7.80 m。大車行走機構(gòu)及門架下橫梁卸車及吊裝：最遠(yuǎn)工作半徑10 m，主臂長22 m，額定起重量為7.6 t，大于大車行走機構(gòu)（4.964 t）或門架下橫梁（4.127 t），35 t汽車吊滿足卸車及吊裝要求。

（2）" “H”形門腿吊裝?！癏”形門腿由中橫梁及門腿組成，單件卸車后，在檢修平臺上層隔水閘門孔口下游側(cè)拼裝成整體，具體布置見圖3，采用35 t汽車吊配合進(jìn)行組拼?！癏”形門腿卸車及組拼：最遠(yuǎn)工作半徑9 m，主臂長22 m，額定起重量為9 t，大于門腿（3.878 t）或中橫梁（2.924 t），1臺35 t汽車吊滿足卸車及組拼要求；“H”形門腿吊裝：最遠(yuǎn)工作半徑6.5 m，主臂長22 m，額定起重量為15 t，大于“H”形門腿（10.680 t），1臺35 t汽車吊滿足吊裝要求。

（3） 門機主梁、端梁吊裝。門機主梁、端梁組合體采用100 t汽車吊吊裝，汽車吊縱向中心線與孔口中心線距離宜大于2 m，4條支腿避開樓板處。門架主梁、端梁卸車及組拼：最遠(yuǎn)工作半徑14 m，主臂長32.25 m，額定起重量為20.3 t，大于主梁（11.105 t）或端梁（3.29 t），1臺100 t汽車吊滿足卸車及組拼要求。門架主梁、端梁吊裝：最遠(yuǎn)工作半徑9 m，主臂長22.88 m，額定起重量為35.8 t，大于門架主梁、端梁組合體（28.790 t），1臺100 t汽車吊滿足吊裝要求［2］。

汽車吊選型需滿足吊裝承載及場地布置要求，型號盡可能少，避免吊車反復(fù)進(jìn)場增加成本。因此該方案僅選用了35 t和100 t兩種型號的吊機。受場地狹小限制，吊車應(yīng)嚴(yán)格使用方案中確定的型號并按劃定的位置站位。

3.4門形架內(nèi)側(cè)剛?cè)峒庸?/p>

（1） 加固方式?？紤]取水進(jìn)口檢修平臺外側(cè)不能布置纜風(fēng)繩，因此，在門腿吊裝到位與下橫梁螺栓擰緊后，除在內(nèi)側(cè)布置纜風(fēng)繩外，還應(yīng)采用鋼管將門腿與檢修平臺上預(yù)埋鋼板支撐牢固［3］（圖4）。由于只能在內(nèi)側(cè)單邊進(jìn)行臨時加固，剛性加固防止門腿向內(nèi)側(cè)傾倒；采用柔性（即纜風(fēng)繩）加固防止向外側(cè)傾倒。門腿就位后，其頂部上端面中心水平偏差應(yīng)控制為100～300 mm，才允許支撐固定。單側(cè)鋼管支撐共設(shè)2處，鋼管支撐規(guī)格為168 mm×6，鋼管與門腿和地面基礎(chǔ)埋板間采用吊耳板與銷軸進(jìn)行鉸接，門腿一側(cè)加固在中橫梁與門腿立柱交匯處，并在鋼管端部設(shè)置一調(diào)節(jié)螺桿，用于調(diào)整門腿垂直度，另一側(cè)加固在一期預(yù)埋板上。

（2） 支撐桿受力計算。支撐管受力情況見圖5，支撐桿采用168 mm×6焊接鋼管制作而成，長度L為8 020 mm，支撐管與地面埋板和門腿部位均采用鉸接。由于門腿就位后，內(nèi)側(cè)布置有纜風(fēng)繩控制其向外傾倒，支撐桿抗拉可忽略不計，受力計算僅考慮支撐桿受壓，假設(shè)門腿上端面中心吊裝就位后向內(nèi)側(cè)傾倒按最大水平位移300 mm控制，則支撐位置最大位移偏移為200 mm，門腿重心位移L1為190 mm，支撐桿力臂L2為4 333 mm。經(jīng)查設(shè)備廠家提供的施工圖，單側(cè)需支撐的重量分別為大車行走機構(gòu)、下橫梁、門腿及中橫梁，其質(zhì)量分別為9 967，4 127，3 878，2 924 kg，單根168 mm×6焊接鋼管支撐質(zhì)量為

G=（9967+4127+3878+2924）/2

=10448 kg（1）

根據(jù)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，按b類，支撐桿穩(wěn)定性系數(shù)ψ=0.311，滿足規(guī)范要求，本設(shè)計參數(shù)取值見表2。

長細(xì)比為λ=L/ρ=802/5.73=139.9＜200 （3）

門腿上端面中心向內(nèi)傾倒300 mm時，其支撐點位移為200 mm，支撐桿受力：

P=f₁×G×L₁/L₂

=1.2×10448×190/4333

=549.76 kN （4）

式中：f₁為風(fēng)荷載系數(shù)。

支撐桿的穩(wěn)定性校核：σ=P/（ψ×A）

=549.76×10³/（0.311×30.54×10^-4）

=5.79 MPa＜［σ］_設(shè)計（5）

式中：［σ］_設(shè)計為ф168 mm×6焊接鋼管最大理論抗彎剛度，為215 MPa。門腿上端面中心最大水平位移300 mm時，168 mm×6焊接鋼管受力符合要求。

4結(jié)語

按照以上安裝程序和吊裝、臨時加固方案，施工方順利高效地完成夾巖水利樞紐工程引水發(fā)電洞進(jìn)水口雙向門機拼裝，為后續(xù)小車、電氣設(shè)備安裝及負(fù)荷試驗奠定了基礎(chǔ)。對臨時加固措施及起重設(shè)備的計算及選型降低了門機拼裝的安全風(fēng)險，值得其他類似結(jié)構(gòu)及施工條件的門機安裝工程參考。

參考文獻(xiàn)：

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［3］黃斌.大跨度、超高雙向門機快速安裝工藝解析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（17）：87-92.

（編輯：江燾，舒忠磊）