高空安装施工中的大型钢梁结构优化技术经济分析

杨联东

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710016）

1 工程概况

丹江口大坝加高工程为南水北调中线水源工程，大坝在原大坝高程162.00 m的基础上加高14.6 m，该工程通航建筑物采用一级垂直升船机加一级斜面升船机方案，两者之间通过中间渠道衔接，为亚洲最大的垂直加斜面、通过中间渠道连接的升船机。升级改造工程为国内唯一的大型升船机改造项目。

大坝由于通航的需要，150 t级升船机升级改造为300 t级，改造后的升船机提升高度由45 m加大为61 m。其中垂直升船机横跨坝体，轴线与大坝轴线相垂直，采用完全不平衡的卷扬提升式，用于克服上游与中间渠道之间的水头落差，同时提升船只翻越坝顶。垂直升船机设备主要包括移动式提升机、承船厢、钢结构轨道梁、电力拖动、控制、检测、供电设备等，其中150 t垂直升船机轨道梁拆除和300 t垂直升船机轨道梁的安装，均为高空作业，为工程难点之一。

2 钢梁原设计结构及施工难度分析

2006年对150 t升船机进行了拆除施工，其中轨道梁采用了单根钢梁顶升后节间焊接，整体水平牵引滑移施工方案，成功进行了10根钢梁的拆除施工，为后期300 t升船机轨道梁安装施工提供了思路，在考虑后期300 t轨道梁安装方案时，初步确定了水平牵引滑移施工方案。

图1 初期支墩及钢梁结构及布置示意（尺寸单位：mm)

2007年，在300 t升船机设备招标阶段设计进行了钢梁的初设，结构如图1所示，钢梁在结构设计上符合规范要求，但是如果采用此结构钢梁，由于钢梁为变截面梁结构，底部不在一个水平面上，滑移方案将无法实施，考虑到钢梁高空安装的特殊性，常规吊装方案无法实施，有必要对钢梁结构进行优化设计。钢梁结构优化过程如图2所示。

图2 钢梁结构优化过程

3 钢梁结构及施工优化方案

钢梁结构及施工优化方案为：将厂内分3节制作的4号钢梁在工地拼装钢平台上架空组装，单根钢梁检验合格后，用布置在下游支墩的卷扬机牵引向下游滑移到合适位置。吊装3号钢梁 （整体到货），与4号钢梁用高强螺栓连接，整体向下游水平滑移，到合适位置后，将2号钢梁 （共3节）下游一节作为配重与3、4号钢梁连接成整体，继续向下游滑移，到位后分解2号钢梁，3、4号钢梁在4、6号支墩上向右面水平滑移，给后续施工让出空间，然后将2号钢梁组装完成，检验合格后向下游滑移，组装1号钢梁 （共3节），合格后与2号钢梁连接成整体，用布置在上游支墩的卷扬机牵引向上游水平滑移，到位后安装1、2号钢梁，接着将3、4号钢梁沿支墩向左面水平滑移复位，分解3号钢梁并顶升高2.4 m，浇筑3号钢梁底部混凝土支墩，最后将3号钢梁降落到位。安装调整所有钢梁支座，拆除拼装用钢支墩安装到左侧，进行左侧一组钢梁安装，施工顺序同右侧。

优化后的钢梁连接及结构示意见图3所示。

4 钢梁结构优化前后施工方案技术经济分析比较

丹江口大坝加高工程300 t升船机轨道梁安装施工结构优化后采用水平牵引滑移法施工，按此方案进行施工，较常规施工方案比较，取得显著经济效益，优化前后经济比较见表1、2。

表1 优化前施工费用

优化后的施工费用与优化前采用桅杆吊施工费用比较，节省资金100万，与项目总投资240万比较，节省资金约150万，经济效益显著。而且工法施工在工期、安全等方面具有很大优势，工程与合同方案比较，工期缩短两个月，避免了与土建的施工干扰，取得了技术、经济、质量、安全的综合最优的效益。

图3 钢梁结构及施工优化示意（尺寸单位：mm）

表2 优化后施工费用

5 结 论

通过优化的钢梁结构设计，使得水平牵引滑移方案得以顺利实施，2010年11月10日，300 t垂直升船机轨道钢梁安全顺利安装到位，一次性节约资金投入150万元，避免了施工干扰，与原方案比较，缩短工期近两个月，受到业主、设计、监理等方面的一致好评。实践证明，此方案新颖，安全经济，具有很大的经济效益和社会效益。据了解，节间利用高强螺栓连接，整体水平牵引滑移进行垂直升船机行走钢梁安装，此方案在水利行业垂直升船机安装上尚属首例，具有独创性。

通过丹江口大坝加高工程实践证明，施工方案优化过程是一个全方位、动态优化的过程，其优化贯穿了工程设计、制造、安装全过程，同时施工方不是一味根据设计图纸进行施工，而是应根据施工现场的具体情况进行合理化建议，本工程钢梁结构的成功优化，是集设计、制造、施工多方面集体智慧的结晶，达到了设计、制造、施工三方面都能接受的最佳的平衡点，是一次多家单位相互协调合作的成功范例，可以为同类项目在设计制造、施工工艺、施工管理、技术进步等方面提供有益的借鉴和参考。

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