向家坝水电站冲沙孔检修闸门吊装优化施工

刘红德

（中国水利水电第四工程局有限公司，云南 昆明 650224）

1 工程概况

向家坝水电站位于云南省水富县和四川省宜宾县交界的金沙江下游河段上，是金沙江水电基地最后一级电站。该工程施工导流底孔上部布置一条冲沙孔，冲沙孔进口段设有挡水检修闸门和事故闸门，出口段设有一扇工作闸门。进口挡水检修闸门为反钩叠梁平面滑动闸门，有5节门叶，各节门叶之间均采用焊接连接，顶节设有充水阀。该闸门总重342．6 t，是用于二期发电期间的挡水，设计入槽手段是，在该部位形成的混凝土排架上布置6 500 kN卷扬机，进行吊装就位。

在施过程中，坝顶384．0高程部位的混凝土排架一直未形成，致使正常启闭闸门入槽的6 500 kN卷扬机不能如期安装，造成现场的施工进度与业主要求的发电目标相冲突。因此，如何充分利用现场条件，在不具备卷扬机的情况下完成检修闸门的下闸工作，是项目部所有施工人员急需解决的一个问题。

2 检修闸门下闸方案的优化施工

为了满足该坝段混凝土排架的施工要求，顺利完成下闸工作，实施检修闸门的挡水条件，根据现场条件与设备状况，决定采用两台300 t的履带吊及平衡梁进行下闸。

2．1 起重设备300 t履带吊的站位与分布优化

根据设计图纸，冲沙孔坝段最前端为检修闸门，同一轴线下游为事故闸门，检修闸门顶部384．0 m高程处设置有混凝土排架，门槽两侧均设置有排架立柱。

单台履带吊吊重为300 t，回转半径为5．0 m。检修闸门及拉杆装置总重约340 t，因此，用两台300 t的履带吊车吊装。考虑到施工安全系数，每台履带吊分担的起吊重量为190 t。根据吊车起吊工况，需使用主臂长24 m，起吊半径10 m，最大起吊量不小于190 t的300 t履带吊。如图1所示，2台履带分别站位于门槽两侧，其端部相距11 m，距离门槽中心6 m，并使门槽中心与闸门两则吊耳中心均在起重臂的覆盖范围内。

2．2 排架立柱主筋的安装优化

300 t履带吊起吊时，其端部履带压迫立柱主筋。为了不影响吊车的起吊工况，采用如下的施工措施：（1）将压迫部位处的主筋预留300 mm，然后全部割断，并保证对接处接缝错位；（2）在履带吊起站位处及主筋压迫处，先填入400 mm厚的沙子，并进行压实处理；（3）施工完成后，铲除沙子，采用套筒机械连接主筋与割断处的主筋，并检查连接强度。

2．3 下闸平衡梁的设计与制作

门叶为单吊点，利用2台履带吊进行抬吊施工，就必须有一副与起吊吨位相对应的平衡梁。平衡梁的设计原则为：（1）平衡梁的两个起吊点满足2副起重臂互不干扰；（2）平衡梁吊点与门叶连接处吊点的强度必须满足要求；（3）平衡梁本身满足一定的稳定性要求。根据这一原则，该工程设计的平衡梁如图2所示。

在使用前，需对平衡梁进行强度与刚度验算。

（1）平衡梁吊耳焊缝强度计算。

闸门自重336．643 t，考虑其他因素，按照400 t进行校核。闸门的重量由两个吊耳板承受，单个吊耳板承受重量为200 t。吊耳板采用30 mm厚的Q345钢板。它与平衡梁采用开双面坡口溶透焊接（清根）。每个吊耳板有两条焊缝与平衡梁连接，单条焊缝承受重量为100 t。

图1 采用2台300 t吊车安装检修闸门示意图Fig.1 Installing bulkhead gate by two 300 t cranes

图2 检修闸门下闸平衡梁设计图Fig.2 Design of equalizing beam of bulkhead gate

焊缝只受到剪应力的作用，其计算式［1］为

式中：τ为焊缝受的剪应力，N／㎜2；F为焊缝承受的作用力，即单条焊缝承受重量，F≈106N；S为焊缝的截面积，S＝焊缝宽度 （H）×焊缝有效长度 （L）＝30×780＝23 400 mm2。

经计算，τ＝42．73 N／㎜2。 板厚为 30 mm 的Q345焊缝抗剪强度设计值 fτ＝170 N／㎜2＞τ。 所以，平衡梁吊耳焊缝强度满足要求。

（2）孔壁承压计算［2］。

孔壁承受的压应力计算式为

式中：σcj为孔壁承受的压应力，Pa；G为每个孔所承受的载荷，约106 N；d为孔直径，140 mm；δ为板厚，δ＝90 mm，两侧设有30 mm厚的补强板。

经计算，σcj＝79．356 MPa。 Q345 钢板容许局部紧接承压应力［σcj］＝110 MPa＞σcj。所以，孔壁的抗压强度满足要求。

（3）孔壁抗拉应力计算［3］。

孔壁抗拉应力计算式为

式中：R为孔上方宽度，150 mm；r为孔半径，70 mm。

经计算，σk＝148．79 MPa。 孔壁抗拉允许应力［σk］＝170 N／mm2＞σk。 所以，孔壁的抗拉强度满足要求。

（4）平衡梁强度校核［1～3］

按照中心集中荷载计算平衡梁受力，平衡梁所受最大弯矩在梁中间位置，Mmax＝G×L／2＝1．2×107N·m；最大剪力 Vmax＝G／2＝2×106N。

平衡梁截面特性为：截面积A＝143 600 mm2，惯性 矩 Ix＝2．49 ×1010， 回 转 半 径 ix＝415．4883、iy＝370．7042，截面模量 Wx＝4．7×107，Q345（30 mm 厚）钢抗弯强度设计值 f＝295 N／mm2、 抗剪强度设计值 fτ＝170 N／mm2，半截面面积矩 Sx＝2．4×107mm2，截面塑性发展系数 γx取 1．05。

平衡梁的抗弯强度计算式为 σ＝Mmax／（Wx×γx）＝243．16 N ／mm2＜f＝295 N ／mm2；抗剪强度计算式为 στ＝VmaxSx／Ixtw＝64．257 N ／mm2＜fτ＝170 N ／mm2。

综上所述，平衡梁强度满足要求，制作时，对关键部位进行外观检测与内部检查，以满足300 t吊车的起重要求。

2．4 检修闸门安装施工

冲沙孔检修闸门按照正常施工工序完成闸门拼装后，实施如下施工工序，保证闸门的顺利下闸施工。（1）将闸门拉杆处的锁定装置安装到位，保证届时拉杆的锁定，同时，用30 t缆机配合提升已安装的拉杆。（2）闸门充水阀处连接一节拉杆，拉杆另一端与平衡梁吊耳连接，两台300 t吊车提升闸门，移除锁定梁，下放闸门；（3）闸门下放至拉杆锁定位置时，平移锁定梁，将拉杆与闸门锁定。之后，每连接两节拉杆，就下放一次闸门。闸门下放到底后，将锁定梁恢复至拉杆锁定位置，将顶节拉杆锁定。然后，两个锁定梁之间采用∠63角钢连接。（4）后期卷扬机安装完成后，将拉杆与卷扬机动滑轮连接，拆除锁定梁。

3 结语

向家坝水电站冲沙孔坝段施工导流底孔检修闸门为反钩叠梁平面滑动闸门，该闸门设计作用为发电期间挡水施工。在后续闸门的吊装入槽施工中，由于受入槽设备6 500 kN卷扬机安装问题的影响，采用2台300 t履带吊和平衡梁顺利实现了闸门的下闸工作，按期保障了闸门的挡水功用。这在水电建设史上是一个良好的施工方法，也是值得借鉴的。

［1］武汉大学，大连理工学院，河海大学．水工钢结构［M］．北京：中国水利水电出版社，1995：70－119．

［2］ 毕 谦，程培基．材料力学［M］．重庆：重庆水学出版社，1994：15．

［3］中国电力企业联合会标准化部．电力工业标准汇编·水电卷：金属结构［M］．北京：水利电力出版社出版，1995：115－118．