白鹤滩水电站缆机群安装施工标准化工艺概述

2018-04-08中国三峡建设管理有限公司白鹤滩工程建设部罗荣海王德金王励吉沙日夫冯博莫让华杨雷焦翔刘凡武李林周其荣

电力设备管理 2018年3期

中国三峡建设管理有限公司白鹤滩工程建设部罗荣海王德金王励吉沙日夫冯博莫让华杨雷焦翔刘凡武李林周其荣

1 研究的意义

缆索起重机是当前各峡谷式水电站大坝混凝土浇筑和金属结构安装吊运的主要手段，有着其它起重设备无法替代的优势。

白鹤滩水电站工程施工共设置缆机7台，是世界上最大的缆机群，主要用于大坝混凝土浇筑与金属结构安装等施工项目的吊装运输。采用高低双层平移式布置，其中高平台布置缆机3台（1#～3#缆机），低平台布置缆机4台（4#～7#缆机）。白鹤滩水电站高平台30t平移式缆索起重机因其塔身高、跨度大，施工覆盖范围广，高塔身缆机安装工作量大、设备多，难度高，安全风险大。参建各方根据现场地形条件和可利用资源的差异，同样的设备采用了不同的安装工艺，技术要求也在不断更新。通过研究并总结白鹤滩缆机安装的工艺技术及施工组织管理，对比其他电站缆机安装方案，从施工质量和施工安全等方面进行详细分析和评价。同时把安装过程中的各种情况真实反映出来，通过对现场情况综合分析，研究处理措施，并对整个实施过程进行记录汇总。

本课题将从轨道安装、埋件地锚安装、索道系统安装、主塔机构安装、副塔机构安装、平衡车机构安装等方面阐述高、低塔架缆机的安装过程，囊括了高塔架、低塔架缆机基础和主体安装，总结出一套针对缆机安装切实可行、经济科学的方法。课题成果的应用与推广将为今后的各类型号缆机的安装具有指导性意义，也为安装单位带来良好的经济效益和社会效益。

1.1 国内研究水平综述

白鹤滩缆机群总共由7台缆机组成，分双层布置，其中高缆3台（主塔架高度达到75m），低缆四台（主塔架高度为30m），国内外尚无如此多数量的缆机群。鉴于此次数量如此多的缆机群在世界上实属首次，在施工干扰防范方面没有以前施工案例可以借鉴，且由于白鹤滩特殊的地形条件限制，也进一步增大了缆机群安装的难度。本课题以世界上最大的缆机群——白鹤滩缆机群安装作为研究对象，从施工干扰消除和大风天气条件下高危安装作业施工工艺这两方面入手，通过施工技术研究，总结出一套完善、合理的缆机群安装施工工艺，为以后同类工程提供借鉴。

1.2 课题研究的关键

白鹤滩水电站建设工程安装的高缆缆机和低缆缆机，两者的共同特性关键是主索过江。两者的副塔安装方法相同。难点集中在高缆塔架的安装工程。因此，高、低缆安装的共同关键路线是：

缆机轨道安装→锚固件埋设→辅助承载索架设→主塔安装→副塔安装→主索过江→主索张紧→小车安装→牵引、提升索安装→系统调试→试运行。

高缆塔架的安装亦是高缆安装工程中的另一关键路线：

缆机轨道安装→锚固件埋设→辅助吊装设施架设→A字塔架拼装→主索过江→配重车安装→后拉索安装→A字塔架提升、自升→小车安装→牵引、提升索安装→系统调试→试运行。

（1）高缆安装工艺流程见图1。

（2）低缆安装工艺流程见图2。

1.3 施工特点

（1）白鹤滩缆机跨度大，主塔结构重量近220t，高缆安装高度近100m，高、低缆施工部位狭窄，安装场地山势险峻，施工难度及安装风险很大，同时存在高空作业、大吨位拖拽、吊装等作业风险。

（2）项目施工过程中，高缆主塔A型塔架、绳索系统的安装均采用卷扬设备，并通过地锚承力。绳索系统、地锚的布置及承载受力情况复杂，需反复验算，施工技术含量高。

（3）项目施工资源投入巨大，根据现场地形地貌情况及安装工序需要投入25吨、50吨汽车吊、70吨汽车吊及130t汽车吊各一台，需要5吨、10吨、15吨及20吨等卷扬设备近26台套，设备投入多；需要各种规格绳索共2万余m，各类钢材120余吨，材料投入大；同时，缆机安装工期紧张，涉及各工种人员需求总数100余人。

（4）缆机安装作业施工范围广，与其他土建施工部位存在相互影响、相互干扰的问题，需要大量的协调工作；缆机安装过程中，各工种作业人员、各部位作业人员之间都存在大量的统一指挥、统一协调的工作。施工时确认通讯设备必须畅通且采用专用频道，统一指挥，统一口令，统一频道，指令清楚。

（5）气象条件恶劣，当地全年风大，4月～10月为多雨季节，11月～3月为大风季节拟采取在现场配备足够的防风、防雨材料，对需要防风、防雨的设备部件及时进行保护，给施工人员配置雨衣、雨裤、雨鞋等安全防护用品，制定缆机安装应急预案。并在缆机安装之前模拟进行缆机安装应急预案演练，以保证缆机施工的人员和设备安全。同时在连续施工过程中，必须密切关注施工期间的气象变化情况。

2 施工重难点分析

2.1 轨道校正

由于轨道在运输和存放过程中造成不同程度的变形，而轨道安装要求较高，要达到优良标准。为此，需将轨道的直线度进行调整满足安装要求。

2.2 悬挑平台的安装

右岸高、低缆机平台为高边坡临边平台，其临边坡角约为80°，给高、低缆缆机副塔部件安装及索道架空系统安装带来了严峻的考验，为了保证缆机安装工作的正常进行，在副塔设计制作安装了一个6m×5m的悬挑平台，使架空索道右岸端的安装、主索过江、副塔主索张拉拉板等安装得以正常的进行。

2.3 桅杆吊拼装

安装高缆时，需要使用桅杆吊作为辅助设备提升缆机A字型塔架。桅杆吊原方案为拼装沿安装轴线从905平台基座处至890平台安装支架依次拼装5个标准节及头部；桅杆吊总长为66m，905平台至890平台支架悬空段长度约为30m，该悬空段的重量约为30t，起吊高度约为30m。考虑到890平台施工现场不能满足桅杆吊安装施工要求，为了保证桅杆吊的安装能顺利的进行，对桅杆吊的拼装及扳起方案进行了优化，将桅杆吊的拼装轴线向下游转移20°由桅杆吊基座至905平台下游临边线组装，整个桅杆吊的拼装全部在905平台进行，不仅减少了高空作业，同时能更好的有利于桅杆吊臂架直线度的调整和安全，而且减少了设备及材料的投入。

图1 高缆安装工艺流程

图2 低缆安装工艺流程

2.4 桅杆吊扳起

原方案需要使用200t汽车吊将桅杆吊头部吊起，辅助桅杆吊扳起。由于白鹤滩水电站现场没有200t汽车吊，为了保证桅杆吊安装工期，根据现场的情况，通过探讨及计算，最终确定使用“130t+70t+25t”模式，即使用3台汽车吊抬吊的方法进行桅杆吊扳起工作。

2.5 钢丝绳的保护

高缆安装需要使用将近30000m各种规格的辅助钢丝绳，为了保证每一根钢丝绳的安全性，在钢丝绳的牵拉、释放和缠绕中通过采取支垫、防护、检查、保养确保使用的每一米钢丝绳的安全；特别是对缆机主索过江施工中，采取可靠的保护措施防止的各种损伤。

在辅助索施工前，缆机辅助索的主地锚分别布置在右岸980平台和左岸890平台，高差较大，通过计算及电脑模拟，确定了四根辅助索的安装垂度为73m，并根据辅助索的垂弧轨迹，计算左右岸的开挖爆破飞石对辅助索的影响，最终确定右岸坝肩开挖至820以下及左岸开挖至768高程以下方能进行辅助索的架空安装工作。另外根据辅助索安装弧度轨迹，在进行索道系统安装时，钢丝绳在左岸道路交叉处，永久路102路B段存在干涉，为了保证架空索道的安全及B段道路交通的正常通行，在路边设置了一个6m高的混凝土支墩。

2.6 主索过江工艺的优化

主索过江作为缆机安装中危险性极高的一项工作，如有考虑不周，极容易发生重大事故，特别是针对白鹤滩缆机跨距大、主塔塔架高、副塔施工部位临边陡峭面积狭小，主索过江将直接决定缆机安装的成败，为了保证主索过江的安全，参建各方对方案进行了优化。

首先对主索索头的牵拉方式及牵拉力控制进行优化。白鹤滩缆机主索直径为φ108mm，单重高达90t，高缆左右岸高差90m，主索过江的牵拉力较大，计算过程比较繁琐。主索牵拉绳直径为φ30mm，其最小破断拉力为567kN，根据国家起重规范，卷扬机牵拉绳的安全系数应≥5倍，故φ30mm钢丝绳最大的工作牵拉力应≤113kN；为了保证牵拉绳的安全，故在保证辅助索安全系数≥3.5倍情况下，将高缆辅助索的垂度由原方案的105m调整为73m，在此情况下主索过江牵拉绳的拉力约100kN。

为了保证主索索头在牵拉过程的安全，对主索索头的牵拉方式进行了讨论、优化，确定在主塔侧索头处安装牵拉索卡，距索头3m处安装主索过江首个临时承马，之后依次类推每隔30m均匀布置安装临时承马。在主索过江过程中，当主索放出约100m时，为防止因主索放出速度过大及重力加速度而出现“制动失控”现象，用主索卷筒后部的2台15t卷扬机配合φ32mm的钢丝绳将主索在卷筒前部夹紧固定，当一台卷扬机索夹到达主索过江预留孔时，另一台卷扬机将主索在卷筒前部夹紧固定后，拆除前部卷扬机的索夹。利用卷扬机的拉力缓慢将主索逐段放出，每段放出60m。使1#、2#、3#缆机主索及索头牵拉过江过程中始终处于平稳安全的姿态。

2.7 缆机主索张紧装置安装

在主塔侧安装主索索头时，需要副塔侧索头放出28m才可完成主塔侧索头的安装施工，在副塔放出的副塔侧主索张紧装置Ⅱ（重约8t拉板动滑轮组）防倾翻工作是个难点，故采用自制托架进行释放。考虑到活动拉板放置在托架上时重心偏高容易出现倾翻事故，故必须将活动拉板的重心降到辅助索下方，以保证外放时的安全。

主索过江过程中，待副塔侧索头浇铸完毕后，穿过副车轨道基础预留洞后，利用在辅助索地锚旁的埋件进行临时固定。使用25t汽车吊将托架吊装并固定在辅助索上，再使用130t汽车吊将主索张紧装置I与副塔连接就位，并用5t倒链与副塔架锁定。使用130t汽车吊将主索张紧装Ⅱ吊装就位，穿绕主索张紧钢丝绳，再将主索副车侧索头与张紧装置Ⅱ相连接。连接完毕后，使I、Ⅱ段张紧装置、张紧钢丝绳及主索缓慢受力，过程中为防止张紧装置在托架上产生倾翻，将张紧装置前段连接拉板下放与地面垂直，并在下方平台布置卷扬机及导向地锚，利用钢丝绳与下放的拉板连接跟随受力。

张紧装置两段连接拉板在主索张拉到位后进行安装。由于主索张紧装置拉板安装过程程序多，工序复杂，安装场地狭小，大部分工作都是在轨道基础前沿搭设的凌空安装平台上进行，因此在施工过程中，必须对现场进行精确的测量，合理进行施工布置，并且严格按程序施工。

2.8 高缆主塔架（A型架）由提升到自升的转换

在主塔架提升过程中，主索、后拉索、塔顶缆风钢丝绳基本成松弛自由状态。在主塔架提升到设计高度45m后，桅杆吊提升卷扬机停止工作，将提升用钢丝绳打上保险绳。再安装A型架自升张拉装置和同步装置，安装完毕后，先缓缓张紧自升卷扬机钢丝绳，观察A型架顶部上下游、左右岸方向变化，同时逐渐调整主索、后拉索、塔顶揽风钢丝绳，使A型架缓缓上升，并保持各揽风的张力处于平衡状态。当抬吊梁起吊钢丝绳完全松弛，分离抬吊梁，桅杆吊变幅回收直至桅杆吊脱离A型架。

在此过程中，必须密切观察A型架上下游、左右岸方向变化。同时观察主索、后拉索、塔顶缆风钢丝绳在收、放过程中，各卷扬机工作情况和锚固情况及提升速度。

2.9 高缆A型主塔架自升

由于A型架自升过程中，主塔架自升装置、塔顶缆风装置、同步装置、主索张紧装置、后拉索张紧装置、13台卷扬机同时动作，A型架上下游、左右岸方向需不断进行观察，因此现场指挥人员必须详细了解各部位、各工作装置的具体情况，作出正确判断，果断发布命令；所有操作人员必须注意力集中，听从指挥、配合整体协调，发现异常情况及时报告。

2.10 高缆后拉索与平衡台车连接

A型主塔架自升到位，底梁连接完毕后，主索缓缓松放，观察A型架顶部变化，使A型架缓慢向后倾斜，后拉索渐渐松弛，再慢慢收回后拉索平衡梁滑轮组钢丝绳，多次重复此过程，直至将后拉索与平衡台车连接完毕。拆除平衡梁及其滑轮组等。拆除完毕后，缓缓张起主索，将A型架缓缓扳回至10°，此过程应分步骤进行，及时观察现场变化，调整过程步骤中的各部位变化的协调程度，保证后倾作业的安全。