向家坝水电站升船机平衡重系统钢丝绳张拉挂载技术

2019-04-29王鹏金海军孙文才王定坤

水电与新能源 2019年4期

王鹏，金海军，孙文才，王定坤

(中国长江三峡集团有限公司，四川成都610042)

向家坝升船机平衡重系统钢丝绳直径φ76 mm，共128根，分16组对称布置在船厢两侧。每组有8根钢丝绳，每根钢丝绳长142.0 m，一端通过调节组件(包括调节螺杆、花篮螺母、销轴与自润滑关节轴承、防松螺母、防旋板等)与船厢吊耳连接，另一端绕过塔柱顶部机房内的滑轮组后，通过连接组件(包括平衡梁、销轴等)与平衡重组连接。每个滑轮组有4个滑轮，每个滑轮上有2根钢丝绳绕过。向家坝升船机钢丝绳布置见图1。

图1向家坝升船机钢丝绳布置图

向家坝升船机共有16组平衡重组，平衡重组由平衡重块、钢结构框架、调整平衡重块及导向装置等组成，每个平衡重组含4个平衡重块Ⅰ、2个平衡重块Ⅱ和1个平衡重块Ⅲ。每个平衡重组悬挂一条平衡链，平衡链的一端悬吊在混凝土平衡重块Ⅲ的底部，另一端则绕过船厢室底部的导向装置后与船厢主纵梁的外腹板连接。因钢丝绳悬吊长度变化造成的不平衡载荷通过平衡链予以补偿[1]。

向家坝升船机钢丝绳张拉挂载是升船机调试过程中的关键节点，它的顺利完成使塔柱获得了压载，使高高程螺母柱安装具备条件，对升船机工程向试通航目标迈进具有重要意义。

1方案选择

向家坝升船机属于齿轮齿条爬升螺母柱保安式，目前国内只有三峡升船机属于该型式[2-3]。该类型升船机在钢丝绳张拉挂载(塔柱加载)时有两种方式选择，一种是船厢先腾空，一种是平衡重组先腾空。三峡升船机采取前者，向家坝升船机综合考虑后采取的是后者，两种方案在工期控制上基本相同，但相比之下，后者具有以下优点[4-5]：

1)从安全风险考虑，船厢先腾空工况下，工序较繁复，在船厢加水回落带平衡重腾空过程中，可能存在船厢受力不均、船厢结构变形不一致，钢丝绳受力不均，以及船厢内水体的震荡引起的船厢偏斜的风险。平衡重先腾空工况下，由于平衡重块分批张拉加载，过程独立、单一、可控，张拉加载过程中船厢始终保持不动，安全风险较小。

2)从技术角度及施工过程控制考虑，采用船厢先腾空方案，在进行第二批平衡重张拉挂载过程中，由于平衡重块不腾空，受钢丝绳长度差影响，无法直观判断第二批挂载平衡重在全部平衡重块腾空后，腾空高度是否与第一批挂载平衡重一致，如果偏差较大，需要进行平衡重的二次张拉施工。采取平衡重先腾空方案，由于平衡重块分批腾空，能够较好的对钢丝绳张拉过程及平衡重腾空工况进行控制，有利于进行实时监控及随时观察平衡重块腾空情况，能够有效地对平衡重组安装质量进行控制，可以减小后续平衡重组的调整量。

2挂载技术方案

2.1挂载前提条件

2.1.1船厢应具备条件

1)船厢及其机械设备完成安装或吊装就位，船厢具备充水条件。

2)船厢补排水系统安装完成，具备给船厢充水能力；临时排水设施已准备到位。

3)船厢3.0 m水深基准线已完成标识；船厢水深测量标尺完成布置。

4)船厢由底部安装胎架支承，自由无约束摆放在支墩上，处于满足设计要求的水平状态。

2.1.2平衡重系统设备应具备条件

1)平衡重组已在373.305 m安装平台组装完毕，由锁定梁支承，处于自由状态，安装高程已经作好标识。

2)钢丝绳一端已与平衡重块连接(另一端未与船厢连接)。

3)平衡链已安装到位。

4)平衡重块安装用顶升设施(千斤顶、液压泵站、管路)、钢丝绳张拉工装、钢丝绳调节组件旋转工装安装到位。

2.2挂载技术

升船机船厢室侧的钢丝绳张拉需和平衡重井侧的平衡重块腾空配合进行，随着船厢侧钢丝绳调节组件的张紧，实现平衡重块的腾空。

2.2.1挂载顺序确定

为保证挂载过程中船厢平稳，确保安全，按左右岸对称成组原则张拉钢丝绳，实现对应的平衡重块腾空。

挂载前将16个平衡重井顺水流方向编号为左1- 左8井和右1-右8井，将每个平衡重井的8根钢丝绳以4块防旋板为单位(相邻的2根钢丝绳安装1个防旋板)，顺水流方向以1、2、3、4组进行编号。挂载阶段分三批进行加载，挂载顺序详见图2。

2.2.2钢丝绳挂载

钢丝绳挂载施工可分为调整(安装防旋板前)和张拉(安装防旋板后)两个过程。

1)钢丝绳的调整。钢丝绳的调整是在安装防旋板前操作，主要是调整钢丝绳长度。钢丝绳出厂时，每根钢丝绳侧面沿绳长方向标记一条红色直线，现场调整主要是使该红线尽可能恢复到直线，以便还原到出厂长度，主要采取回旋的方式。钢丝绳通过回旋一定圈数调整好后，及时将钢丝绳锥套与防旋板和调节组件连接，每2根钢丝绳安装1个防旋板，将钢丝绳调整长度固定下来。调整控制原则：船厢在上极限位时右侧平衡重块不触底；每对钢丝绳长度差满足防旋板安装要求。

2)钢丝绳张拉施工。根据前文确定的挂载顺序，分批次将安装防旋后的钢丝绳依次与船厢吊耳孔完成穿轴连接。

第一、二批钢丝绳张拉前，先要将平衡重块钢框架顶升，脱离类型Ⅰ、Ⅱ平衡重块，以方便施工。第三批钢丝绳张拉前，使平衡重块钢框架回落于6块Ⅰ、Ⅱ型平衡重块上。

张拉时，以防旋板为单位，采取液压千斤顶逐步加载，旋转花篮螺栓直至调节组件长度到拟定值。在张拉过程中注意观察平衡重块腾空高度，作为是否张拉到位参考。

图2钢丝绳挂载顺序图示

2.2.3平衡重腾空

平衡重先腾空工况下，采用分批对称张拉挂载、分批加水相结合方式，始终保证船厢侧重量大于平衡重侧(需事前对每批次加载重量进行精确计算)，最终实现平衡重全部腾空。第一批48根钢丝绳挂载后，实现部分I、II型平衡块腾空，然后向船厢第一次注水约2 700 t；再进行第二批48根钢丝绳挂载，实现全部I、II型平衡块腾空，然后向船厢注水约2 086 t；最后进行第三批32根钢丝绳张拉挂载，实现全部III型平衡重块腾空。

船厢与摆墩之间解除约束的时机，综合考虑到船厢在挂装平衡重过程中的变形，在第一批平衡重挂装完成后进行解除约束，解除约束过程中，需注意观测可能发生的异常。

2.2.4挂载后需完成的工作

1)船厢调平、配平。①船厢调平：通过液压千斤顶进行船厢调平，机械千斤顶、保护支墩、垫木辅助保护。②船厢配平：通过向船厢加水，逐渐配平船厢和平衡重组，可能需增加调整平衡重块。此时船厢水深约3.05 m。船厢侧重约150 t，千斤顶及支墩辅助保护。

2)平衡重侧平衡梁调平。在平衡重腾空、船厢调平、配平后，根据所有平衡重块悬空后钢丝绳实际拉伸量长度差异，进行部分平衡重块对应钢丝绳长度调整，最终实现平衡重侧平衡梁的调平。

调整方法采用“钢丝绳张拉+平衡重块顶升”组合方案进行调平。

a.平衡梁调平施工

类型Ⅲ平衡重块调平(见图3)。

1)在钢框架下部水平梁处、类型Ⅲ平衡重块相邻上下游侧平衡重块与水平梁间布置钢垫墩，钢垫墩与平衡重块间加垫薄橡皮。

2)将150 t液压千斤顶布置在下部水平梁与类型Ⅲ平衡重块间，千斤顶与平衡重之间垫设-30 mm×300 mm×300 mm钢板及-10 mm橡皮，以保护平衡重块。利用千斤顶将平衡重块缓慢顶升一定高度，见图3(顶升高度不小于平衡重块需调整高度)。

3)在船厢侧平衡重块对应钢丝绳位置布置张拉工装及200 t液压千斤顶，利用液压千斤顶通过张拉工装向钢丝绳施加拉紧力，直至调节组件出现自由倾斜情况，此时调节组件基本不受力，然后通过调整花篮螺栓使调节组件缩短或者伸长(调整长度与类型Ⅲ平衡重块需要调整的高度差相同)。然后200 t液压千斤顶卸载，使调节组件恢复至受力状态。

4)调节组件调整完毕后，平衡重侧150 t液压千斤顶卸载，使平衡重块恢复至腾空状态，回装缓冲橡皮。