用单吊点锚索吊装地下厂房桥机大件

李 刚，贾栋林

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明650032）

1 概述

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流中游河段，为雅砻江中游（两河口至卡拉河段）一库七级开发的第一级，是雅砻江中下游的“龙头”水库电站，具有多年调节能力。电站站址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2 km河段，距离雅江县城约25 km。

厂房内共设置2台550 t/100 t/16 t-24.8 m桥式起重机，由太原重工股份有限公司起重分公司制造，主要承担两河口水电站水轮发电机组大件吊装及检修工作。桥式起重机采用双梁双轨单小车的结构型式，由小车、桥架、起重机运行机构、550 t吊具滑轮组、550 t吊钩装置、100 t吊钩装置、16 t电动葫芦装置、附属钢结构和电气设备等组成，其中最重部件为小车其重量约76 t。小车沿着主梁轨道运行、整车沿平行于厂房的轨道运行。

2 天锚结构

厂房桥机大件吊装通常采用在顶拱安装锚点，设置提升系统或使用汽车起重机。然而因为桥机结构部件体积大、重量重，使得安装锚点时布置锚杆难度较大，安全风险也大大增加，投入汽车起重设备时则增加成本，不经济实惠。

两河口水电站项目是在厂房顶拱布置了一个天锚，其结构主要采用单孔多锚头防腐性压力分散型预应力锚索，锚索设计吨位2 000 kN，天锚设计最大承载力为1 000 kN。其中天锚锚头结构示意如图1所示。

图1 天锚钢锚头结构图

3 吊装系统布置

为顺利完成桥机大件吊装，根据厂房桥机各部件的重量参数，结合已布设的天锚锚头结构特点，设计和布置桥机大件吊装的起吊系统，包括与钢锚头连接的吊耳、配套滑轮组、导向滑轮、卷扬机、钢丝绳等。

3.1 连接吊耳设计

分析天锚钢锚头的结构及特点，钢锚头无法直接与起吊滑轮组连接，需设计一个连接吊耳，连接钢锚头和起吊滑轮组。根据钢锚头的结构尺寸以及桥机部件最大起重量（76 t），吊耳设计为箱型结构，与钢锚头采用焊接的方式进行连接，吊耳结构如2所示。

图2 箱型吊耳与锚头连接示意图

确定吊耳结构为箱型后，依据锚头材料、尺寸及桥机部件最大起重量等参数，对吊耳进行选材并进行强度校核。

根据锚头设计图纸，锚头材料为45号钢，板厚为40 mm，查《GB/T699-2015优质碳素结构钢》[1]，得到该材料下屈服强度δsmin≥355 MPa，抗拉强度σb=600 MPa；根据《机械工程师手册》[2]，在静载的情况下，钢材取ns=2～2.5，其许用应力 [σ]=σsmin/ns=355÷2=177.5 MPa，许用剪切应力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=106.5 MPa。

选用Q345 C作为吊耳材料，板厚55 mm，查询《焊接手册（第3版）第2卷：材料的焊接》[3]得到该材料下屈服强度δsmin≥295 MPa，抗拉强度σb=470～630 MPa，在静载的情况下，钢材取ns=2～2.5，其许用应力[σ]=σsmin/ns=295÷2=147.5 MPa，许用剪切应力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=0.6×147.5=88.5 MPa。

桥机最重部件约为76 t，按100 t进行计算，校核吊耳图2所示J-J截面的承载能力：

27 MPa＜147.5 MPa＜177.5 MPa，故选用 Q345C，δ=55 mm钢材制作的吊耳，其强度满足使用要求。

3.2 吊耳与锚头连接

吊耳与锚头的连接方式采用焊接。根据预先制定好的焊接工艺，将制作好的箱型吊耳焊接于锚头上并校核焊缝强度。

焊缝主要受拉应力，载荷按100 t计算，焊缝截面积按图2所示，仅取吊耳板截面积进行计算（不考虑连接板截面积），其中焊缝截面系数ψ=0.8～0.95，取最小值ψ=0.8。

焊接采用手工电弧焊，焊条为E5015，熔敷金属抗拉强度≥490 MPa。21.84 MPa＜490 MPa，故焊缝强度满足要求。

3.3 吊装系统安装

根据天锚位置及地下厂房安装间现场空间情况，布置桥机大件吊装的起吊系统，包括：牵引动力卷扬机、导向滑轮、起升滑轮组等，选用一台200 t带旋转吊钩的10门滑轮组作为起吊系统动滑轮，选用一台200 t的10门滑轮组与吊耳连接作为起吊系统定滑轮，选择20 t的单门吊钩定滑轮作为导向滑轮，导向滑轮通过与预设锚杆连接固定，具体平面布置如下页图3所示。

根据起升载荷，选择牵引卷扬机及钢丝绳，起升载荷按100 t计算：

按10门滑轮组小花穿绕21根钢丝绳吊装计算卷扬机牵引力Z，由牵引力计算公式得：

式中Q为吊装荷载最大重量100 t；n为钢丝绳数量；η为滑车综合效率；ε为滑车阻力系数；η1为导向滑轮效率。

根据计算出的牵引力8.08 t，故选择16 t卷扬机为吊装提供牵引动力。

单根钢丝绳受到的拉力为：P=Q/n×g=8.08 t×9.8 kN/t=79.18 kN

钢丝绳的破断总拉力为：

式中P为钢丝绳的容许拉力（kN）；ΣS0为钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；a为考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，对6×37钢丝绳，a取0.82；K为钢丝绳使用安全系数，取5。

选用6×37+FC-φ36 mm钢丝绳，公称抗拉强度为1 570 MPa，查《GB8919-2006重要用途钢丝绳》[4]，最小破断拉力F0=671 kN。

F0＞ΣS0，所选钢丝绳满足使用要求。

图3 起吊系统平面布置示意图

4 吊装系统负载试验

在进行桥机大件吊装前，为验证起吊系统各机构的安全性与稳定性，对已安装完成的起吊系统进行载荷试验，试验负载物选用钢筋，采用钢丝绳兜吊的方式按设计额定载荷（100 t）50%、75%、100% 的阶段依次逐级增荷进行负载试验。

试验步骤：

（1）各阶段载荷先缓慢提升至距离地面200 mm，保持10 min，再次提升至距离地面500 mm，然后降至距离地面100 mm，反复起落3次。

（2）在试验过程中，时刻观察及监测各机构的运行及位移情况。

（3）负载试验完成后，对箱型吊耳焊缝进行检查，对滑轮组、导向装置、钢丝绳、卷扬机、地锚等装置的完好情况进行检查，确认各装置完好无损，保障后续使用安全。系统负载试验示意图如4所示。

图4 起吊系统负载试验示意图

5 桥机吊装

5.1 起吊准备

依据桥机设计图纸及厂房结构图，核算确认桥机各部件的起吊高度，并根据各部件结构及重量，合理安排吊装顺序，优化吊点布置以及选择适宜的吊具。

两河口厂房桥机整机高度为6.7 m，其中桥架主梁高度约为2.8 m，小车的高度约为3.4 m。当桥架吊装到位后，大车卷筒顶面的高程为：EL.2624.08 m（轨顶高程El2621.5 m+2.58 m），厂房顶拱高程为EL2636.0 m，天锚锚头与吊耳连接后的长度约为1.0 m，滑轮组自身高度4.4 m，计算小车起吊空间高度为2 636.0-2 624.08-1.0-4.4=6.52 m，小车高2.4 m，所以小车吊装时，利用厂家预装余留于车架上表面的吊耳，即可满足小车最高部件的起吊高度要求。

除此之外，还可以使用SolidWorks等建模软件进行实体建模模拟，可有效防止空间干涉、重心偏移等问题，还可以提供吊点优化布置的合理化参考建议。

5.2 主梁吊装

主梁总重约为30 t，远低于天锚设计承载载荷，故可以将行走机构、平台、护栏、司机室等附属部件在吊装前于地面安装完成后整体进行吊装，大大提升吊装效率，减少了吊装后再进行附件安装时的高空作业风险。

因主梁外形尺寸较大，需要旋转吊装到位后，再调整方向摆正。起吊前，在主梁两端系牵引绳，控制主梁起吊摆度；吊装时，缓慢起吊，当主梁起升高度超过桥机行走轨道高程时，拽拉牵引绳，控制主梁回转摆正，操作起吊系统配合使用手拉葫芦、千斤顶等工具使其主梁两端行走车轮平稳落于轨道上。主梁及附属部件吊装示意如图5所示。

图5 主梁及附属部件吊装示意图

5.3 小车吊装

小车主要包括小车架、行走机构、100 t及550 t起升机构等，整体总重达116 t，超过了天锚的设计载荷，为了吊装安全，将小车与550 t起升机构进行分离，然后再顺序吊装。小车架装配成整体后，测量并确认小车行走车轮跨距与小车轨道跨距相同，利用起吊系统缓慢提升小车架。当小车架底部超过桥机主梁高度后，将大车架移至小车架下方位置，找正方位后将小车架缓慢落在大车架的小车轨道上。小车架吊装完成后，进行550 t起升机构的吊装，先将大车架上的小车架移至边墙一侧，当550 t起升机构起吊高度超过小车架高度后，将大车架和小车架移动到550 t起升机构正下方，调平后缓慢落在小车架上。小车架及550 t起升机构卷筒吊装如图6所示。

图6 小车及550 t起升机构吊装示意图

6 结束语

通过上述布置的吊装系统和施工方法，安全顺利的实现了两河口地下厂房2台套550 t/100 t/16 t-24.8 m桥机全部大件的快速吊装，相较于传统多锚杆单吊点和使用汽车起重机的方法，尤其在地下厂房等起升空间受限的场所，锚索结构的吊点具有更高的安全性与经济效益。