向家坝水电站升船机大跨度球形网架屋顶高空安装关键技术研究与实施成果报告

徐传波

一、项目概况

向家坝升船机顶部机房位于塔柱高程393.000m以上，机房外轮廓尺寸138.31m×47.00m，采用钢筋混凝土框架柱、剪力墙结构，屋面采用正方四角锥网架结构。升船机屋顶网架结构采用螺栓球节点正放四角锥网架，支承形式为多柱点支承，网架净跨43m。网架由4段组成，各段网架之间分缝与机房结构缝对应。网架采用两对边支承，支座位于左右墙体的支座平台上，平台顶面高程417.5m。向家坝升船机顶部机房屋顶网架具有跨度大、无法布置大型吊装设备整体吊装、与顶部机房内其他专业垂直交叉作业频繁等特点。

二、立项背景

向家坝升船机屋顶网架位于升船机顶部机房高程417.5m屋顶网架梁以上，网架由4段组成，各段网架之间分缝与机房结构缝对应，网架净跨43m。升船机周围已布置建塔的起吊重量为10T，屋顶网架每个单元重量约20T，已有建塔不能满足屋顶网架分单元整体吊装的要求。升船机顶部机房周围也没有施工平台可以布置大型起吊设备用于屋顶网架分单元整体吊装。采取已布置建塔直接高空散拼，因网架净跨度太大，不能满足网架安装预起拱要求。屋顶网架拼装与顶部机房内功能性房间施工形成垂直交叉作业，施工安全风险极大。屋顶网架开挖安装后，顶部机房永久桥机为功能性房间和齿条、螺母柱等施工的唯一设备，若全部利用桥机大梁搭设四管柱临时支撑拼装屋顶网架，则功能性房间施工和齿条、螺母柱设备吊装等无施工设备。屋顶网架拼装完成后，需进行网架杆件防火涂装，防火涂装无操作平台，若从高程393m平台搭设钢管排架，工程量极大且影响其他专业施工。为解决以上问题，向家坝升船机屋顶网架主要利用桥机轨道安装自行式钢平台配合16T汽车吊和已有建塔进行屋顶网架高空散拼施工。最后三跨网架因桥机占压轨道，自行式钢平台无法行走至最下游，此时在桥机大梁顶部搭设四管柱作为临时支撑，完成最后三跨屋顶网架拼装。在永久桥机小车顶部搭设钢平台，可随桥机移动，覆盖整个屋顶网架防火涂装工作面，满足防火涂装施工。通过现场的合理施工组织，该屋顶网架于2016年8月中旬顺利拼装完成，不仅满足工期目标和保证了施工安全和质量，还降低了施工成本，实施效果良好。

三、主要技术难点

（1）国内外钢桁架屋顶网架拼装，常规做法是地面拼装完成后，采用吊装设备整体吊装固定。向家坝升船机顶部机房屋顶网架无法布置大型吊装设备整体吊装，只能采用16T汽车吊在高程393m平台拼装成三角锥后，利用建塔吊至自行式钢平台顶部进行高空散拼，网架跨度大，施工安全风险大，设置网架拼装的临时支撑和操作平台难度大、要求高。

（2）屋顶网架拼装与顶部机房功能性房间施工、齿条、螺母柱设备吊装等同时施工，存在垂直交叉作业风险，相互干扰大，安全风险更大。

（3）最下游三跨网架拼装前，需将16T汽车吊吊出高程393m平台。因顶部机房永久桥机占压轨道，自行式钢平台不能行走至最下游，最下游三跨网架不能继续使用自行式钢平台进行网架拼装，只能完全采用建塔进行高空散拼，拼装难度更大，只能利用桥机大梁搭设四管柱作为网架拼装的临时支撑安全风险极高。

（4）屋顶网架拼装完成后需进行防腐涂装，若从高程393m平台搭设施工排架，工程量极大，而且影响其他专业和装修工程等施工，网架防腐涂装施工平台布置难度大。

四、研究内容

针对上述技术难题，依托向家坝水电站升船机顶部机房屋顶网架施工开展了专项技术攻关研究，主要研究内容有以下三点：①研制的自行式高空作业平台;②永久桥机大梁搭设四管柱支撑架体配合塔机拼装技术研究;③桥机小车搭设小型专用平台研究。

（1）顶部机房上闸首段高程393m至410.5m搭设钢管排架操作平台用于拼装自行式钢平台，钢管操作平台中间根据自行式钢平台安装需要增加四管柱，四管柱顶部铺设型钢主、次梁作为自行式钢平台安装时的临时承重支撑。自行式钢平台拼装完成后，利用机房桥高程410.5m机轨道安装行走端梁，自行式钢平台与行走端梁连接达到自行走和支撑目的。自行式钢平台顶部铺设钢板网和橡胶皮形成密封操作平台，保证屋顶网架拼装安全。

（2）在▽393m平台布置一台16T汽车吊，将屋顶网架杆件和螺栓球拼装成三角锥，利用建塔将三角锥吊至自行式钢平台顶部从上游往下游逐跨拼装。自行式钢平台球形支点顶部安装型钢，型钢顶部布置千斤顶作为网架拼装的临时支撑和预起拱微调设备。单跨网架拼装完成后，自身满足支撑条件，此时松开自行式钢平台顶部的千斤顶，自行式钢平台行走至下一跨继续按照同样方法拼装网架，以此类推完成大面积网架拼装。

（3）最下游三跨屋顶网架拼装时，将16T汽车吊吊至高程296m平台拼装三角锥。此时顶部机房永久桥机行走至最下游不动。根据网架球形节点跨距，在永久桥机大梁顶部搭设四管柱临时支撑，四管柱顶部布置千斤顶微调网架节点，满足网架预起拱要求。桥机大梁间采用型钢搭设封闭防护平台。采用筒体下游布置的建塔将高程296m平台的三角锥吊至网架安装部位，完成最后三跨屋顶网架高空散拼。

（4）网架施工完成后，顶部机房功能性房间和齿条、螺母柱等已经施工完成，此时在顶部机房永久桥机小车顶部搭设钢平台用于网架防腐涂装施工和尾工处理。钢平台可以随桥机大梁进行上、下游方向移动，钢平台还可以随桥机小车进行左、右岸方向移动，从而满足整个屋顶网架杆件防腐涂装施工和尾工处理。

五、主要技术创新点

（1）研制的自行式高空作业平台，具备自行走、高空承载、网架预起拱、精确调整就位、安全封闭隔离等多项功能，与塔机配合作业，实现了大跨度球形网架高空单元式组拼、对接、调整、就位、空中连廊安装，解决了无法布置大型起重设备整体吊装升船机房屋顶网架的难题，降低了网架安装与机房功能性房間施工垂直交叉作业的安全风险。

（2）在永久桥机大梁搭设四管柱支撑架体，配合已有塔机完成最下游三跨网架拼装。

（3）在桥机小车搭设小型专用平台，平台可以随桥机大梁上、下游方向移动，还可以随桥机小车左、右岸方向移动，从而满足整个屋顶网架杆件防腐涂装施工和尾工处理，保证了施工安全，减少了支撑系统搭设工程量，加快了施工进度。

六、实施及应用效益情况

向家坝升船机屋顶网架高空散拼技术在向家坝升船机屋顶网架施工中得到了很好的应用，于2015年11月开始施工，2016年8月顺利拼装完成。满足了屋顶网架安装和顶部机房功能性房间垂直交叉作业要求，且无一起安全和质量事故。保证了施工安全和质量，节约了开支，节约工期约2个月，为船厢控制设备进场和安装提供了良好环境。