国外水电站泄洪冲沙底孔工作门过流后安装技术浅谈

黄 斌

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

泄洪冲沙底孔工作门安装的主要难点是：一是因国外项目受设备到货、水电站二期截流节点的控制、流道提前过流等因素影响，工作门门叶未在启闭机平台形成前进行吊装，门叶无法采用塔机直接吊装到位，只能在启闭机房顶上安装天锚配合塔机吊装[1]；二是工作门需要塔机和卷扬机联合吊装完成，但流道已过流，施工难度大，危险系数高；三是因工作闸门场地由底部提升到空中进行，闸门安装的尺寸控制难度较大。

为确保安全、高效地完成冲沙底孔工作门设备的吊装，应充分考虑冲沙底孔施工现场的实际情况，经过现场的多次优化，形成了一套新的冲沙底孔工作门门叶安装工艺，对以后其他电站的设备吊装以及工程总进度和总造价控制有着很好的借鉴作用。

1 技术特点

采用卷扬机吊装系统在过流后进行工作闸门的安装，可以解决提前过流的难题。在启闭机房顶设置天锚，采用塔机和天锚对门叶进行联合吊装，以解决因启闭机平台浇筑完成后门叶无法吊装的难题。在门楣处设置闸门锁定梁，解决因安装工作门门叶流道过流的问题。

2 技术理论

门叶采用天锚吊装系统和塔机联合吊装，具体做法是：第一步，待启闭机平台及机房混凝土达到一定强度后，在启闭机平台上游孔口中心左侧2.5 m的位置布置一台10 t卷扬机，在10 t卷扬机上通过钢丝绳穿过导向滑轮及天锚导向滑轮，形成天锚吊装系统；第二步，采用25 t塔机将第一节门叶吊装到冲沙底孔流道内；第三步，采用天锚吊装系统和塔机抬吊对门叶进行翻身；第四步，采用天锚吊装系统将门叶吊装至锁定梁上（门叶往上游偏移50 mm，便于支臂吊装），并运用千斤顶对门叶进行微调；第五步，采用塔机将下支臂和支铰座组装完成后吊装至流道内，先连接支铰座端，螺栓打紧后，采用天锚系统将下支臂拉起，与门叶连接；第六步，采用相同的吊装工艺吊装其他门叶；第七步，吊装上支臂及其他附件[2]。

3 施工工艺流程及要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→设备清理→底坎、侧轨、门楣安装→支铰埋板安装→设置闸门锁定装置→流道过流→启闭机机房浇筑→设置天锚→天锚吊装系统安装→闸门吊装→闸门调整焊接→启闭机吊装→启闭机安装调试→联门实验→水封安装→验收

3.2 安装准备

安装前认真审阅施工图纸及技术设备安装说明书，做好技术方案及现场技术与安全文明施工的交底工作，编写作业程序指导书及工艺，并张贴到施工现场显眼位置[3]。

3.3 底坎、侧轨、门楣安装

对泄洪冲沙底孔工作门进行安装时，要根据测量放样时布设的门槽中心线、孔口位置进行调整。依照底坎底部形状完成临时台架的设计。底坎吊装完毕后，使用千斤顶和花篮螺栓调整底坎位置[4]。在固定底坎位置时，第一步是焊接底坎连接位置，第二步是焊接插筋和底部连接位置。焊接步骤从中间开始向两侧延伸，进行对称焊接。完成底坎安装后进行安装检验，安装检验合格后，在一周内浇筑二期混凝土。为了避免发生偏移问题通常要对混凝土进行捣实，底坎二期混凝土浇筑完成后采用施工塔机将侧轨吊装至门槽内。

侧轨安装时以分节位置测量点（圆弧半径一侧止水宽度的中心控制点）、孔口中心线作为安装基准。利用手拉葫芦、千斤顶、花篮螺栓进行精确调整[5]。侧轨定位后复核圆弧半径及基准点，并将插筋与侧轨进行牢固连接。侧轨安装平面度采用经纬仪进行控制[6]。

埋件焊接完成后，打磨各接头部位焊缝表面，特别是各工作表面（含水封工作面），必须保证平缓过渡，打磨平整。

3.4 支铰埋板安装

3.4.1 测量放样及托架安装

支铰埋板安装时测量控制点设置在流道底部进口的底坎位置，提前设置好控制点，支铰埋板和底坎安装采用统一控制点，并且尽量保证在测量时无干扰，可以极大地提高安装的质量和效率[7]。

支铰埋板吊装前根据埋板底部的设计高程安装托架，托架比埋板底部设计高程略低3 mm左右，托架必须焊接牢靠。然后采用全站仪测量安装。

3.4.2 支铰埋板与螺杆的吊装

支铰埋板和螺杆先在现场利用支铰座进行组装、点焊、加固，然后采用25 t塔机吊装，吊装绑扎钢丝绳时要注意埋板的倾斜角，以免角度不对而难以吊装就位，吊装就位过程中注意避免螺栓碰撞到障碍物而损坏。为了防止丝口损坏，用破布将丝带上的丝条包裹起来[8]。

考虑到后续支铰座的安装，调整时让支铰埋板沿与支铰座支撑面的倾斜度向下游偏1 mm，保证支铰座有一定的调整余量，以消除支铰座由于螺孔、螺柱的间隙配合和自重引起的沉降。

支铰预埋板的定位直接采用墙上的点进行定位[9]。定位后，支铰预螺栓必须与一期插筋焊接牢靠，确保埋件在二期混凝土浇筑过程中不发生变形或者移位[10]。

3.5 设置闸门锁定梁

根据工作闸门尺寸在门楣上部设计2个闸门上游锁定支墩，在侧轨顶部设置闸门两侧锁定梁，锁定梁和锁定支墩平面度控制在2 mm范围内。

3.6 设置天锚

启闭机机房混凝土浇筑到房顶层时，根据油缸机架中心，在房顶先预埋天锚，分别在机架中心上下游各1 010 m的位置布置一个天锚。具体见图1。

图1 冲沙底孔工作门吊装启闭机平台布置图

3.6.1 天锚制作

泄洪冲沙底孔工作门闸门门叶分三节制作，总重为15.456 t，其中最大的吊装单元为第一节，约7.5 t，天锚锚筋选用Φ20圆钢，钢材为Q345低碳合金钢，转向地锚锚筋选用φ20圆钢，钢材为Q345钢，弯钩部位采用冷弯处理。天锚制作完成后需进行PT探伤，合格后方可使用。

天锚受力计算：

a、抗拉强度计算。

拟采用热轧Q345圆钢作为天锚材料，根据《砼结构设计规范》（GB50010-2002）中钢筋锚固章节，充分利用钢筋的抗拉强度，受拉钢筋的锚固长度计算公式：

其中：

I--受拉钢筋锚固长度；

fy--钢筋抗拉强度设计值，取270 N/mm2（折减系数0.8）；

ft--砼轴心抗拉强度设计值，根据实验周报及折减系数，取1.2 Mpa；

α--钢筋外形系数，使用圆钢，取0.16；

d--钢筋直径。

当取Φ20圆钢时，A≥2.78 cm2，则考虑选用一根Φ30圆钢作为天锚材料，此时锚固深度为：

考虑到钢筋加工及材料，考虑6 m长整料分6根下料进行加工。

b、抗剪强度计算。

根据第四强度理论，钢筋抗剪强度为其抗拉强度的0.577倍，[τ]=156N/m2。

钢筋抗剪满足强度要求。

3.6.2 天锚埋设

天锚埋设时为保证房顶骨架梁底部能够正常立模，在天锚部位设置散模板或者木模板进行拼装。为保证天锚锚固强度以及包裹锚筋的混凝土不受破坏，采用Φ20螺纹钢对锚筋与混凝土及结构钢筋进行连接加固，为避免焊接可能对锚筋造成损伤，采用绑扎连接方式进行加固。

3.7 天锚吊装系统安装

启闭机平台混凝土浇筑时，在启闭机平台上预埋导向滑轮锚钩和卷扬机固定锚钩。

在启闭机机房内搭设施工排架，将一个单柄滑轮挂着天锚上，然后将φ30的钢丝绳穿过滑轮组，并将钢丝绳通过导向，锁定在卷扬机上，形成吊装系统。启闭机吊装系统的受力计算如下：

闸门门叶重7.5 t，滑轮系统重约0.5 t，提升重量按8 t计算。采用10 t的单柄滑轮，导向1个。在启闭机平台上左右侧各布置一台10 t卷扬机。

已知：起重重量为10 t。

选用10 t的卷扬机。

安全系数n=6

T=8×6=48 t

φ30纤维芯6*37类钢丝绳的破断拉力总和为526 kN。

需采用φ30的钢丝绳。

3.8 门叶的运输、吊装

3.8.1 门叶的运输

门叶是闸门安装过程中的最大吊装单元，其外形尺寸为5 000×2 894×1 000 mm，重量为7.5 t。采用12 t货车运输，车间装车采用50 t吊车，运输至现场后直接采用25 t塔机卸车。

运输时必须对门叶进行捆绑，在棱角处必须垫木板、管子皮、胶皮板或其他柔软垫物，以免绳索被割断或磨损。安排专人监护，防止倾翻，并控制平板车车速。

3.8.2 门叶的吊装

闸门因流道提前过流，闸门无法直接吊装就位，门叶需采用天锚吊装系统和塔机联合吊装。门叶吊装完成后对门叶、门体调整到符合图纸及规范要求，然后进行焊接。焊接时应严格按照预先制定的焊接工艺执行。焊接过程中应对门叶的焊接变形进行严格控制。

门叶节间施焊时在上游面门叶结构上焊接脚手架管或者螺纹钢作为施工平台骨架，其上敷设钢跳板，搭设施工排架，上下搭设施工通道，安装完成后拆除并打磨防腐。

吊装启闭机使用厂家设计吊耳或焊上，经过计算并检查合格的专用吊耳起吊，不得用钢丝绳兜吊。门叶翻身过程中钢丝绳与门叶的棱角处采用瓦块保护。冲沙底孔工作门门叶吊装示意图如图2所示。

3.9 液压启闭机安装

3.9.1 机架安装

液压启闭机机架采用塔机吊装到启闭机平台，然后采用天锚吊装系统吊装到设计位置，采用千斤顶进行微调。

①液压启闭机安装前对土建提供的基准点进行复核，准确无误后放出安装基准线。②根据机架安装高程，先用水平仪测量出基准线，检查基础支墩预埋螺栓。机架安装应严格按闸门吊点实际中心来进行，中心偏差≤±2.0 mm，高程偏差不超过高程偏差≤±5 mm。

图2 冲沙底孔工作门门叶吊装示意图

3.9.2 启闭机油缸吊装

启闭机机架安装验收完成后，方可进行油缸吊装。

油缸支座采用塔机通过屋顶吊物孔吊装到位后，调整油缸支座中心位置（即起吊中心线）并安装高程。

3.9.3 管路的配置和安装

①根据液压泵站和液压启闭机的位置布置情况，确定好液压管路的铺设方案并安装焊接接头的分布位置。②配管前安装并固定好油缸和所有的管夹。③管路的切割与弯制均应采用机械方法进行。④按施工图样及有关规范的规定进行配管和弯管，管路接合段长度根据现场实际情况确定。管路布置应尽量注意减少阻力，管道布局应清晰合理。

3.9.4 液压启闭机液压油清洁度等级控制

经配管预安装合格的液压管路系统，在连接泵站和油缸前，管路需要进行循环冲洗，冲洗速度要控制在5 m/s以内。进行循环冲洗前要做好准备工作，将油缸、管路、阀组分开，构成一个回路。

液压油经过过滤后方能使用，并且过滤精度要求高于10 μm。管路循环冲洗中冲洗油为紊流形态，将冲洗油加热到适宜温度。对管道进行循环冲洗要持续3天以上，冲洗后在冲洗设备的回油滤器前取样或在线检测污染度，污染度等级不低于NAS8级。

3.9.5 启闭机调试

启闭机安装完成后，在厂家的指导下对启闭机进行调试，调试完成后，与门叶进行连接。

4 结语

所提技术经过多次的探讨、优化，形成了一套全面的施工方案。且所提技术已成功应用于老挝南杉3A水电站冲沙底孔出口工作门设备的吊装中。目前，各设备已吊装到位，且设备在吊装过程中未刮伤及损坏。目前，冲沙底孔出口工作门液压启闭机运行安全、稳定，各项技术质量指标均满足设计及有关标准、规程规范要求。

该施工技术在上述工程的成功应用，不仅保证了冲沙底孔工作门设备的安全吊装，有利于冲沙底孔工作门安装的电站工期节点控制，且协调了金属结构安装及土建施工的相互关系，为整个大坝的整体施工创造了有利条件，能够合理地控制工程总进度和总造价。