超大型弧门洞内吊装安装

2021-03-20吕庆龙

水电站机电技术 2021年2期

吕庆龙

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 概述

涔天河水库扩建工程位于湘水支流潇水上游涔天河峡谷出口处。其中1号泄洪洞工作闸门为潜孔弧门，其孔口尺寸10 m×8 m，底槛高程260 m，最高挡水位316.6 m，设计水头56.6 m。该闸门结构采用双主横梁直支臂型式，弧门半径16.0 m，支铰高程270 m。弧门支臂采用箱形组合截面，支铰采用圆柱铰，铰轴直径约为Φ700 mm，轴承采用铜基自润滑轴套；弧门侧止水采用方头“P”形橡塑水封，顶止水采用活动铰顶止水，材料为橡塑水封，底止水采用“Ⅰ”形橡胶止水；侧向支承采用简支式侧轮。闸门操作方式为动水启闭，并且具有局部开启泄流功能。启闭设备选用QHSY 2×2000 kN/2×315 kN液压启闭机，弧门吊点距6.0 m。

闸门厂家制作完成后、进行预组装检验、解体、防腐处理，零部件运输到施工现场。门叶最大运输单元尺寸约10.5 m×5 m×2.4 m，最大运输单元重量约65 t；支铰为整体到货，重量约为32 t，单个支臂分为2个运输单元，支臂最大运输单元重量约30 t。需要在泄洪洞内吊装安装。支铰安装位置为33°斜面，上部为反斜面洞顶。作业空间狭小、大型起重设备施展不开、常规的吊装和安装方法无法直接应用；安装时采用“土洋结合”的方法将弧门各部件吊装到位并最终拼装调整完成。

2 吊装难点

洞内作业空间受限，施工环境复杂，门叶、支铰、及支臂等部件尺寸较大、重量较重，安装精度要求高。1号泄洪洞洞顶是反斜面，距离支铰安装位置很近，上方没有汽车吊大臂伸展的空间。另外，启闭塔架与岸边栈桥相连，不能布置汽车吊实现自上而下的吊装，所有安装件只能从洞口进入。

如果采用常规的吊装方法和安装手段根本无法完成施工。必须另辟蹊径，找到新的吊装工艺。

3 吊装技术措施

由于门体布置在泄洪洞内，汽车吊进入后多方作业空间受限。安装前对各个突出部位、关键点进行测量，建立洞内空间的三维模型，规划出每个工序吊车的站位、大臂的伸展位置和移动轨迹等，才能保证吊装的安全性以及吊装过程顺利进行。

在洞顶合适位置设置天锚、地面布置地锚，利用卷扬机与滑轮组进行非常规方法吊装，采取多元化起重方式，补充汽车吊不能就位的不足。

支铰和支臂组装成一体进行整体吊装。通过增加配重、改变起吊的重心位置，采用起重钢丝绳加倒链调节吊装角度，进行定位吊装。保证吊装过程的稳定性和安装角度，实现预埋螺栓顺利穿入支座螺栓孔。铰座下方设置支架承重，作为支撑架和安装平台使用，方便作业人员的站位、安装、调整、检测等。安装后通过洞顶预埋的锚钩、布置起重倒链将支臂挂起，腾出地面作业空间用于另一侧支臂安装，做到了有限空间的合理利用。

上节门叶采用挂装法完成门叶组拼。先将上节门叶倒运至洞口，单节重量约为60 t，现场制作运输台车，利用该小车将上节门运输至洞内。然后在顶部启闭平台上架设2台5 t卷扬机，布置两套50 t滑轮组将上节门叶吊起锁定在上面；再将下节门倒运至洞内，利用另一台卷扬机将下节门立起来，和支臂连接后进行支撑加固，最后将上节门落下与下节门进行组拼安装。

4 弧门支铰与支臂整体吊装

4.1 支铰与支臂拼装

采取支铰与支臂在底部平台组拼，整体吊装的方式，一方面减少了支臂与支铰悬空对拼的难度，另一方面大大缩短了支臂吊装调整的时间。

首先在洞内布置一台5 t卷扬机，先将洞口处支铰托运至洞内，进行平放调平、固定，之后采取同样方式将支臂托运至洞内。支臂拼装按工厂预装标记定位，先将支臂用钢支墩及楔子板调平，支臂组对后，检查支腿开口弦长及支臂的长度应符合设计图纸的要求，然后利用50 t汽车吊进行支臂与支铰对拼，对拼完成，再次复核相关控制尺寸，确认合格后，将支臂可靠加固，以确保在焊接过程中不发生变形。支臂焊接时，先焊立缝、后焊平缝，焊接过程中应随时检查支臂的扭曲度及变形情况，发现问题及时调整，最后利用180 t汽车吊将支铰、支臂立起进行临时固定，见图1。

图1 支铰与支臂拼接完成示意图

4.2 支铰与支臂整体吊装

支铰与支臂拼装成整体，利用180 t汽车吊先将设备初步就位，具体汽车吊位置见图2。

图2 汽车吊及支臂平面布置图（吊装右侧支铰）

吊起安装时需保证以下两点：①支铰斜向上，与地面夹角为设计角度。②吊钩有足够的空间起升。根据以上两点，吊点位置选择在距离支铰上端面约5.5 m位置，既保证了吊装空间，又保证了吊装安全，但是该点不是起吊时的重心，根据讨论研究，决定在支臂下部增加配重，吊起状态见图3。

图3 支臂支铰起吊状态图

根据重力矩平衡原理，可得出以下结论：M配＋M左＝M右，由此计算得出在支臂下部端头处配重重量，可将支臂连同支铰吊起并让其倾斜角度达到设计角度，从而达到精确穿入支铰螺丝的目的。安装完毕后，考虑到现场空间限制，需将右侧支臂吊起，便于汽车吊站位，右侧支臂位置示意图4。

图4 汽车吊及支臂平面布置图（吊装左侧支铰）

右侧支臂末端距地高度大于汽车吊自高时，右侧支臂位置不影响汽车吊尾部旋转。左侧吊装方法与右侧相同。

4.3 支铰与支臂加固

支铰与支臂精确调整完毕后，螺母把至理论位置，校核铰座尺寸符合要求后将背部预留定位板进行割除，再次复核尺寸，考虑到二期混凝土浇筑过程中土建振捣对铰座尺寸产生的偏差，在铰座底部制作安装临时承重架，用来辅助固定铰座与支臂，该支架应提前制作完成，待支铰精调完毕后，移至规划位置，同时将顶部千斤顶进行固定，并在承重架周边埋设地锚（根据现场情况合理布置），采用钢管与承重架相连，保证支架稳定性，同时为保证千斤顶的稳定性，在支铰底部及两侧采用钢管将铰座与承重架进行焊接，支铰、支臂固定见图5。

图5 支铰支臂加固图

5 弧门吊装

利用汽车吊卸车后，弧门门页泄洪洞上游进口端拖运进入门孔，在闸室内进行门页的拼装工作。

门页拼装采用在闸室内横向拼装的方案，首先将上节门页（面板朝下）运进闸室内，门页运输采用拖拉方式运进闸室，下面铺设轨道或制作运输小车作为门页运输方式。

首先利用卷扬机将支臂提起，然后利用布置在弧门内侧的卷扬机将上节门页一端提起、对正，利用侧边锚钩将弧门固定到上游侧。为便于支臂与门页对装，门页可向上游方向倾斜一定角度，待支臂下落至安装位置后，再将门页摆正。门页就位后，在门页下游侧底坎上焊接挡块，防止门页下滑位移。

按同样方法吊装另一瓣门页，调整两门页对装间隙及错位值符合要求，然后打入定位销，将两节门页用高强度螺栓连接把紧，使门页形成整体。检查门页对装隙及错台值应符合规范及设备技术文件的要求。

图6 上节门页固定图

将支臂落下与门页对装。支臂下落至安装位置后，检查门页与支臂间的对间隙及纵横向错位值，如发现两支腿长度偏差较大，此时切勿轻易移动闸门来就合，因为这样做会造成门页在门槽内的永久倾斜，而应找出原因进行正确处置。调整合格后，焊接连接法兰板，对称拧紧连接螺栓。

图7 下节门页固定图

6 实施效果

涔天河水库扩建工程1号泄洪洞工作弧门的安装，根据现场实际情况，在弧门安装前，汽车吊提前进入洞内进行试吊，准确判断吊点和起升高度等各部位数据，在承重架运输到洞内安装完成后，进行支铰支臂的拼装，同时架设各部位卷扬机和滑车，在吊装支铰支臂前计算配重，现场利用支臂连接支撑等进行配重，有效的减轻了工作量，提高了工作效率，支铰支臂吊装完成后利用承重架进行加固，减少了现场的安全风险。门页安装时汽车吊无法进入洞内，通过洞内设置的卷扬机拖进洞内，利用启闭机平台的卷扬机进行翻身吊装，充分利用了各个设备的优势，减少了设备成本。