西藏高海拔寒冷地区水电站超大型弧形闸门快速安装技术

罗 昆,田 忠

(中国水利水电第九工程局有限公司,贵阳 550000)

0 引言

青藏高原地区是我国的水能富矿区,受高寒缺氧、环境艰苦、交通不便、施工条件差等条件限制,水能开发起步较晚。随着国家社会、经济条件持续发展,一方面对能源的需求持续上涨,另一方面水电开发的技术水平也持续提高,该地区已逐渐成为当前和今后一段时期水电开发的主战场,如地处青藏高原西南部的雅鲁藏布江上的各水电工程已开始如火如荼地规划、建设,在大型水电站建设过程中,大坝溢流坝段表孔通常采用弧形工作闸门进行大坝的挡水及泄洪工作。水电站溢流表孔弧形工作闸门的成功安装是大坝下闸蓄水的前置条件,将直接影响大坝的整体下闸蓄水时间与首台机组的发电时间。

本文依托大古水电站,对高原地区特殊环境条件下水电站溢流坝段弧形工作闸门的快速安装技术进行研究。工程采取快速安装技术和实施非常规施工工艺后,将从弧门开始安装到下闸蓄水的5个月工期优化到3个月,跨越低温季节施工,消减大风及低温等环境因素对闸门安装、焊接作业开展造成的影响,使DG水电站如期具备挡水条件,为发电目标提供先决条件。

1 依托工程概况

大古水电站为Ⅱ等大(2)型工程,水库总库容0.578 9亿m3,水库正常蓄水位3 447.00 m,装机容量660 MW,拦河坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高113.0 m。大坝溢流坝段共设5孔表孔弧形工作闸门和1扇检修平板闸门,弧型闸门门叶为露顶式斜支臂弧形闸门,孔口尺寸14 m×23 m,设计水头23 m,弧门面板外弧半径27 m,总水压力36 980 kN,侧水封为L型水封,闸门操作方式为动水启闭,启闭机型式为液压启闭机,容量2×2 500 kN。门叶结构分为8节制作,节间为工地现场坡口焊接,门叶主梁为工形梁焊接结构,支臂为斜支臂,支腿为工型梁焊接结构,门叶吊耳为双吊耳,吊耳设置在底节门叶结构边梁腹板上,侧轮装置装配在外边梁腹板上;支臂装置包含上、中(下)支臂、竖杆、支臂后端结构;支铰装置活动铰、固定支铰,均为铸钢件。

弧形闸门门叶结构总重143.376 t,单件门叶最重约30.79 t;支臂单片总重74.15 t,支铰装置总重23.067 t。整套弧门工程总重343.275 t。

检修平板闸门孔口尺寸14 m×23 m,设计水头23 m,该闸门分2节挡水,底节分5节制作,顶节分3节制作,门叶结构总重295.069 t。

2 闸门构件吊装说明

2.1 施工前的准备工作

在门叶结构上布置吊耳,用于门叶在安装现场吊装。此项工作应在存放场地完成。

提前合理布置场地,同时,精确计算大件吊装需要的起重机及吊装高度等技术参数,对吊装用具、吊点强度进行校核,满足要求后方可有效安全地完成施工任务。

弧门安装支撑埋件使用钢板、圆钢、角钢等制作,一期埋件需要跟仓埋设,工期长,不能出现漏埋现象。顺着门槽两侧部位进行一期埋件安装,具体埋设按《溢洪道弧形工作门预埋件示意图》进行,门槽一期埋件在闸门吊装到位后用作闸门固定支撑、加固,防止闸门在拼装过程中位移、失稳。

受现场场地及吊装设备影响,支铰装置及裤衩需要分开进行吊装就位,弧门图纸上支铰部位设有施工混凝土平台,因设计修改土建施工无此施工平台,在闸墩施工时需要在侧墙预埋20A工字钢作为现场支铰装置、裤衩安装调整临时施工平台。

2.2 安装方式

2.2.1 安装条件准备

根据现场的情况,上游侧没有进出场道路,只有从下游导流洞出口侧车辆运送长构件倒车进入安装洞室内[1]。溢流坝段闸门构件安装起重、吊装设备主要采用架桥机、260 t汽车吊、M125塔机等。

2.2.2 门叶、液压油缸吊装

公路工程中架桥机的运用已非常成熟,弧门门叶、液压油缸及检修闸门门叶采用架桥机作为吊装手段进行安装,效率得到提升,节省了安装粗调时间,吊装更加平稳安全。同时,有效利用了作业面空间,避免了交叉作业干扰,可具备2孔弧门同时安装的条件,现场施工布置更合理。

当门叶吊入门槽到预定安装位置时,通过导链调整门叶和下支臂倾斜度,并逐渐使门叶与下支臂对接,左右两侧下支臂与门叶螺栓联接到位后,检查安装几何尺寸并进行微量调整,使之满足图纸及规范要求后在侧轨上焊接槛门桩进行临时加固[2]。

溢流坝段弧形工作闸门支铰座一般均为悬挑结构,支铰部位土建施工难度大,钢筋密集,需搭设大量脚手架或平台,还需进行锚索、灌浆等工序,待到凝期后方可进行支铰安装,另外该闸墩为宽尾墩型式,宽尾墩为异形结构,两处施工导致极占用直线工期。

为提前创造弧形闸门门叶安装条件,闸墩采取了在上下游分纵缝的型式,将支铰座以及宽尾墩两处划分到下游,门叶所处的部位划分到上游。上游较下游施工简单,能够较下游提前到顶。大坝闸墩上游侧浇筑到顶时,架桥机将一孔预制梁安装完成后作为下一坝段的施工通道,需待相邻坝段到顶后,就可以进行下一孔预制梁吊装,在期间空闲时间可进行溢洪道弧形工作闸门门叶等部件的吊装。架桥机与土建施工的M125塔机互不干扰。

架桥机额定起重量120 t,适宜宽度≤30。架桥机主要负责门叶及液压油缸卸车、翻身、吊装,弧门门叶每扇共分为8节,门叶单节最重约30.79 t,液压油缸两套单套重约22 t,检修门分为8节,单节最重47.536 t。

溢洪道弧形工作闸门安装步骤:架桥机组装完成→运输车就位至架桥机机尾→架桥机起吊闸门→架桥机主梁纵横移动至闸门设计位置→架桥机落下闸门就位→重复以上工序直至两套闸门吊装完成

2.2.3 支铰装置、支臂、裤衩吊装

弧形闸门安装中如需重新布置吊装设备,肯定会给土建和金结安装工作带来严重干扰,根据溢流坝段现场施工实际设备现有情况,充分利用M125塔机完成除门叶外的其余构件吊装工作,大大提高了弧形闸门安装进度。

考虑到架桥机行走至支铰吊装部位需要在支铰牛腿延伸做支撑延伸轨道,且与另外一孔弧形闸门吊装冲突,液压启闭机支铰座、支铰装置、支臂、裤衩采用M125塔机进行吊装就位。支铰装置单重23.067 t,支臂单重约16.491 t,液压启闭机支铰座、裤衩单重约10.4 t,当M125塔机作业半径35 m时,最大起重能力24.9 t,当M125塔机作业半径55 m时,最大起重能力12.8 t,除1#表孔弧门左侧支铰和5#表孔弧门右侧支铰、支臂无法进行吊装外其它部位支铰满足吊装要求,液压启闭机支铰座、裤衩满足吊装要求。M125塔机可对弧形闸门零构件进行全覆盖吊装。

1#表孔弧门左侧支铰和5#表孔弧门右侧支铰、右侧裤衩、右侧支臂采用260 t汽车吊吊装。260 t汽车吊还可进行5#表孔弧门零构件的吊装。

3 施工顺序

采用4+1下闸蓄水方案。在大坝挡水工期紧张的前提下,采用4扇工作弧门+1扇检修门先进行挡水,后进行第5扇弧门的安装,不但完成了大坝挡水及泄洪基本要求,同时,为提前蓄水发电创造了有利条件。

溢流坝段闸门安装施工按从左岸至右岸的顺序、两孔同时进行施工,具体施工顺序即:1#、2#表孔(弧形闸门)→3#表孔(检修闸门)、4#表孔(弧形闸门)→5#表孔(弧形闸门)。

3#表孔弧门在检修门下闸具备挡水条件后进行安装。因M125塔机所在位置影响3#弧门安装,需对其进行拆除,考虑到架桥机安装支铰装置及裤衩较困难,在M125塔机拆除前,先利用M125塔机将3#弧门左右支铰装置及右裤衩安装完成,再利用拆除M125塔机的260 t汽车吊安装左裤衩,剩余弧门构件及液压油缸全部由架桥机独立完成组装。

4 表孔弧门施工工艺流程

5表孔弧门包括门叶8节、上中下三支臂、支铰装置等,施工工艺流程如下:

现场清理准备→施工放样→液压启闭机支铰座安装→二期混凝土浇筑→两侧预埋件临时固定于门槽内→支铰装置及裤衩安装→门叶结构①安装→下支臂安装及下支臂花撑吊装→门叶结构②～③安装→中支臂安装及中支臂花撑吊装→门叶结构④～⑥安装→上支臂安装→门叶结构⑦～⑧安装→门叶拼装尺寸检查→门叶节间焊缝焊接→焊缝检查→弧门整体拼焊质量检验→门槽埋件安装→门体与启闭机油缸总成连接→水封及附件装置安装→门体表面清理→液压启闭系统安装、联门调试。

5 两孔弧门同时安装步骤

1#孔、2#孔闸门安装分别由两个班组完成。5扇弧门及1扇检修闸门由这两个班组按计划顺序分别施工完成。架桥机、M125塔机、260 t汽车吊分别按各自吊装任务有序进行两孔闸门构件组装,每个班组必须按计划完成每天的安装任务,不得影响下一道工序的施工。

1#孔弧门两侧预埋件临时固定于门槽内→1#孔弧门门叶结构①安装定位(2#孔弧门两侧预埋件临时固定于门槽内)→1#孔弧门支铰装置及裤衩安装(2#孔弧门门叶结构①安装定位)→1#孔弧门下支臂安装及支臂花撑安装(2#孔弧门支铰装置及裤衩安装)→1#弧门门叶结构②～③安装(2#弧门下支臂安装及支臂花撑安装)→1#弧门中支臂安装及中支臂花撑安装(2#弧门门叶结构②～③安装)→1#弧门门叶结构④～⑥安装(2#弧门中支臂安装及中支臂花撑安装)→1#弧门上支臂安装(2#弧门门叶结构④～⑥安装)→1#弧门门叶结构⑦～⑧安装(2#弧门上支臂安装)→1#弧门液压油缸安装连接闸门(2#弧门门叶结构⑦～⑧安装)→1#弧门无水调试(2#弧门液压油缸安装连接闸门)→1#弧门水封安装(2#弧门无水调试)→2#弧门水封安装。

6 质量保证技术措施

6.1 合理布置测量控制点

为确保在支铰中心点未形成情况下保证闸门安装精度,在门叶上下游各增加一个测量控制点,对弧门门叶及支臂进行精确测量。加密控制点的布设位置极为重要,若加密点位距离闸门过远,则无法提供高精度的测量成果;若距离过近,则形成的二级控制网网型结构强度弱,中误差相对较高。通过拟定合理加密布网方案,利用弧形闸门地形地物特点在平面施工图上设计出一个图形结构强的控制网网型,从而既利于现场施工,又提升施工测量精度,放样过程中使用一个基准点。

6.2 低温、大风季节焊接技术

(1)本工程因工期紧,在弧门焊接时采用昼夜不间断施工方式,夜晚、早晨处于低温、大风季节,采取三防布搭设防风暖棚,每一道焊缝,尽可能一天内焊接完成,以减小高寒地区昼夜温差对闸门焊接的不利影响。同时,采取必要的措施,提高环境温度,消除高寒影响,从而减小焊缝温差骤降导致产生冷裂纹。表孔事故闸门面板焊缝施焊时采用局部搭设暖棚方式,有效减小来自下游峡谷风力,为焊工提供良好作业条件。

(2)闸门在低温下焊接,需要对焊缝进行预热,加温及保温。焊接前在定位焊缝坡口两侧位置铺设加温板进行预热,焊缝定位焊时,应对定位焊缝周围宽150 mm范围进行预热,预热温度应为25℃～50℃,焊接完成后通过温控柜调节焊缝焊后温度。采用加热板对焊接部位进行预热,以确保在低温、大风季节的焊缝焊接质量。

(3)在负温度下安装闸门时,要注意温度变化引起的钢结构外形尺寸的偏差。如闸门在常温下制造在负温下安装时,要采取措施调整偏差。

7 结语

采用架桥机两孔同时安装,避免了交叉作业干扰,提高工作效率,加大施工进度,先门叶、后支臂、最后门槽,采取先进行门叶安装及门槽埋件临时固定,门叶安装调试完成后,调整安装门槽埋件,最后进行门槽二期混凝土浇筑的方式,确保工程进度。低温季节焊接技术,高寒峡谷地区搭设防风棚,整体采用三防布,环境温度采用大功率电暖风机,工件焊接温度采取加热板,焊接完成后通过温控柜调节焊缝焊后温度,确保了大风、低温季节的焊缝焊接质量。