地下厂房顶拱结构安装方案分析比选

施秉亮，高丽萍

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 概述

永泰抽水蓄能电站地下主厂房采用“一”字形的布置方式，安装场位于机组段右侧，中间为机组段，左侧为副厂房。机组段、安装间、副厂房总长度为170 m。顶拱跨度26.0 m，岩壁吊车梁以下跨度为24.5 m；主机段高度54.7 m，安装间顶拱高度25.5 m。主厂房吊顶总长142 m(纵向)，从左至右分别为1 号~4 号机组段、安装间段5 个单元，1 号机组段长29.5 m，2 号、3 号机组段长均为25 m，4 号机组段长25.5 m，安装间段长37 m。吊顶拱梁净跨24.8 m，内半径25.0 m，中心线处弧长26.2 m，弧形角度59.37°，拱梁支座顶部高程EL.168.650 m，拱梁断面尺寸为450 mm×550 mm（宽×高），拱梁共44榀，其中1 号机组段9 榀，2 号~3 号机组段16 榀，4 号机组段8 榀，安装间段11 榀。

地下主厂房顶拱结构由钢拱梁、镀锌压型钢板及钢筋混凝土结构组成。

钢拱梁结构主要由骨架角钢、腹杆，焊接箍筋、外包钢模板、拉杆等部分组成，混凝土强度等级为C30F50。

单榀拱梁钢结构单重4.5 t，分3 节制造，节间及上下游墙之间采用M30 螺栓副连接。

2 施工平台设计

2.1 设计原则

每榀拱梁间距3.5 m~3.65 m，根据需要施工平台需涵盖4 榀拱梁安装范围，包括钢拱梁吊装、吊杆焊接、压型板铺设及焊接等工序施工。

桥机小车结构最高点距离桥机主梁顶部距离约1 500 mm，平台设计时需考虑避让小车。

2.2 施工平台设计

施工平台框架为便于运输分为6 部分，框架结构采用10×300×500 的空心矩形管制作，每部分框架采用连接板在安装间焊接为整体，焊接部位采用角焊缝，焊角高度12 mm，拼接完成后采用汽车吊吊装至桥机上方进行安装。

施工平台底部采用4 根65 号工字钢作为支撑布置在桥机四个角上的小车车档外侧，高度1 650 mm，避让桥机小车。

平台的平台纵梁采用12 号槽钢，长度12 m，纵梁上方满铺2.5 mm 花纹钢板，采用自攻螺栓与纵梁连接牢固。平台四周设置200 mm 高的踢脚板。

平台外侧设置一个爬梯供施工人员从岩锚梁上下平台的施工通道。

平台自重约25 t，施工人员、设备、材料预估15 t，支撑梁最大受力按40 t 计算，跨度23 m。

通过计算负荷，平台框架材料、焊缝连接强度均满足40 t 载荷的使用要求。

图1 施工平台布置示意图

3 拱梁吊装方式分析

通过查阅相关资料，在以往电站的地下厂房顶拱结构安装中采取如下方式吊装：

3.1 锦屏二级水电站[2]

在锦屏二级电站中，拱梁结构吊装采用了5 t 卷扬机结合顶拱天锚组成的吊装系统进行吊装：5 t 卷扬机布置在进厂房交通洞上方厂1 号施工支洞内，用12 根M16x250 膨胀螺栓与混凝土地面固定，同时以厂房顶部天锚作为主吊点，采用滑轮组导向。

拱梁吊装在施工平台上，运行桥机平台将拱梁移动至安装部位，利用在每个拱梁安装位置的上方锚杆焊接临时吊耳，采用3 t 导链将拱梁吊起，并调整中心、高程位置，准确无误紧固螺栓和焊接吊杆。

3.2 两河口水电站[3]

在两河口水电站中，顶拱结构吊装采用了布置在桥机施工平台上的3 t 卷扬机结合导向装置进行拱梁吊装。

拱梁吊装在施工平台上，运行桥机平台将移动至安装部位，利用在每个拱梁安装位置的上方锚杆焊接临时吊耳，采用1 t 电动葫芦将拱梁吊起，进行调整中心、高程位置等工作，准确无误后紧固螺栓和焊接吊杆。

3.3 吊装方式分析

在锦屏二级电站中，采用的天锚吊装系统需在锚杆上焊接天锚及布置导向系统，需考虑卷扬机位置，避免卷扬机钢丝绳与桥机运行发生干涉；同时每榀拱梁安装都需要焊接临时吊耳，增加了安装工程量。

在两河口电站中，也采用了每榀拱梁安装焊接临时吊耳的方式，增加安装工程量。

4 拱梁吊装方案优化确定

通过常规水电站顶拱结构安装分析，永泰抽水蓄能电站厂房顶拱需采用一种可重复利用的吊装方式，减少对桥机的使用影响，达到缩短顶拱安装工期的目的。

通过参考两河口电站，采用电动葫芦作为主要吊装方式，提高吊装效率。并且要将电动葫芦作为拱梁就位时的调整工具，无需再焊接临时吊装吊耳。

根据上述思路及拱梁分节方式，施工平台上根据拱梁分节分别布置3 组专用吊梁工装，单个专用吊梁工装由固定在作业平台上的活动立柱和1 个5 t 电动葫芦组成，能够实现对单榀钢拱梁的分节吊装，保证在吊装过程中临时固定，防止吊装过程中发生偏移，能够快速、有效、便捷的实现对钢拱梁安装高程及中心的调整。

吊装工装直臂采用25 号工字钢，长度3 m，单节拱梁重量约1.5 t，采用5 t 电动葫芦进行吊装，电动葫芦行走轮位于工字钢翼板两侧，工字钢兼作行走轨道，两端头焊接挡板作为限位。

吊装工装可通过与平台的连接轴上的活动插销，拔出插销后活动立柱可放倒，不影响桥机运行时与已安装完成的拱梁结构发生碰撞，避免事故发生。

吊装工装在使用时，为提高安全系数，在横梁尾部设置一个吊耳，通过钢丝绳、卸扣和5 t 手拉葫芦临时与平台框架连接为整体。

图2 吊装工装布置示意图

5 实际运用效果

根据永泰抽水蓄能电站机组发电顺序，顶拱结构安装顺序也等同于发电顺序，即1 号机组段→2 号机组段→3 号机组段→4 号机组段→安装间段的顺序。在单榀拱梁安装过程中，吊装工装不必放倒，安装过程不发生停滞。

拱梁在安装间卸车后，分别利用3 组吊装工装将拱梁吊装至施工平台上，通过桥机将平台移动至拱梁安装位置后，利用吊装工装将3 节拱梁起吊，调整位置和高程后，紧固节间螺栓及焊接吊杆完成安装。

目前永泰抽水蓄能电站顶拱已全部安装完成，机组已顺利发电。根据实际安装情况，整个厂房内的全部44 榀拱梁，单榀拱梁基本平均在1 个班内完成全部安装工序，明显缩短了安装工期，缩短了桥机使用时间，避免与机组安装工序产生较大干扰，为机组提前发电提供了便利。

6 结语

通过地下厂房顶拱结构安装优化方案的实施，降低施工干扰，缩短施工工期及减少施工成本，有效解决主厂房顶拱钢结构和混凝土施工交叉作业干扰大、施工效率低、进度缓慢等问题。可为类似施工条件及工程背景下的工程施工，提供新的施工技术、工艺借鉴。