公路架桥机快速安装超大型弧门应用技术

2010-09-10王文明杨光忠

四川水力发电 2010年1期

王文明, 杨光忠

(中国水利水电第八工程局有限公司,贵州贵阳 550008)

1 工程概况

思林水电站位于贵州省思南县境内的乌江干流河段,是乌江干流梯级开发的第六级电站,开发任务以发电为主,兼顾航运、防洪、灌溉等功能。电站装机容量为 106万 kW。大坝为碾压混凝土重力坝,坝高 117m,坝顶长 310m。水库正常蓄水位高程 440m,相应库容 12.05亿 m3,防洪库容1.84亿 m3。

思林电站的泄洪系统布置在坝中,由 7孔开敞式溢流道组成,每孔溢流道的下游面均布置有1扇露顶式弧形工作闸门(以下简称弧门),孔口尺寸为 13m×34m,底槛高程为 418m。

弧门的结构形式为斜支臂三杆主横梁式,由门叶、支臂和支铰等组成。支铰采用球面滑动轴承,启闭装置采用悬挂式液压启闭机,其设计的运行操作条件为动水启闭并可局部开启运行,设计水头 22.5m,工作半径为 27.5m。

根据思林电站大坝工程施工的实际进度,弧门安装唯一的吊装设备——坝顶门机不能形成。为满足电站按期挡水发电目标的实现,7扇弧门中的 5扇须在 4个月内完成,且坝体闸墩只能依次形成,坝顶预制件与闸门构件需交叉进行安装,施工干扰大。弧门的吊装单元重量为 11至 42t不等。因此,若按照常规的方法进行弧门安装,不仅吊装难度大,成本高,而且需要的工期长,为此,我单位采用了以 DF50/150Ⅲ型公路架桥机为主要吊装设备快速安装弧门的方法,不仅优化了安装工艺,也降低了安装难度,从而保证了施工安全并大大缩短了安装工期,更重要的是保证了电站挡水发电目标的实现。

2 公路架桥机的选型与布置

2.1 公路架桥机的选型

目前,由大方公司研制的公路架桥机有 DFⅡ、DFⅢ系列。DFⅢ系列公路架桥机的运输、安装更加方便快捷,使用更加安全可靠,效率更高,采用过墩方梁,可实现跨度范围内全幅一次安装架设,极大地提高了施工速度;因该架桥机前、中支腿位置可以随意调整,可适应 45°以下任意角度施工环境。因此,最终选用了 DFⅢ系列公路架桥机。

DFⅢ系列公路架桥机具有 DF50/150Ⅲ、DF40/100Ⅲ、DF35/80Ⅲ和 DF3O/60Ⅲ四种规格,其相关特征值见表 1。

表1 DFⅢ系列公路架桥机相关特征值表

根据公路架桥机的使用特性,结合施工现场实际和弧门主要吊装单元情况,使用架桥机吊装弧门的相关数据见表 2。

表2 使用公路架桥机吊装弧门的相关数据表

结合表 1、2,在安装弧门时选用 DF50/150Ⅲ型公路架桥机。

2.2 架桥机的改造

公路架桥机是架设公路桥梁的专用设备,因此,其天车起升扬程均较低。为了保证弧门构件能够吊装到位,必须对天车进行改造。改造方案是将天车上现有的 3t卷扬机更换为 5t卷扬机,增加卷扬机卷筒的容绳量;同时,根据闸门构件的吊装重量选择合适的滑轮倍率,确保高扬程将弧门构件吊装到位。另外,配备55t旋转吊钩两个,用于支臂部件的吊装,确保支臂部件吊装过程中转向安全可靠。

2.3 公路架桥机的布置

弧门共 7孔,孔口宽度为 13m,孔与孔之间的闸墩宽 4m,溢流坝下游立视见图 1。闸墩上下游以桩号坝纵 0+14为界,上游侧高程为 452m,下游侧高程为 449m,上下游高差为 3m。为保证架桥机能够吊装弧门的所有构件,需在下游侧架设支承钢梁,以保证架桥机在闸墩 452m高程全行程运行,支承钢梁架设断面见图 2。为优化安装工序,尽量加快安装速度,DF50/150Ⅲ型公路架桥机需要进行三次安装布置,即第一次跨两孔,第二次跨三孔,第三次跨两孔。

图1 溢流坝下游立视图

根据架桥机的吊装特性,弧门大部分构件采用立装运输,然后直接运至架桥机吊点之下进行吊装,从而可以节约门叶构件在架桥机底下翻身占用的时间,大大加快了安装速度。

3 弧门安装工艺

弧门门体主要吊装单元有支铰、下支臂(含半支腿)、中支臂、上支臂、拉杆和各节门叶。根据弧门的结构特点,充分利用公路架桥机的吊装稳定性、定位的准确性、吊钩可独立操作性和跨度范围内可全幅一次安装等优点,采用了以下闸门安装顺序:支铰安装→下支臂(含半支腿)安装→第八节(底节)门叶安装→第七节门叶安装→第六节门叶安装→中支臂安装→第五节门叶安装→第四节门叶安装→上支臂安装→第三至一节门叶安装→拉杆安装→焊接。

利用公路架桥机安装弧门,将传统安装方法中弧门构件就位后的调整过程转移到弧门吊装过程中进行调整至安装状态,从而大大加快了弧门的安装速度,相对传统的安装方法,工期约缩短了一半。

图2 架桥机大车轨道支承钢梁布置图

3.1 支铰安装

支铰已在制造厂家组装成整体。为加快安装速度,分别用架桥机两天车同时吊运已运输到位的同一扇弧门两件支铰进行安装。天车同侧两吊钩将支铰吊至安装部位时,通过单钩可单独升降调整两吊钩吊绳的长度,使支铰中心线与水平方向的夹角约为 16.7295°(设计值),同时,微动架桥机大车,使支铰螺孔与预埋螺杆对准,待全部预埋螺杆分别穿入相应的螺孔后将螺杆拧上螺母以定位。支铰调整通过微动架桥机的吊钩实现,其调整用水准仪和钢琴线控制,待每套调整均满足设计和规范要求后再进行整体检查调整。两铰座同心度不大于 1mm,铰座轴孔倾斜不大于 1mm/m,合格后拧紧螺母并松钩。

3.2 支臂、半支腿及拉杆安装

支臂分半支腿、下支臂、中支臂和上支臂等部件。半支腿重 14.5t,下、中支臂为箱梁结构,重25.7t,上支臂为工字梁结构,重约 12t。为减少吊装单元数量,方便安装,在安装前将下支臂和半支腿组拼为一个吊装单元,同时对支臂进行预先修整,修整尺寸应相对设计尺寸留 10mm余量,以便在门叶安装时对支臂进行精确修边,保证支铰中心至弧门面板外缘半径 R的极限偏差为 ±8 mm,两侧相对差不大于 5mm。

用架桥机一天车的两吊钩(其中一个为旋转吊钩)将运输到位的支臂吊起并单独调整两吊钩,以确保支臂以工作状态就位。就位并精调合格后,点焊必须牢固。

由于支铰与半支腿结合面为平面,因此,在对下支臂(含半支腿)进行安装时,要将半支腿与活动支铰接触端面对正。调整时,要保证半支腿与活动支铰连接组合面之间紧密贴合,接触面应不少于 75%。调整合格后,将活动支铰与半支腿连接螺栓紧固。

拉杆为[40b槽钢,最大重量为 0.1t,待支臂、门叶安装完成后进行拉杆安装。拉杆用卷扬机进行挂装,上、中、下支臂从下游向上游方向挂装,挂装时点焊必须牢固。

3.3 门叶安装

弧门门叶分八节,单节重量为11～35t不等。最大外形尺寸:1.296m×1.8m×3.3m。

为提高安装速度,确保安装质量,门叶安装前,在弧门底槛上孔口中心线对称焊接两挡块,挡块间距为 12960mm+4mm,以对底节门叶进行快速定位、调整,同时,在各节门叶上吊点中心对称焊接 4个临时吊耳,以备吊装门叶用。

门叶按从底到顶节的顺序进行安装。用公路架桥机两天车的四个吊钩将运输到位的门叶结构吊起并运输至门槽正上方,通过单独调整四个吊钩使门叶处于工作状态后缓缓下降,使门叶顺着门轨下滑至安装位置进行拼焊、加固等。节与节之间以对位块对位合格为准。

门叶安装时,有意识的向上游倾斜 10～20 mm,以便进行支臂的精确修整和焊接。

3.4 焊接

弧门焊接使用 J507焊条,焊条须经烘烤并满足要求。为减少焊接变形,焊接前制定了严格的焊接工艺。焊接的顺序为门叶→支臂→拉杆。由4名焊工同时施焊且 24h连续焊。弧门在焊接时由专人监测弧门变形,当发现门叶变形时,根据其变形方向进行反变形处理。焊接采用多层多道、对称焊接法,严格控制焊接速度。全部焊接结束后,对闸门的外形尺寸进行了测量,全部达到设计和规范要求。