大型鋼軌道梁工地組焊及滑移安裝施工技術分析

楊開平，梁光輝

(中國水利水電建設工程咨詢西北公司丹江口監理中心，湖北丹江口442700)

1 工程概況及軌道梁分節方案

1.1 工程概況

丹江口大壩加高工程是南水北調中線工程的標志性工程，大壩加高后，原1500kN級升船機更新為3000kN級升船機。更新后的3000kN級升船機分垂直升船機和斜面升船機2級，垂直升船機安裝重點和難點在軌道梁的安裝，軌道梁單側布置及吊點距各梁起吊中心半徑如圖1所示，上游端的#1軌道鋼梁重心距壩面中心28m，下游端的#4軌道鋼梁重心距壩面中心60m且距中間渠道地面高度約71m。施工面臨大型起吊設備無法利用、現場施工面狹小、高空及超高空作業面多等不利因素，常規安裝方法無法完成此項任務，施工面臨很大挑戰。

圖1 軌道梁單側布置及吊點距各梁起吊中心半徑

施工單位在借鑒1500kN垂直升船機軌道梁拆除經驗[1]，確保質量、安全可靠和高效的前提下，做了大量技術分析和論證工作，最終確定了分節制造、現場組裝焊接、節間采用高強螺栓聯接及整體水平牽引滑移的方案。

1.2 軌道梁分節方案

根據設計文件[2]，考慮3000kN級垂直升船機軌道梁運輸條件限制，#1，#2，#4鋼軌道梁廠內分節制作，現場組裝、焊接成整體，具體吊裝單元質量及尺寸見表1。

表1 3000kN級垂直升船機軌道梁分節外形尺寸及質量

2 鋼軌道梁吊裝與組裝

2.1 吊裝場地布置及吊裝方案

3000kN級垂直升船機軌道梁吊裝手段為壩面土建MQ600施工門式起重機以及700kN，1600kN汽車式起重機。安裝場地在#7，#9支墩之間的壩面。

單件鋼梁利用1600kN汽車式起重機移到壩面適當位置，沿上、下游方向擺放，緊貼壩面鋼支墩，鋼梁拼裝鋼平臺高約8m，鋼梁吊裝用1600kN汽車式起重機，在工作半徑8m、主臂長21.28m時可滿足吊裝要求。吊裝場地布置如圖2所示。

2.2 現場組拼的關鍵技術

2.2.1 拼裝平臺設計

#7，#9(#6，#8)支墩之間的拼裝鋼平臺上部由2根箱型梁組成，底部一端支撐在#7，#9砼支墩上的預埋型鋼上，另一端支撐在壩面的型鋼立柱上。為了確保壩面交通暢通，鋼平臺底部高度為5.8m，2個立柱的間距為12m，以滿足鋼梁運輸及壩面交通要求;為增加平臺的穩定性，在上游側與#7，#9支墩用型鋼加固，平臺立柱中間部位設有防傾翻支架。拼裝及焊接工裝包括焊接腹板焊縫工裝、焊接底部焊縫工裝、焊接人員工作通道、安全欄桿等。

2.2.2 拼裝工藝

將單節鋼梁吊裝到平臺后，底部支墊鏈輪，利用卷揚機將鋼梁水平滑移到平臺下游面，然后吊裝第2節，滑移到下游合適位置，與第1節進行定位調整、加固，最后將第3節鋼梁吊裝到位，與第2節進行定位調整、加固，全部調整后，按廠內定位塊進行精調，確保整根鋼梁的結構尺寸和撓度滿足圖紙要求。

圖2 吊裝場地布置及吊裝方案

2.2.3 拼裝中需要注意的幾個問題

(1)現場拼裝需及時進行支墊，支撐件要有足夠的強度和剛度。鋼梁底部支撐布置在節間焊縫左右各1m處，以預留足夠的焊接施工空間。

(2)調整千斤頂。在拼裝中需要將鋼梁調整水平，利用4個500kN千斤頂對高度方向進行調整，千斤頂對稱布置，布置在鋼梁的腹板和隔板處;水平方向調整采用倒鏈、千斤頂等手段，在支撐鋼梁的合適位置焊接吊耳板或千斤頂支撐件。

(3)鏈輪布置在拼裝用鋼梁的腹板和隔板處。

(4)拼裝時準備攬風繩，在夜間或遇大風、雷雨等天氣時及時進行加固，防止出意外。

3 軌道梁工地焊接工藝

3.1 焊接人員選擇

電焊工必須通過勞動部或水利部焊工資格考試，具有相應資格證書?？紤]工地焊接條件，在選擇焊接人員時，要選擇責任心強、操作技術出眾、年富力強、身體健康并參加過高空及超高空作業的焊接人員。

3.2 焊接順序

(1)鋼梁組對驗收合格后，進行整體加固，加固焊縫焊角尺寸為6mm，長度為100mm，間距為200mm。

(2)首先焊接腹板對接立縫，按照從下向上、分層焊接順序進行焊接。

(3)其次焊接下翼緣焊縫、上翼緣焊縫。

(4)最后進行焊縫背面碳弧氣刨清根處理后，按照先進行腹板立焊，后進行翼板焊接的順序施焊。

在焊接過程中，必須進行監控和測量工作，必要時及時調整焊接順序，將變形控制在合理的范圍內。

3.3 焊接工藝方法

采用小電流、對稱、分層焊接退步跳焊的方法進行焊接，4名焊工同時在2個對接焊縫處對稱焊接作業，力求焊接參數均勻、焊接速度一致。

3.4 焊接工藝參數

E5015焊條手工焊接工藝參數見表2。

3.5 焊接過程控制

加強焊接過程控制，實時進行焊接監控，及時發現焊接質量以及鋼梁主要結構尺寸變化，以便采取相應措施。

(1)了解和熟悉鋼梁廠內制造和試拼裝偏差情況，現場安裝前進行技術交底。單根鋼梁拼裝時，嚴格按定位板和定位銷進行調整。

(2)鋼梁工地焊接變形監控是整個鋼梁安裝的重點。施焊前，應編制焊接工藝措施，在焊接過程中，應及時進行監控和測量，必要時調整焊接工藝參數，保證變形在合理范圍內。

3.6 焊接質量控制

(1)鋼梁節間對接焊縫為Ⅰ類焊縫，按GB 11345—1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》[3]要求進行100%超聲波探傷。

(2)焊接材料采用國家知名品牌并與軌道鋼梁材質相匹配。建立焊材庫，焊條有專人保管、烘焙和發放;在焊接作業時，焊條存放在保溫桶內，隨焊隨取，保證焊條在恒溫狀態。

(3)焊接前，檢查焊縫形式及坡口尺寸，滿足圖紙和規范要求。

(4)為防止產生裂紋，對坡口區進行焊前預熱，預熱溫度為80～120℃，焊接時層間溫度應不低于預熱溫度且不高于200℃。

(5)在焊接過程中，每焊一層利用風鏟及時清理藥皮，并配合錘擊焊縫使內部應力得到較好釋放;對稱焊接時，嚴格按工藝控制焊接電流及速度，保證焊接質量。

(6)每道焊縫完成后，采用碳弧氣刨及時進行背面清根處理，防止夾渣、氣孔等缺陷，并用角向磨光機打磨后進行焊接。在進行焊縫超聲波無損探傷檢查時，要認真分析缺陷原因并與焊接工程師和監理工程師共同制訂缺陷返修措施，保證焊縫合格率達到100%。

3.7 結構尺寸及焊接變形控制

(1)結構尺寸主要指鋼梁整體長度、旁彎及上拱度。由于鋼梁廠內制作時已預留上拱度，現場組對焊接需要增加上拱度，根據大型閘門及啟閉機鋼結構制作焊接經驗，結合3000kN級垂直升船機軌道鋼梁結構尺寸，每節焊縫預留焊接上拱收縮量3 mm，加強焊接監控，焊接后可以保證鋼梁預拱度和鋼梁整體長度的尺寸滿足要求。

表2 E5015焊條手工焊接工藝參數

(2)具體監控措施。架設水準儀，監測鋼梁拱度變化;架設經緯儀，監測鋼梁直線度變化;用鋼尺測量鋼梁總長度的變化;在鋼梁腹板兩側懸掛鋼絲線，監測鋼梁高度方向的直線度;在每道工序完成后或焊接完成一道焊縫后，應進行以上各項檢測。

(3)在焊接過程中，重點預防及控制變形。施工中出現大的焊接變形或尺寸超差時，及時調整焊接順序和工藝參數進行糾正。

(4)焊接完成后的變形采用火焰矯正法進行處理，加熱溫度不超過700℃。

4 軌道梁滑移施工

4.1 軌道梁滑移順序

(1)將廠內分節制作的#4鋼梁在鋼平臺上組裝、焊接，單根鋼梁檢驗合格后，向下游滑移到適當位置。

(2)吊裝#3鋼梁，與#4鋼梁用高強螺栓聯接，整體向下游水平滑移，到合適位置后暫?；?。

(3)吊裝#2鋼梁下游一節(作為配重)，然后與#3，#4鋼梁連接成整體，繼續向下游滑移，到位后#2鋼梁分解。

(4)#4鋼梁在#3，#5支墩上向右邊水平滑移3 m，給后續滑移施工讓出空間。

(5)然后將#2鋼梁組裝完成，檢驗合格后向下游滑移，與#3梁連接，留夠#1鋼梁位置后停止滑移。

(6)組裝#1鋼梁，合格后與#2鋼梁連接成整體，用布置在上游支墩的卷揚機牽引向上游水平滑移，到位后調整#1鋼梁、#2鋼梁使安裝就位。

(7)接著將#4鋼梁沿支墩向左邊水平滑移復位，分解#3鋼梁并頂升2.4m，澆筑#3鋼梁底部砼支墩，最后將#3鋼梁降落到位。

(8)調整所有鋼梁就位，拆除鋼支墩及鋼平臺到左側安裝位置，可進行左邊一組鋼梁安裝。

4.2 滑移安裝施工關鍵技術

現場水平滑移關鍵技術有鏈輪的選擇及布置、防傾翻及糾偏裝置的布置、牽引機構布置、鋼梁頂升及降落、高強螺栓聯接、#4鋼梁左右水平滑移措施及懸挑試驗等。

4.2.1 鏈輪的選擇與布置

鋼梁水平滑移時鏈輪是主要支撐件，根據鋼梁拆除時的經驗，鏈輪進行了重新設計和選擇，鋼梁懸挑時的受力最大，選擇并排布置3個鏈輪，其余工作狀態選擇2組鏈輪，鏈輪分2種規格，考慮到鏈輪重量及施工情況，在受力較大或重要部位采用大鏈輪，其余工作狀態下可采用小鏈輪。

4.2.2 防傾翻裝置

鋼梁在水平滑移、頂升等工序作業時，為保證鋼梁安全，布置防傾翻裝置，在每個砼支墩上提前預埋鐵板凳，用型鋼焊接成三腳架，支架高度3m，約為梁高的2/3，每個支墩上、下游對稱布設2件，位置基本在鋼梁的兩端。根據鋼梁拆除時的經驗，型鋼下部的限位足以保證鋼梁的安全，當遇雨天或大風時，可用型鋼和纜風繩將鋼梁與砼支墩以及鋼支墩臨時固定牢固。

4.2.3 糾偏裝置

防止鋼梁滑移時跑偏。由于現場施工條件的影響，鋼梁在滑移時會產生跑偏現象，因此，要把鋼梁限制在一定尺寸范圍內，讓其盡量保持在中心基準線上以減小后期調整的難度，方法是在型鋼的底部靠近鋼梁底翼緣處左右各焊接鋼板，鋼板距離底翼緣10mm。

鋼梁糾偏。鋼梁跑偏后，需進行糾偏，以利于與下節鋼梁進行連接，主要方法是根據鋼梁跑偏的方向，反向調整支撐鏈輪或用千斤頂調整鋼梁偏斜，該方法也是2節鋼梁連接時的主要調整手段。

4.2.4 牽引機構

鋼梁水平滑移時的牽引機構主要由布置在上、下游支墩上的卷揚機組成，#1，#2鋼梁向上游滑移時由布置在上游#1砼支墩上的卷揚牽引，#3，#4鋼梁向下游滑移時由布置在上游#1，#2砼支墩上的卷揚牽引，局部短距離滑移也可采用10t倒鏈進行，鋼梁快到位時，為避免鋼梁間碰撞，采用5t倒鏈或千斤頂施工。

4.2.5#4鋼梁左、右水平滑移措施

由于鋼梁在整體滑移時砼支墩尺寸受限，為了給后續滑移施工讓出位置，需要將#4鋼梁沿#3，#5支墩左右水平滑移約3m。為滑移時的安全，滑移前鏈輪支墊保證足夠的長度，安裝好防傾翻支架。滑移時采用2個100kN倒鏈進行水平牽引，反向采用2個50kN倒鏈進行安全保證，防止鋼梁傾翻，滑移到位后，用攬風繩及型鋼固定牢固。

4.2.6 鋼梁間的聯接

鋼梁聯接采用10.9級高強螺栓，直徑M24，構件接觸面用噴砂處理，聯接鋼板為16Mn，厚度為30 mm。高強螺栓用扭力扳手緊固，扭緊順序從梁體的分段接頭處聯結螺栓中順序向外擰緊，高強螺栓聯接摩擦面應保持干燥、整潔。

4.2.7 懸挑試驗

#1，#2鋼梁聯接向上游滑移，#3，#4鋼梁聯接向下游滑移時，懸挑長度較大。為了保證鋼梁安全滑移到位，正式懸挑滑移前做懸挑試驗，鋼梁在最危險工況停留1h，以檢驗高強螺栓聯接強度、支撐鏈輪強度、牽引機構工作狀態等，無任何異常后，方可進行正式滑移。

5 結束語

該3000kN級升船機鋼軌道梁從2010年8月28日開始吊裝組焊，2010年11月底完成全部鋼軌道梁滑移安裝，在安裝期間，沒有出現質量和安全問題，為后續升船機提升機安裝提供了條件。結合1500kN級升船機軌道拆除施工經驗可得出以下結論:通過采取細致、有效的施工措施，大型鋼軌道梁工地組焊和滑移施工方案切實可行，可供同類工程借鑒和參考。

[1]袁云橋，程靖華，李建軍，等.丹江口大壩加高工程150t級垂直升船機拆除施工[J].南水北調與水利科技，2008(1):279－282.

[2]長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院.丹江口水利樞紐大壩加高工程初步設計報告(修訂本)[R].武漢:長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院，2004.

[3]GB11345—1989，鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級[S].