高空安裝施工中的大型鋼梁結構優化技術經濟分析

楊聯東

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710016）

1 工程概況

丹江口大壩加高工程為南水北調中線水源工程，大壩在原大壩高程162.00 m的基礎上加高14.6 m，該工程通航建筑物采用一級垂直升船機加一級斜面升船機方案，兩者之間通過中間渠道銜接，為亞洲最大的垂直加斜面、通過中間渠道連接的升船機。升級改造工程為國內唯一的大型升船機改造項目。

大壩由于通航的需要，150 t級升船機升級改造為300 t級，改造后的升船機提升高度由45 m加大為61 m。其中垂直升船機橫跨壩體，軸線與大壩軸線相垂直，采用完全不平衡的卷揚提升式，用于克服上游與中間渠道之間的水頭落差，同時提升船只翻越壩頂。垂直升船機設備主要包括移動式提升機、承船廂、鋼結構軌道梁、電力拖動、控制、檢測、供電設備等，其中150 t垂直升船機軌道梁拆除和300 t垂直升船機軌道梁的安裝，均為高空作業，為工程難點之一。

2 鋼梁原設計結構及施工難度分析

2006年對150 t升船機進行了拆除施工，其中軌道梁采用了單根鋼梁頂升后節間焊接，整體水平牽引滑移施工方案，成功進行了10根鋼梁的拆除施工，為后期300 t升船機軌道梁安裝施工提供了思路，在考慮后期300 t軌道梁安裝方案時，初步確定了水平牽引滑移施工方案。

圖1 初期支墩及鋼梁結構及布置示意（尺寸單位：mm)

2007年，在300 t升船機設備招標階段設計進行了鋼梁的初設，結構如圖1所示，鋼梁在結構設計上符合規范要求，但是如果采用此結構鋼梁，由于鋼梁為變截面梁結構，底部不在一個水平面上，滑移方案將無法實施，考慮到鋼梁高空安裝的特殊性，常規吊裝方案無法實施，有必要對鋼梁結構進行優化設計。鋼梁結構優化過程如圖2所示。

圖2 鋼梁結構優化過程

3 鋼梁結構及施工優化方案

鋼梁結構及施工優化方案為：將廠內分3節制作的4號鋼梁在工地拼裝鋼平臺上架空組裝，單根鋼梁檢驗合格后，用布置在下游支墩的卷揚機牽引向下游滑移到合適位置。吊裝3號鋼梁 （整體到貨），與4號鋼梁用高強螺栓連接，整體向下游水平滑移，到合適位置后，將2號鋼梁 （共3節）下游一節作為配重與3、4號鋼梁連接成整體，繼續向下游滑移，到位后分解2號鋼梁，3、4號鋼梁在4、6號支墩上向右面水平滑移，給后續施工讓出空間，然后將2號鋼梁組裝完成，檢驗合格后向下游滑移，組裝1號鋼梁 （共3節），合格后與2號鋼梁連接成整體，用布置在上游支墩的卷揚機牽引向上游水平滑移，到位后安裝1、2號鋼梁，接著將3、4號鋼梁沿支墩向左面水平滑移復位，分解3號鋼梁并頂升高2.4 m，澆筑3號鋼梁底部混凝土支墩，最后將3號鋼梁降落到位。安裝調整所有鋼梁支座，拆除拼裝用鋼支墩安裝到左側，進行左側一組鋼梁安裝，施工順序同右側。

優化后的鋼梁連接及結構示意見圖3所示。

4 鋼梁結構優化前后施工方案技術經濟分析比較

丹江口大壩加高工程300 t升船機軌道梁安裝施工結構優化后采用水平牽引滑移法施工，按此方案進行施工，較常規施工方案比較，取得顯著經濟效益，優化前后經濟比較見表1、2。

表1 優化前施工費用

優化后的施工費用與優化前采用桅桿吊施工費用比較，節省資金100萬，與項目總投資240萬比較，節省資金約150萬，經濟效益顯著。而且工法施工在工期、安全等方面具有很大優勢，工程與合同方案比較，工期縮短兩個月，避免了與土建的施工干擾，取得了技術、經濟、質量、安全的綜合最優的效益。

圖3 鋼梁結構及施工優化示意（尺寸單位：mm）

表2 優化后施工費用

5 結 論

通過優化的鋼梁結構設計，使得水平牽引滑移方案得以順利實施，2010年11月10日，300 t垂直升船機軌道鋼梁安全順利安裝到位，一次性節約資金投入150萬元，避免了施工干擾，與原方案比較，縮短工期近兩個月，受到業主、設計、監理等方面的一致好評。實踐證明，此方案新穎，安全經濟，具有很大的經濟效益和社會效益。據了解，節間利用高強螺栓連接，整體水平牽引滑移進行垂直升船機行走鋼梁安裝，此方案在水利行業垂直升船機安裝上尚屬首例，具有獨創性。

通過丹江口大壩加高工程實踐證明，施工方案優化過程是一個全方位、動態優化的過程，其優化貫穿了工程設計、制造、安裝全過程，同時施工方不是一味根據設計圖紙進行施工，而是應根據施工現場的具體情況進行合理化建議，本工程鋼梁結構的成功優化，是集設計、制造、施工多方面集體智慧的結晶，達到了設計、制造、施工三方面都能接受的最佳的平衡點，是一次多家單位相互協調合作的成功范例，可以為同類項目在設計制造、施工工藝、施工管理、技術進步等方面提供有益的借鑒和參考。

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