東江水電站放空隧洞內閘室橋機吊裝技術研究

曹岸斌

(廣東省源天工程有限公司， 廣東 廣州 511340)

1 工程概況

東江水電站位于湘江支流耒水上游，湖南省東南部資興市境內。工程以發電為主，兼有防洪和工農業用水等綜合效益。電站主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、壩后式廠房、兩岸潛孔滑雪式溢洪道、左岸一級放空兼泄洪隧洞(已封堵)、右岸二級放空隧洞。二級放空隧洞全長為675.35 m，為本樞紐最低泄水建筑物，僅用于水庫放空。二級放空隧洞設有2道閘門，第1道為事故閘門，采用鏈輪閘門、豎井式閘室，第2道為工作閘門，采用偏心鉸弧形閘門、封閉式閘室。工作閘門設在隧洞中部，距進口約330 m處，該閘室內原布置有一套50/10 t橋機，橋機最大最重部件為橋架主梁，重為5.2 t，尺寸為8 000 mm×1 810 mm×1 200 mm，該橋機現已報廢，需進行拆除，重新安裝一套新橋機。

因閘室為封閉式且處于隧洞中部，汽車吊等常規吊裝機械無法駛入施工現場。此外，閘室頂部原預埋的地錨由于環境潮濕、年代久遠已完全銹蝕無法再用于吊裝。因此，現場不利條件給新橋機的吊裝帶了諸多困難，如何解決吊裝問題成為了新橋機更換的關鍵，在類似的狹小空間內工程設備吊裝方面也存在類似的問題[1-2]。本文結合現場施工條件提出了一種安全、可靠、經濟的吊裝方法，該方法具有一定的推廣應用價值。

2 吊裝方案及吊裝架結構設計

通過對放空隧洞內閘室和橋機的現場勘查，結合現有施工條件，決定采用如下吊裝方案：

1) 采用拔桿、卷揚機、手拉葫蘆等工具進行吊裝；

2) 將橋機分為主起升裝置、副起升裝置、小車架、橋架主梁(2件)五大件進行吊裝，安裝中盡量做到合理解體，以減小橋機各部件的重量和尺寸；

3) 在208.95 m高程處制作一個雙“A”型吊裝架，采用卷揚機作為動力進行吊裝；

4) 采用先拆除、后安裝的吊裝順序。

2.1 吊裝架結構設計

1) 整體結構設計

吊裝架由T型吊板、雙“A”型吊裝架、卷揚機、滑輪組、手拉葫蘆等起重設備組成(整體結構布置如圖1所示)。在兩側橋架主梁之間對稱布置雙“A”型吊裝架，并且在隧洞頂部通過T型吊板固定吊裝架(如圖2所示)，最終整體的吊裝架安裝情況如圖3所示。

2) 結構部件設計

① T型吊板

閘室頂部用8個M24×100的膨脹螺絲固定1塊600 mm×500 mm×30 mm的鋼板。在鋼板上以T字型角焊1塊300 mm×170 mm×30 mm鋼板，焊縫長度為300 mm，焊縫高度為16 mm。此鋼板上已割好吊耳孔作為主吊點，吊孔孔徑為Ф60 mm。

圖1 吊裝架整體結構設計布置示意(單位：mm)

圖2 T型吊板在隧洞頂部的安裝效果

圖3 A型吊裝架現場整體安裝效果

② 雙“A”型吊裝架

雙“A”型吊裝架由4根Φ130 mm×6 856 mm、管壁厚度為10mm的普通無縫鋼管(GB/T 17395—1998)搭成，在鋼管與地面接觸截面上焊接1塊300 mm×300 mm×10 mm的鋼板，每塊板用4個M20×100的膨脹螺絲固定，四腳架“生根處”固定在軌道兩側澆筑的臺階上，同一側的兩管夾角為30°，在兩管中心位置和底部橫兩條角鐵將兩管搭焊牢固，用于加強支撐架的穩定性，管與管的連接采用單“V”坡口，焊縫厚度為20 mm的焊接，形成“A字”。“A字”支撐與已安裝好的T型鋼板焊接牢固，焊縫高度為16 mm。整個管架形成2個“A”字形搭起的支撐架，2個“A”字形支撐架的夾角為117°，且單個A形架重326 kg。

③ 起重設備

采用1臺5 t卷揚機連接2組10 t 三輪滑輪組吊裝，其倍率為6，最大起吊質量為30 t。卷揚機固定在閘室▽197 m液壓系統操作臺基礎墩上，并且分別經過閘室地面和▽207.95 m軌道層平臺右側兩次換向，閘室地面換向滑輪固定在副油缸座上，在軌道層平臺右側平臺中心位置用膨脹螺絲和鋼板固定另一換向吊點，已安裝好的T型鋼板吊耳上則掛一組10 t三輪滑輪組。

2.2吊裝架受力計算

2.2.1雙“A”型吊裝架受力分析

雙“A”型吊裝架4條管的受力是均勻的，該受力分析分兩步進行，先計算軌道同一側“A”型架的整體受力，再在“A”字形架上分解計算出單根管的受力。

圖4 吊裝架受力分析

① 單根管受力計算

令在N=6 323 kg重力作用下單根管承受的重量為F1=F2，且單根管與豎直方各夾角為15 °，可計算：

(1)

因此，右側單根鋼管的受力為：

(2)

起吊過程中“A”字形架單根鋼管承受的最大軸向壓力，等于吊物重量的壓力和牽引鋼絲繩的壓力之和。即：

F=F2+N管1=3 272.8+478.2=3 751 kg

(3)

② 鋼管抗壓承載力校核

由式(3)可知，起吊過程中鋼管承受的最大壓力F=3 751 kg<[N]。因此，該鋼管結構支撐架的抗壓承載力完全滿足要求。

2.2.2吊裝架穩定性校核計算

其中，壓桿長細比臨界值為100，桿兩端為鉸接，取μ=1，L=685.6 cm。應力采用長細桿計算，根據歐拉公式：

(4)

因此，穩定性滿足要求。其中，E為材料彈性模量，對鋼材取E=2.1×106kg/cm2。

2.2.3T型板焊縫和吊孔剪力校核

T型板吊點材料選用Q235A鋼板，焊縫焊接采用506焊條，采用“單V”坡口，焊縫高度16 mm。焊縫剪應力可通過下式進行計算：

(5)

其中，N為吊物重量，為5 200×1.25=6 500 kg，hf焊縫腳尺寸等于1.6 cm，Lw為焊縫長度等于30 cm。

代入式(5)，可得τ=95.77 kg/cm2<[τ]=900 kg/cm2。

因此，T型板吊點焊接滿足要求。

T型板吊孔孔徑為Ф60 mm，其剪應力為：

(6)

因此，吊孔強度也滿足要求。

2.2.4A型吊裝架非平面內受力

2.2.5軌道層平臺換向滑輪固定座和膨脹螺絲受力校核

(7)

因此，該換向滑輪固定座及螺絲的受力符合要求。

3 雙“A”型吊裝架試驗測試及吊裝作業

實際吊物部件最大重量為5 200 kg，按1.25倍的動荷載系數進行試驗。通過將6 500 kg配重塊運至閘室內，用4條Φ36.5 mm的鋼絲繩，四點吊法將配重塊與吊裝設備連接。由專人指揮，啟動卷揚機，將配重塊吊起約100 mm，懸吊30 min后檢查吊裝架無異常，卷揚機抱閘準確且能及時制動。因此，可以確定該吊裝設備滿足實際吊裝要求，可投入使用。

3.1橋機小車拆除

小車最高點距地面高度為12.5 m，此時被拆除的橋機應該位于閘室進門口正上方位置，小車位于吊裝設備吊點正下方。

1) 將小車部件解體，用2條Φ36.5 mm的鋼絲繩，四點吊法將小車部件與吊裝設備連接。

2) 由專業起重指揮人員指揮，將小車部件吊起約200 mm，用2個5 t葫蘆將大車朝上游方向拖動，直至不遮擋小車部件的下落位置為止。

3) 操作卷揚機將小車部件下落放置在運輸平臺小車上。

4) 重復以上步驟將小車完全拆除。

3.2大車主梁安裝

1) 將主梁運抵現場后，在距主梁上表面中心1 500 mm處，4個點焊接Φ24 mm的圓鋼，圓鋼長100 mm，防止鋼絲繩滑動，且此時主梁為縱向放置。

2) 用4根Φ36.5 mm的鋼絲繩，采用單鉤掛四點的方式，用卸扣與鋼絲繩鎖住。

3) 卷揚機慢慢起升，施工人員利用麻繩將主梁轉動40°角度。

4) 大梁的安裝高程距地面10.95 m，當大梁起升至高于安裝高程200 mm的距離時，施工人員利用麻繩旋轉大梁，調整其角度直至大車行走輪正好與軌道吻合對接。

5) 操作卷揚機，慢慢將大梁放置在軌道上。

6) 解開鋼絲繩，清理場地。

7) 施工人員用2個5 t葫蘆將主梁1往上游方向移開，騰出主梁2的吊裝空間。主梁1安裝完畢，執行上述步驟將另一根主梁2按同樣方式進行安裝。

4 結語

針對水電站放空隧洞等狹小空間內的大型重物吊裝問題，根據現場實際情況，巧妙地運用卷揚機、滑輪組以及現場設計制作的雙“A”型吊裝架等設備，并通過結構受力分析與計算，保證該吊裝結構的安全性及可行性，順利完成了大型重物的吊裝。該雙“A”型吊裝架及其安裝技術具有簡單、經濟、實用、高效率的特點，在解決類似狹小空間內大型機電設備安裝施工難題方面，具有較好的創造性和推廣性。