水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝新工藝探索

陳廣生 廣東省源天工程有限公司

蝸殼是一種多見于水利樞紐工程中的作業結構，全稱為蝸殼式引水室，可實現均勻供水、減輕導水結構的工作壓力。水利樞紐水輪機特大型蝸殼具有基礎重量大、工作環節多、安裝難度大等特點，在安裝工程中，常規處理工藝的效果不完全理想，作業效率、工作時間無法保證，有必要就可行的新工藝進行分析。

1.蝸殼管節的初步處理

水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝過程中，為保證處理效果，減少作業難度和工藝復雜性，建議通過地面裝配、加固，對蝸殼進行初步處理。具體工作中，要求根據蝸殼外觀特點進行分類，首選完成整齊劃一的分類處理，之后借助定位設備，通過與蝸殼管節接近的弧面樣本、間隙塊等，逐步完成蝸殼整體的裝配。一般要求優先搭建裝配平臺，結合工作要求進行裝配作業位置（也定位設備的擺放位置）選取，進行標準，獲取中心線和設備擺放范圍，確定該管節的尺寸線，放置、固定定位設施。按照早期分類結果，逐一將蝸殼設備移動至裝配區域，要求蝸殼與定位板實現緊密接觸，借助間隙塊填充多余空隙。管節的開口部分，借助弧形設備進行校對，確保其尺寸規范、位置得當，之后校對整體裝配效果，無異?？蛇M行電焊加固，對蝸殼各鏈接部位進行焊接并去除明顯焊瘤。

表1 支架結構和參數要求

在蝸殼管節初步處理的過程中，采用組合式活動支撐結構進行裝配平臺搭建，該結構以鋼卷板為核心，提供具有一定形變自恢復能力的多層鋼卷板，借助螺栓進行鋼卷板之間的固定。要求卷板組成后的規格略大于代加工蝸殼，完成裝配和加工后，可將蝸殼吊移，繼續應用鋼卷板裝配平臺進行后續蝸殼管節處理。該模式下，作業流程沒有發生顯著變化，但借助鋼卷板搭建的組合式活動支撐結構，減少了反復進行施工平臺建設、修整的工作壓力，有助于提升地面部分工作效率，歸類后逐一進行裝配的蝸殼管節，也能提升地面作業規范性，使水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝工藝得到改進。

2.管節地面運輸

此前蝸殼管節的運輸，采用完全分散或完全集中的模式，分散模式下，需要在運輸完成后的安裝階段進行復雜焊接、吊裝，工作繁瑣；集中模式下，蝸殼施工壓力大，對設備性能要求高?？稍诤罄m工作中采用單節蝸殼管節運輸模式，將初步處理完成后的蝸殼，以局部管節的形式，運輸至安裝區域，對于水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝作業而言，單節運輸蝸殼管節的作業方式更具適用性。

具體工作中，首先對待運輸的蝸殼管節進行規格分析，了解吊裝位置空間大小，同時分析起吊區域空間和運輸區域的通行情況。要求在進行蝸殼管節裝配和加固前，將其運輸至距離安裝區域較近的地點，之后采用垂直起吊的方式，放置于鋼結構支架頂部，通過間隙塊填充擺放間隙。運輸過程中，無論采用吊裝或車輛運輸模式，均要求嚴格避免出現晃動，垂直起吊模式下，要求蝸殼管節兩側偏移的角度不超過7°，運輸模式下，要求車輛運輸過程中無障礙物，不需進行大幅度轉彎或速度瞬時變化。以車輛運輸為例，要求搭建鋼結構支架，支架結構和參數要求見表1。

實際工作中，如果單節蝸殼較大，可進一步增加上述用具規格，表1所述鋼支架規格適用于大部分大型水利工程的單節蝸殼運輸，適用性高，且能夠反復使用，不斷進行管節運輸，提升地面部分的施工效率和設備復用性，減少成本。

3.管節翻轉施工

完成蝸殼運輸后，要求對其進行翻轉，以契合安裝要求。在蝸殼管節翻轉過程中，需要借助液壓設備維持工作穩定，為保證作業效率，采用的新工藝為借助模擬方式首先了解作業需要，根據模擬結果進行作業，以翻轉架支撐、吊鉤和千斤頂輔助模式完成施工。蝸殼管節翻轉過程中，需要控制的核心參數為力矩陣變化，在常規吊裝過程中，蝸殼的力矩基本保持不變，翻轉時，垂直方面的力不斷集中，應力集中區域為蝸殼管節下部，直到翻轉完成，受力點持續下移。以蝸殼底部為最高，以A表達該點的受力總量，獲取一個計算式：

式1中，t表達管節重量，單位為噸，g表達重力加速度，h表達蝸殼距離安裝地點的高度，單位為m，s表達翻轉速度，單位為s，X表達風力參數和其他動態參數，具有可變性。可代入實際工作值，根據計算結果，建立有限元分析模型，再通過計算機模擬，獲取A值變化態勢，據此設計支撐結構，建立具有承重能力的翻轉架、選取合適的吊索和起重設備。具體工作中，要求結合運算結果將單節蝸殼吊至翻轉架處，蝸殼的受力位置應保持與翻轉架的有效結構，在其外部利用吊索、鋼絞線進行固定，避免蝸殼出現起吊不穩、掉落問題。領取吊索和鋼絞線等，牢固捆扎于翻轉架外部，對翻轉架進行垂直起吊，以油泵提供動力，并保持起吊過程中的速度緩慢、翻轉架和蝸殼管節位置穩固。緩緩將翻轉架放置于支墩部位，下放過程中，保持速度均勻，直到翻轉架完成與支墩的完全有效接觸，再關閉油泵。在此過程中，可由地面人員進行觀察和指揮，隨時了解翻轉架和蝸殼管節是否穩定、翻轉架是否有效接觸支墩等。

圖1 蝸殼的掛裝施工流程

4.蝸殼的掛裝施工

蝸殼的掛裝施工，是整體作業的最后一個核心環節，該環節施工可分為若干標準工序，嘗試采用新工藝，可運用于分節固定方面，標準模式下，蝸殼的掛裝施工流程見圖1。

該流程下，此前集中定位、分節安裝模式精細化不足的弊端得到控制，在掛裝過程中，首選進行X定位，也即橫向定位，根據上（+）、下（-）波動的幅值進行校對，核準標準掛裝位置，之后進行縱向定位，因蝸殼翻轉完成后，其受力態勢不變的情況下，位置往往穩定，因此只進行偏移位置的校對（+）。完成校對夠，進行蝸殼第一管節的掛裝，以此模式為基礎，完成其他管節的后續安裝。

5.可用支持性技術

在水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝過程中，牽涉到力學計算、鋼材料選取和安全管理等內容。為保證施工效果、新工藝應用價值，可在實際工作中通過各類支持型技術進行輔助，如有限元技術、BIM技術等。如上文所述的管節翻轉施工環節，可在完成基礎參數的收集后，將其帶入BIM軟件中，加入風力、設備老化程度等動態因素，模擬翻轉過程中蝸殼管節出現偏移的可能，初次模擬無異常，可添加更多參數，或采用約束條件分析法，對可能出現的異常進行二次、三次模擬，包括起吊速度和翻轉速度、支墩強度等。有限元分析法可有效實現對力學變化的評估，在管節翻轉施工環節價值較為突出，有助于實時評估力學變化作為施工安全的保障。

綜上，水利樞紐水輪機特大型蝸殼安裝，需要考慮的因素較多，施工難度大，新工藝的應用可應對上述問題。蝸殼管節裝配、加固可提升作業精度，減少勞動強度和時間。單節蝸殼管節運輸重視為后續處理提供支持，實現了工作內容拆解，蝸殼管節翻轉、吊裝有助于控制變形，從施工質量角度實現安裝效果改善。