大跨度、超高雙向門機快速安裝工藝解析

黃斌

摘? 要：大藤峽水利樞紐左岸泄水壩段壩頂布置1臺容量2×2500 kN的雙向門機，用于泄水閘事故門的啟閉工作。門機具有安裝位置受限、框架高、跨度大、單部件重量重等特點，且門機框架采用傳統纜風繩固定安裝或內框架剛性安裝的方法，存在諸多不便，也不能滿足安裝進度要求。該文結合門機結構特點，介紹一種巧妙利用門機自身設備，采用門機主梁與端梁形成臨時框架的主梁框架法，配合負重移動履帶吊進行吊裝的工藝方法。安全、優質、高效地完成了大跨度，超高雙向門機的安裝。為后續同類型門機快速安裝施工積累經驗，為超高度框架吊裝設備選型提供了參考，為對門機安裝如何工藝優化、提高施工效率提供可借鑒的方法。

關鍵詞：大藤峽;雙向門機;快速安裝;設備選型;施工效率

中圖分類號：TV66? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 概述

雙向門機具有結構穩定、起重容量大等特點，因此是水利工程中常用的一種啟閉設備。但受制于結構特點，門架部件一般為廠內預裝后散件運輸至工地，進行現場組裝。然而隨著國內加工制造業的發展和交通運輸能力的不斷提升，門機門架部件的單件重量及外形尺寸也越做越大，造成現場安裝難度進一步提升。在門機安裝中，門腿固定則是安裝中最重要的一個環節。如何選擇合理的吊裝設備，科學的加固方法，安全穩定地固定門腿，是每一臺門機安裝必須因地制宜深入研究的問題。該文結合大藤峽左岸壩頂雙向門機特點，從門架固定、主吊設備選型等方面重點介紹了門機快速安裝工藝，為同類型門機安裝提供經驗積累。

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6 km處，地理坐標為東經110°01′，北緯23°28′，是紅水河梯級規劃中最末一個梯級。大藤峽水利樞紐是一座以防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程。水庫正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，總庫容34.79×108m3，總裝機容量1 600 MW，工程規模為Ⅰ等大（1）型工程。大藤峽左岸泄水閘布置21孔弧形工作門，用于工程的水利調度。為保證弧門的正常檢修，弧門上游側設置有3套事故門，事故門采用壩頂雙向門機進行啟閉[1]。

1 門機安裝常用方法

對于壩頂門機的安裝，其關鍵步驟就是門架的組裝。門機組裝過程中，涉及行走機構的固定、門腿的安裝、主梁的安裝等工序。工序過程中因結構件重、大。因此門架的固定就是一個關鍵的技術難題。如何保證門架從行走機構組裝、門腿固定、主梁吊裝形成安全高效的施工。是保證門機工藝的關鍵所在。對門架組裝固定，傳統施工中常用的有纜風繩加固和內框架加固法。

1.1 纜風繩加固法

纜風繩加固是采用在門機組裝場地預埋地錨，在大車行走結構和下橫梁就位固定后，按順序進行門腿吊裝，每吊裝1根門腿，就采用提前固定在門腿上的纜風繩沿軸線和縱向2個方向進行加固，然后在結合實際情況增加其他輔助纜風繩。纜風繩與地面的夾角一般≤60°，故纜風繩加固法對場地要求寬闊，地錨設置合理。并且纜風繩不能影響吊裝設備的吊裝。其典型加固如圖1所示。

1.2 內框架加固法

內框架加固是在門機組裝場地門機內側，按照門機比例制作一個高度約為門機高度2/3的立柱框架，所有門腿的臨時固定采用臨時與內框架剛性連接。同時內框架也可以作為吊裝的施工平臺。此方案可以有效利用門機安裝工位。適用于安裝場地受限的部位。但存在內框架立柱制作周期長、施工成本高等弊端。其典型的加固形式如圖2所示。

1.3 主梁框架法

主梁框架法是采用大車行走機構、底橫梁及1根主梁先形成一個穩定的地盤。然后開始由遠及近的依次進行門腿和主梁的吊裝。在其中1個主梁就位后，在將受力框架轉換到行走機構、底橫梁、門腿及就位的主梁形成的穩定框架上。從而解除底部臨時主梁的受力，然后再利用主吊設備將主梁吊裝就位的方法。利用主梁作為臨時加固支撐，有效地提高了設備的利用率，同時采用門機自帶設備作為剛性連接框架，即節約了施工成本，又提高了安全性。主梁框架法主要安裝步驟如圖3所示。

1.4 方案對比

通過上述方案介紹可知，纜風繩加固法適用于安裝空間大，門腿較短的門機安裝，但受纜風繩的布置的影響 ，在后續設備吊裝中存在剮蹭風險較高。

內框架法安裝方法適用于施工空間較為狹小的區域，同時可以形成很好的安裝平臺。但內桁架制作周期長，制作成本大。

主梁框架法利用設備自身構件進行固定，巧妙地利用設備自身材料、且施工周期短、施工成本低等優點，門機主梁自身剛度大，框架穩定性有保障。適用于大跨度、超高門機的門機門腿安裝固定。

2 大藤峽壩頂門機安裝方案選定

大藤峽壩頂門機共設置2臺，其中1臺布置在進水口，用于進水口攔污柵、檢修門、事故門的啟閉工作。一臺布置在泄水閘，用于泄水閘事故門的啟閉機，及弧形工作門油缸的檢修工作。兩門機主要參數相同，具體結構略有差別，門機跨度19 m，共用壩頂540 m長的軌道。

該文以大藤峽泄水閘壩頂門機安裝為例進行分析。大藤峽泄水采用閘壩結構，總寬度約69 m，共分3個區，其中壩頂門機布置在一區。一區可用寬度約30 m。但受水工結構限制，存在較多的孔洞，不利于地錨設置和纜風繩布置。且工期緊張。傳統的纜風繩加固法及內框架加固法進行門架固定，不適用。為解決此難題。筆者與工程建設人員在傳統門腿加固工藝的基礎上，結合大藤峽門機特點和工期要求，分析總結、科學計算、就地取材，巧妙地利用門機主梁作為臨時加固支撐，大膽提出主梁框架法。安全、優質高效地完成門機安裝。其中門機安裝場地布置如圖4所示。

2.1 大藤峽門機結構特點

大藤峽壩頂雙向門機由主小車機構、大車運行機構、門架結構、起升機構、回轉吊、駕駛室、電氣設備以及機房等組成，總重約880.8 t，揚程70 m，門機總高46.877 m，長21.272 m，跨度為19 m。

其中門架由行走機構、底橫梁、門腿、中橫梁、主梁、端梁及踏板組成。門腿為箱型梁結構，共4件，單重約47 066 kg，最大外形尺寸均為27 856 mm×2 780 mm×2 100 mm。主梁為箱型梁，含邊梁、懸臂梁的接頭部位及小車軌道，最大外形尺寸為27 000 mm×3 600 mm×2 410 mm，單重約60 777.3 kg。

2.2 門機安裝特點及難點

特點及難點包括6點。1）受工程進度影響，門機安裝施工場地受限，門機部件拼裝及吊車的擺布困難。2）門機安裝中的大件及超大件較多，吊裝難度大。3）小車架部分構件需在空中拼裝，吊裝和拼裝均困難。4）門機安裝時臨邊、高空作業，施工難度大，危險系數高。5）門機安裝過程中，吊車起升高度和回轉半徑大，與周邊施工設備干擾大。6）受到貨影響，門機安裝工期緊。

3 門機安裝

3.1 門機安裝主要工藝

結合門機的結構形式及安裝特點，大藤峽壩頂門機安裝采用主梁框架法進行。主要安裝工藝如下：設備清點→設備轉運→主吊就位→門架安裝→起升結構安裝→屋頂安裝→電氣設備安裝→穿絲調試→負荷試驗[2]。

3.2 設備清點及轉運

設備到貨且安裝工位形成條件后，將主梁、門腿、大車行走機構、小車、下橫梁、中橫梁、邊梁以及減速器等大件按照安裝順序分批次運至安裝現場。其中門腿、主梁、小車車架、平衡梁、下橫梁、中橫梁、邊梁、卷筒以及減速器等均采用平板車轉運至安裝現場，大車行走臺車、小車行走臺車等附件均采用18 t載重汽車轉運至安裝現場。

3.3 主吊就位

結合門機到貨情況及圖紙可知，門機的主要構件尺寸見表1。

其中門機大件最重為主梁61.34 t，最長件為門腿27.85 m，受場地限制采用傳統的汽車吊無法滿足吊裝要求。通過現場分析，大藤峽門機安裝采用對空間要求小且能負載行走的履帶吊作為主吊設備。通過對安裝工位進行模擬，采用400 t履帶吊作為主吊設備。選用56 m主臂工況滿足起吊要求。其中最重件就位如圖5所示。

3.4 門架安裝

門架主要包括大車行走機構、下橫梁、門腿、主梁等結構，結合其結構特點，其主要吊裝工藝如下。

3.4.1 行走臺車安裝

門機行走臺車共8件，單件重4920.1kg，外形尺寸均為2450m×1593m×1210m。行走臺車2共4件，單件重4959.5 kg，外形尺寸均為2500m×1593m×1210m。門機平衡梁共有4件，單重2 899.3 kg。下橫梁共2件，單重約23 473 kg，外形尺寸為19700mm×1540mm×1511mm。

根據設計圖紙，按廠家提供的編號進行清理，然后根據先吊裝行走臺車、平衡梁，再按吊裝下橫梁的順序進行轉運吊裝。

將其中一件大車行走機構吊放在控制點位置定位，采用20號的槽鋼進行臨時加固。將平衡梁吊裝就位，對行走結構及平衡梁的軸銷進行連接，并對大車車輪垂直傾斜△h、前后車距、定位尺寸進行調整，調整完后進行穩定加固。檢查大車跨度L1、L2相對差，大車車輪傾斜度、同一邊梁上車輪同位差符合設計圖紙，進行下橫梁的安裝。

下橫梁為箱型梁安裝，按編號及上下對應位置用400 t履帶吊吊至大車行走機構的支座上，用螺栓與大車行走機構支座固定。以構件端頭中心線為找正基準檢測大車跨度、橋架對角線相對差、大車車輪傾斜度、同一邊梁上車輪同位差等參數符合設計圖紙要求。吊裝下橫梁就位后，采用同樣方法進行相關幾何尺寸檢查調整，同時擰緊各連接螺栓，檢查對位標記，并用塞尺檢查結合面間隙，用水準儀檢查上頂面高程及相關結構尺寸.擰緊螺栓過程中，注意扭力力矩的規定值。安裝完成后再次用[20號槽鋼對下橫梁進行加固。

3.4.2 主梁框架形成

待大車行走機構及下橫梁加固完成后，采用400 t履帶吊將1#主梁臨時吊裝到上、下游的下橫梁上，將上、下游側下橫梁連接起來，形成主梁框架的下框架。形成框架并采用臨時筋板將1#主梁與下橫梁固定。固定后結構如圖6所示。

3.4.2.1 主梁框架受力分析

結合大藤峽工程所在地的特點及相關氣候條件。實查桂平風壓為35 kg/m2，按1.4倍的安全系數，取50 kg/m2進行分析計算：

3.4.2.2 門腿及橫梁受順水流風力計算

結合上表各構件的尺寸可知。單根門腿截面尺寸為：1.2×27m，中橫梁截面尺寸為1.3×15m，取橫梁一半進行計算。

3.4.3 門腿及中橫梁安裝

門腿為箱型梁結構，共4件，門腿單重約47 066 kg，最大外形尺寸均為27856mm×2780mm×2100mm。門腿吊裝前先在門腿周邊焊接臨時爬梯及頂部的施工平臺。

利用履帶吊按照由遠及近的順序進行門腿的吊裝，在門腿安裝前，應認真檢查門腿與底橫梁接觸面的情況，接觸面應無高點毛刺，且門腿與底橫梁接觸面組合螺栓應準備好，并準備必要的過眼沖等設備便于門腿就位。另以門機軌道中線為基準，假設經緯儀、控制門腿就位的傾斜度和中心線。門腿吊裝應準備充分，連續作業完成后，及時進行主梁吊裝，防止因不可預見的因素導致安全事故，造成損失，門腿吊裝完畢后，形成框架如圖7所示。

3.4.4 主梁安裝

主梁為箱型梁，含邊梁、懸臂梁的接頭部位及小車軌道，最大外形尺寸為27000mm×3600mm×2410mm，單重約

60 777.3 kg;邊梁的最大尺寸為8800mm×2800mm×1800mm，重約13 786 kg，主梁為整機安裝中尺寸最重件，吊運時必須足夠重視，保障安全。

先將靠左岸側的主梁吊裝就位，進行整體幾何尺寸檢查（用大卷尺、經緯儀）確認對位定位標記符合，達到尺寸精度后，進行斷焊加固。解除作為臨時支撐的主梁，調出主梁，采用相同方法將主梁就位。2根主梁就位后，對門架進行整體幾何尺寸的檢查，并用水準儀在主梁面上進行主梁高程和上拱度檢查，符合要求后進行主梁與門腿焊接。

門機門腿與主梁組裝完成，經檢查合格符合要求后，進行錯牙調整并進行定位點焊。定位點焊的焊接長度為50 mm以上，間距為300 mm～350 mm，焊高不超過板厚的1/3，且最厚不超過6 mm。定位焊在正式焊接時，應進行清根處理，檢查點焊的質量，如有裂紋、氣孔和影響焊接的焊瘤等缺陷應清理進行補焊。采用分層分段焊接，分段長度為150 mm～500 mm，且每條焊縫均采用多層多道焊接，每段焊接的接頭應焊接成緩坡，每層的接頭應錯開超過100 mm，以保證段間接頭有良好過渡。

3.4.5 回轉吊機構安裝

回轉吊平臺單重約14 371.5 kg，回轉機構單重約5 943 kg，回轉吊起升機構單重約7 482.1 kg。采用400 t履帶吊或80 t汽車吊吊裝就位，水準儀檢測上部回轉平臺的平面度，經緯儀檢測回轉中心與懸臂量支鉸中心的同軸度，鋼卷尺、吊線檢測回轉吊半徑，調整各項尺寸符合設計圖紙要求。回轉吊回轉平臺及支承裝置吊裝完成后，進行司機室、電氣設備、機房、臂桿的吊裝，電氣設備安裝及調試以及鋼絲繩安裝及負荷試驗。

3.4.6 起升機構安裝

待門機門框形成后，利用履帶吊結合安裝順序逐步完成小車、滾筒、減速箱、屋頂等附屬設備安裝，同步開展電氣設備的安裝。

小車由小車行走機構、小車架、定滑輪、卷筒、減速器、電動等組成，總重量228 971.7 kg。根據設計圖紙將小車行走機構在已安裝好的軌道上進行定位并做臨時加固和標記。吊裝上游側的小車行走機構并固定。接著吊裝小車架卷筒側，并與小車行走機構連接。吊裝下游側的小車行走機構并臨時固定。吊裝小車架定滑輪側，并與小車行走機構連接。連接小車架卷筒側及定滑輪側之間的螺栓。小車架部分吊裝就位后，必須調整位置使之就位于中部，檢查車輪各參數，符合要求后進行固定，進行其他附件的吊裝。先進行減速器吊裝，然后進行卷筒吊裝，吊裝時要嚴密注意大小齒輪的對位和制動盤與制動器的插入，應動作緩慢、細致，以防止碰撞造成各定位件和制動器的損傷。卷筒裝置就位后，把各緊固件及定位件安裝好后，應進行手動盤車檢查，確認無誤后再拆除吊具。

小車架組裝完成后，將小車的電動機、定滑輪、制動器等進行吊裝。各部件定位后將連接螺栓擰緊。按有關規定進行機械部件的組裝，調整同軸度及齒輪嚙合間隙、制動間隙、自動化元件相關參數。最后吊裝定滑輪組，平衡滑輪組并安裝固定。

3.4.7 鋼絲繩安裝及及相關試驗

電氣部分安裝完成后，先進行通電試驗，通電試運行后開始鋼絲繩的安裝。安裝前動滑車應檢查注油，滑車內不允許有異物存留。對起升機構及減速器注油，采用門機設備上的20 t電動葫蘆配合逐根進行鋼絲繩破勁處理，防止鋼絲繩穿繞后動滑車扭轉。將引繩與鋼絲繩連接，待鋼絲繩全部穿完后，將大車開至表孔部位，放下大鉤，調整2個卷筒上的鋼絲繩長度，并將多余部分截去。

待所有附件及單體試驗完畢后，進行相關負荷試驗和取證工作。

4 工藝分析

大藤峽壩頂門機安裝，在吸取傳統施工工藝的基礎上，在門架固定方面采用獨特的主梁框架法，通過巧妙地使用主梁，在安裝過程中，通過2次主梁在不同部位的受力轉換，很好地解決了門機安裝工位施工空間受限，同時縮短了門機安裝工期，節約了安裝成本。通過框架受力的分析計算和實際的安裝過程證明，采用主梁進行框架固定，滿足門架固定強度和穩定性要求，提高門機安裝效率。

5 結語

大藤峽壩頂門機跨度大，門體結構高，結構尺寸大、單件重量重且面臨設備到貨晚，設備急需投入使用，現場通過對比傳統安裝方法，合理選擇吊裝設備，研究專用支撐方式，有效地解決了門架快速安全加固措施，實現優質高效安裝的要求。同時采用設備自身的構件作為支撐，也大大節約了成本，達到提質增效的目的。在主吊設備選擇方面，選用了可以負載運動的履帶吊，很好地解決了場地受限是大件設備吊裝問題。履帶吊作為主吊設備，便于取出底部主梁時間的空間轉換問題。使施工主梁框架法更好的發揮效益。通過對大跨度、超高壩頂雙向門機啟閉機快速安裝工藝進行剖析，對過程中主吊設備選型和門架加固進行介紹，為后續同類型設備安裝提供參考借鑒經驗，達到資源共享，學術共鳴的目的。

參考文獻

[1]王常義，黃俊，張殿雙.大藤峽水利樞紐總體布置研究[J].中國水利，2020（4）：7-10.

[2]楊關智，安郁亮.草街航電樞紐2×2500kN壩頂門機安裝技術[J].水電站設計，2013（3）：59-61.