楊房溝水電站大壩中孔鋼襯安裝方法研究

孫 文，林 冬

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

楊房溝水電站泄洪系統(tǒng)共計(jì)布置3孔泄洪中孔，分別布置在8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)壩段，鋼襯安裝貫穿孔流道進(jìn)口到出口，每孔上游布置檢修門槽，下游布置工作門槽。

8號(hào)壩段安裝總長(zhǎng)度為52.146 m，鋼襯共計(jì)分為21節(jié)，其中泄洪中孔檢修門槽上游鋼襯長(zhǎng)度為5.95 m，分為3節(jié)；檢修門槽位置僅設(shè)置側(cè)向鋼襯1節(jié)，長(zhǎng)度1.6 m。檢修門槽至工作門槽段鋼襯長(zhǎng)度27.552 m，分為10節(jié)；工作門槽下游鋼襯長(zhǎng)度18.966 m，分為7節(jié)。

9號(hào)壩段安裝總長(zhǎng)度為51.477 m，鋼襯共計(jì)分為20節(jié)，其中泄洪中孔檢修門槽上游鋼襯長(zhǎng)度為5.95 m，分為3節(jié)；檢修門槽位置僅設(shè)置側(cè)向鋼襯1節(jié)，長(zhǎng)度1.6 m。檢修門槽至工作門槽段鋼襯長(zhǎng)度為共28.31 m，分為10節(jié)，工作門槽下游鋼襯安裝長(zhǎng)度18.435 m，分為6節(jié)。

10號(hào)壩段安裝總長(zhǎng)度為52.853 m，鋼襯共計(jì)分為22節(jié)，其中泄洪中孔檢修門槽上游鋼襯長(zhǎng)度為5.95 m，分為3節(jié)；檢修門槽位置僅設(shè)置側(cè)向鋼襯1節(jié)，長(zhǎng)度1.6 m。檢修門槽至工作門槽段鋼襯長(zhǎng)度為28.322 m，分為11節(jié)；工作門槽下游鋼襯長(zhǎng)度為18.91 m，分為7節(jié)。

鋼襯使用鋼板材質(zhì)為Q345C，鋼襯本體壁厚為δ=22 mm。鋼襯設(shè)置縱向和橫向加勁肋，加勁肋壁厚為δ=20 mm（其中檢修門槽下游的一節(jié)鋼襯阻水環(huán)壁厚為δ=30 mm）。

在每孔鋼襯進(jìn)口第6節(jié)的頂部設(shè)置一個(gè)尺寸為1.5 m×2 m的通氣孔。通氣從鋼襯頂部的EL2 037 m延伸到EL2 098 m廊道內(nèi)。通氣孔與鋼襯連接處的5 m使用材質(zhì)為Q345C的鋼板制作，通氣孔本體壁厚為δ=22 mm。通氣孔四周各設(shè)置兩條豎向加勁肋，加勁肋間距1 m，加勁肋壁厚為δ=20 mm。

1 安裝進(jìn)度保證措施分析

1.1 滿足最大吊裝能力組裝成整節(jié)

中孔鋼襯共計(jì)三孔，分別安裝在8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)壩段。由于鋼襯安裝工期十分緊張，為保證調(diào)整發(fā)電目標(biāo)整體目標(biāo)，同時(shí)根據(jù)纜機(jī)吊裝能力，將相鄰兩節(jié)小于28 t的鋼襯在左岸纜機(jī)組裝平臺(tái)上組裝在一起進(jìn)行吊裝，這樣可有效減少鋼襯安裝節(jié)數(shù)，同時(shí)減少鋼襯在安裝面的安裝調(diào)整及焊接時(shí)間。以10號(hào)壩段鋼襯為例，具體方式為：將10號(hào)壩段的鋼襯1-13、1-14組裝成一節(jié)，1-15、1-16組裝成一節(jié)，出口段5節(jié)鋼襯分為4節(jié)進(jìn)行安裝，此時(shí)10號(hào)壩段鋼襯安裝總長(zhǎng)度為52.853 m，共計(jì)分為16節(jié)，安裝單節(jié)最重為27.3 t。9號(hào)、8號(hào)壩段鋼襯以同樣方式進(jìn)行組裝成整節(jié)。

1.2 安裝場(chǎng)外布置臨時(shí)組裝平臺(tái)提效

在左岸纜機(jī)平臺(tái)，使用型鋼及鋼板制作兩個(gè)臨時(shí)組裝平臺(tái)，根據(jù)鋼襯最大尺寸，組裝平臺(tái)尺寸為6 m×15 m。根據(jù)鋼襯整體尺寸以及運(yùn)輸?shù)缆窢顩r，每孔鋼襯的進(jìn)口第一節(jié)、出口段兩節(jié)，工作門槽上、下游各一節(jié)，需要單片組裝完成后運(yùn)輸?shù)浇M裝平臺(tái)上進(jìn)行組裝。需要在組裝平臺(tái)上進(jìn)行組裝的鋼襯共計(jì)15節(jié)。在鋼襯組裝完成并焊接內(nèi)支撐后，整體吊裝到安裝位置進(jìn)行安裝，這樣可以減少鋼襯安裝所占的直線工期，同時(shí)可大大提高施工效率。

1.3 合理設(shè)置定位節(jié)多個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)

（1）由于出口段鋼襯深入到EL2 027.2 m以下，出口段鋼襯根據(jù)大壩混凝土澆筑進(jìn)度以及分倉澆筑高度分段安裝，在EL2 027.2m以下部分，分為3段安裝。以10號(hào)壩段鋼襯為例，1-19鋼襯為定位節(jié)第一段安裝，1-18鋼襯為第二段安裝，1-17鋼襯為第三段安裝，如圖1所示。

（2）到EL2 027.2 m開始，單孔鋼襯安裝設(shè)置兩個(gè)定位節(jié)，第一個(gè)定位節(jié)以第9節(jié)鋼襯為定位節(jié)，分上下游進(jìn)行安裝，將鋼襯安裝余量留在檢修門槽下游及工作門槽上游。第二個(gè)定位節(jié)以大壩上游墻為基準(zhǔn)向下游進(jìn)行第3節(jié)鋼襯的安裝，將修切余量預(yù)留在檢修門槽上游。第三段以大壩下游墻為基準(zhǔn)向上游安裝，將修切余量預(yù)留在工作門槽下游，以便于后續(xù)工作門槽及檢修門槽的安裝修切。

1.4 設(shè)置鋼支撐安裝胎架保證鋼襯安裝進(jìn)度

在大壩混凝土澆筑到EL2 027.2 m高程時(shí)，沿鋼襯流道兩側(cè)預(yù)埋鋼支撐安裝胎架以及加固支撐基礎(chǔ)板，如圖2所示。鋼支撐安裝胎架安裝完成后，進(jìn)行鋼襯安裝，鋼襯安裝分為4個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行，第一工作面為出口段的1-14、1-15、1-16節(jié)鋼襯（包括檢修門槽側(cè)面鋼襯），第二工作面為定位節(jié)1-9鋼襯上游4節(jié)鋼襯，第三工作面為定位節(jié)1-9鋼襯下游4節(jié)鋼襯，第四工作面為進(jìn)口段1-1、1-2鋼襯。在具備安裝條件后4個(gè)工作面同時(shí)施工。

2 鋼襯安裝工藝流程

鋼襯安裝施工程序:工作門槽下游EL2 018.5 m～ 2 020 m段混凝土澆筑（預(yù)埋第一段鋼襯安裝基礎(chǔ)工字鋼）→工作門槽下游EL2 018.5 m～2 020 m段混凝土澆筑完成并移交工作面→測(cè)量放點(diǎn)→工作門槽下游第一段鋼襯安裝→壩體EL2 020 m～ 2 021.5 m段混凝土澆筑（預(yù)埋第二段鋼襯安裝加固工字鋼）→工作門槽下游第二段鋼襯安裝→壩體EL2 021.5 m～2 024.5 m段混凝土澆筑（預(yù)埋第三段鋼襯安裝加固工字鋼）→工作門槽下游第三段鋼襯安裝→壩體EL2 024.5 m～2 027.2 m段混凝土澆筑（預(yù)埋鋼襯安裝加固工字鋼）→鋼支撐安裝胎架以及加固工字鋼安裝→第9節(jié)、第2節(jié)定位節(jié)鋼襯安裝調(diào)整及加固→定位節(jié)上下游鋼襯安裝調(diào)整及加固→環(huán)縫焊接（各節(jié)鋼襯安裝驗(yàn)收完成，具備條件后立即焊接）→錨桿安裝及焊接→整體驗(yàn)收后移交工作面進(jìn)行澆筑→澆筑到EL2 036.2 m高程后進(jìn)行通氣孔鋼襯安裝→鋼襯灌漿完成并驗(yàn)收合格后進(jìn)行灌漿孔封堵→澆筑完成并達(dá)到凝期后拆除內(nèi)支撐→內(nèi)壁清理、打磨、除銹及油漆補(bǔ)涂。

3 關(guān)鍵工序施工方法

3.1 鋼襯吊裝

鋼襯在鋼管廠的吊裝為平吊（管口朝上），使用十字吊梁，鋼襯在攬機(jī)平臺(tái)使用50 t汽車吊配合壩頂攬機(jī)進(jìn)行翻身，翻身后的吊裝吊點(diǎn)在鋼襯頂部上。由于每節(jié)鋼襯的側(cè)面及頂部均布置有橫肋及縱肋，縱肋高度為200 mm，橫肋高度為250 mm，板厚為20 mm，經(jīng)計(jì)算滿足吊裝受力強(qiáng)度，在橫肋及縱肋均開設(shè)有串漿孔，直徑為Φ200 mm，鋼襯的吊裝及翻身吊點(diǎn)可采用加勁環(huán)的串漿孔。具體吊裝方式如下：

（1）鋼襯采用4點(diǎn)吊裝，4個(gè)吊點(diǎn)分別位于頂部鋼襯進(jìn)、出口第二圈橫肋與縱肋交叉點(diǎn)的位置（鋼襯安裝內(nèi)支撐的位置），此時(shí)吊點(diǎn)的距離分別為：水流方向的吊點(diǎn)距離為1.5 m，鋼襯寬度方向的吊點(diǎn)距離為3.6 m。

（2）根據(jù)橫肋、縱肋交叉處串漿孔的間距600 mm，使用4根Ф21.5 mm（6×37+1），公稱抗拉強(qiáng)度為 1 700 kN/mm2，長(zhǎng)度為2.5 m的鋼絲繩，鋼絲繩外部包裹硬質(zhì)橡膠皮，將鋼絲繩依次從縱肋、橫肋的4個(gè)串漿孔穿過，然后使用9.5 t卡扣將鋼絲繩連接在一起形成閉環(huán)。

（3）在吊點(diǎn)位置的串漿孔墊管皮，并將4個(gè)管皮分別固定在橫肋、縱肋上，防止吊裝過程中管皮掉落。

3.2 鋼襯定位節(jié)的安裝

鋼襯定位節(jié)吊裝就位后，根據(jù)測(cè)放的控制點(diǎn)利用手動(dòng)葫蘆、千斤頂?shù)裙ぞ邔撘r中心、高程調(diào)整至設(shè)計(jì)位置。定位節(jié)兩端管口的垂直度通過垂線加重錘的方法測(cè)量。鋼襯的中心、高程、里程調(diào)整合格后，通過混凝土表面前期預(yù)埋的錨桿將鋼襯進(jìn)行對(duì)稱加固焊接。

3.3 其它節(jié)鋼襯的安裝

（1）定位節(jié)鋼襯安裝加固完后，依次進(jìn)行其余節(jié)鋼襯安裝。使用壩頂攬機(jī)將鋼襯吊裝到安裝位置附近后，使用手拉葫蘆、拉緊器及千斤頂?shù)日{(diào)整鋼襯的高程、里程、中心等，尺寸調(diào)整合格采用槽鋼對(duì)鋼襯兩側(cè)進(jìn)行加固，加固完成后采用壓縫器、楔子板等調(diào)整環(huán)縫的錯(cuò)牙，依次進(jìn)行安裝。

（2）通氣孔鋼襯安裝：通氣孔鋼襯安裝在第6節(jié)鋼襯頂部，通氣孔鋼襯上下游的長(zhǎng)度為1.5 m，左右寬度為2 m，安裝高度5 m。通氣孔鋼襯在混凝土澆筑到EL2 036.2 m高程后進(jìn)行安裝。

3.4 鋼襯安裝加固

根據(jù)大壩澆筑分層，在鋼襯安裝完成并移交工作面后，鋼襯澆筑第一倉澆筑段高程為EL2 027.2 m～ EL2 030.2 m，第二倉澆筑段為EL2 030.2 m～EL2 033.2 m，第三倉澆筑段為EL2 033.2 m～EL2 036.2 m，鋼襯澆筑支撐分為三個(gè)階段進(jìn)行加固。根據(jù)提前預(yù)埋的加固工字鋼及圓鋼位置，鋼襯加固分為底部加固和側(cè)面加固。

（1）鋼襯底部加固：在鋼襯安裝完成后，鋼襯底部采用三點(diǎn)加固，分別為鋼襯支撐位置以及鋼襯底部中間位置。鋼襯支撐位置使用鋼板進(jìn)行加固，一邊與鋼襯橫肋焊接，另一邊與鋼襯支撐工字鋼焊接。在鋼襯底部中間位置，使用兩根Φ25 mm-2 300 mm的圓鋼進(jìn)行加固，圓鋼一側(cè)焊接在鋼襯橫肋上，一側(cè)焊接在鋼襯支撐立柱上，保證鋼襯澆筑過程中變形（鋼襯混凝土為常態(tài)混凝土，不受鋼襯澆筑過程中的上浮力）。

（2）鋼襯側(cè)面加固：利用提前預(yù)埋的基礎(chǔ)，在鋼襯側(cè)面約2 m高度的位置，使用I20a工字鋼進(jìn)行側(cè)面支撐，工字鋼一頭焊接在鋼襯橫肋上，另一頭焊接在預(yù)埋工字鋼上。在鋼襯側(cè)面約5 m的高度，使用Φ25 mm-2 300 mm圓鋼及拉緊器進(jìn)行加固，一頭焊接在鋼襯橫肋上，另一頭焊接在預(yù)埋工字鋼上。在鋼襯側(cè)面約7.5 m的高度，使用Φ25 mm-10 000 mm圓鋼及拉緊器進(jìn)行加固，一頭焊接在鋼襯橫肋上，另一頭焊接在預(yù)埋圓鋼上。鋼襯澆筑加固如圖3所示。

3.5 鋼襯安裝焊接

參加鋼襯焊縫焊接的焊工必須持有與本工程鋼襯焊材種類、焊接方法與焊接位置相適應(yīng)的焊工合格證，若持焊工合格證中斷焊接工作6個(gè)月以上者應(yīng)重新進(jìn)行考試；焊工焊接的鋼材種類、焊接方法和焊接位置等，均應(yīng)與焊工本人考試所取得的合格項(xiàng)目相符。

（1）焊接材料：手工電弧焊焊條采用XY-J507；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊絲采用XY-ER50-6。

（2）焊接設(shè)備：手工電弧焊接設(shè)備：ZX7-400逆變弧焊機(jī)；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊設(shè)備：NB-500IGBT逆變氣體保護(hù)焊機(jī)；碳弧氣刨機(jī)：ZX7-630逆變弧焊機(jī)；焊接配套設(shè)備：0.9 m3空氣壓縮機(jī)、遠(yuǎn)紅外焊條干燥箱（YCH-150）、焊條保溫筒等。

（3）焊接順序：鋼襯安裝環(huán)縫為不對(duì)稱X型坡口，鋼襯的安裝環(huán)縫及制作預(yù)留縱縫采用手工電弧焊，鋼襯縱肋及錨桿焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。焊接過程中，先進(jìn)行大坡口焊接，焊接到深度的2/3至3/4后進(jìn)行鋼襯另外一側(cè)的清根及焊接，最后進(jìn)行內(nèi)壁剩余部分焊縫焊接施工。為了減少直線工期，先焊接鋼襯底部焊縫和側(cè)面2 m以下的焊縫，焊接完成后再焊接上部和剩余焊縫。

（4）焊接熱輸入：根據(jù)焊接前的焊接工藝試驗(yàn)，確定焊接熱輸入范圍，一般控制在20～40 kJ。

（5）控制焊接變形：鋼襯安裝過程中焊縫較多，在焊接過程中容易導(dǎo)致鋼板變形，采用偶數(shù)名焊工對(duì)稱焊接，采用分段倒退的方式進(jìn)行焊接，每段焊縫焊接長(zhǎng)度控制在500 mm以內(nèi)。在焊接過程中盡量避免在同一段進(jìn)行多層多道焊接；焊接過程中選擇適當(dāng)?shù)暮附铀俣?，使焊接熱輸入控制?5～35 kJ，以降低焊接變形量，即采用小電流，加快焊槍擺動(dòng)速度，降低每道焊縫的厚度。

5 結(jié)語

楊房溝水電站大壩中孔鋼襯安裝通過采取合理分節(jié)、設(shè)置鋼支撐安裝臺(tái)架、優(yōu)化焊接順序、合理設(shè)置定位節(jié)多個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)等措施，實(shí)行流水作業(yè)，快速完成了大壩中孔鋼襯安裝，保證了施工質(zhì)量，大大節(jié)約了施工成本。單孔鋼襯施工工期原計(jì)劃45 d，采取以上措施，縮短到27 d，其中鋼襯安裝占用直線工期僅為16 d，為大壩土建施工創(chuàng)造了充裕時(shí)間。