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        高空安裝施工中的大型鋼梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

        2013-09-03 10:46:02楊聯(lián)東
        水力發(fā)電 2013年10期
        關(guān)鍵詞:升船機(jī)支墩鋼梁

        楊聯(lián)東

        (中國(guó)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(diào)中線水源工程,大壩在原大壩高程162.00 m的基礎(chǔ)上加高14.6 m,該工程通航建筑物采用一級(jí)垂直升船機(jī)加一級(jí)斜面升船機(jī)方案,兩者之間通過(guò)中間渠道銜接,為亞洲最大的垂直加斜面、通過(guò)中間渠道連接的升船機(jī)。升級(jí)改造工程為國(guó)內(nèi)唯一的大型升船機(jī)改造項(xiàng)目。

        大壩由于通航的需要,150 t級(jí)升船機(jī)升級(jí)改造為300 t級(jí),改造后的升船機(jī)提升高度由45 m加大為61 m。其中垂直升船機(jī)橫跨壩體,軸線與大壩軸線相垂直,采用完全不平衡的卷?yè)P(yáng)提升式,用于克服上游與中間渠道之間的水頭落差,同時(shí)提升船只翻越壩頂。垂直升船機(jī)設(shè)備主要包括移動(dòng)式提升機(jī)、承船廂、鋼結(jié)構(gòu)軌道梁、電力拖動(dòng)、控制、檢測(cè)、供電設(shè)備等,其中150 t垂直升船機(jī)軌道梁拆除和300 t垂直升船機(jī)軌道梁的安裝,均為高空作業(yè),為工程難點(diǎn)之一。

        2 鋼梁原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及施工難度分析

        2006年對(duì)150 t升船機(jī)進(jìn)行了拆除施工,其中軌道梁采用了單根鋼梁頂升后節(jié)間焊接,整體水平牽引滑移施工方案,成功進(jìn)行了10根鋼梁的拆除施工,為后期300 t升船機(jī)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(shí),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(jié)構(gòu)及布置示意(尺寸單位:mm)

        2007年,在300 t升船機(jī)設(shè)備招標(biāo)階段設(shè)計(jì)進(jìn)行了鋼梁的初設(shè),結(jié)構(gòu)如圖1所示,鋼梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上符合規(guī)范要求,但是如果采用此結(jié)構(gòu)鋼梁,由于鋼梁為變截面梁結(jié)構(gòu),底部不在一個(gè)水平面上,滑移方案將無(wú)法實(shí)施,考慮到鋼梁高空安裝的特殊性,常規(guī)吊裝方案無(wú)法實(shí)施,有必要對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。鋼梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程如圖2所示。

        圖2 鋼梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程

        3 鋼梁結(jié)構(gòu)及施工優(yōu)化方案

        鋼梁結(jié)構(gòu)及施工優(yōu)化方案為:將廠內(nèi)分3節(jié)制作的4號(hào)鋼梁在工地拼裝鋼平臺(tái)上架空組裝,單根鋼梁檢驗(yàn)合格后,用布置在下游支墩的卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引向下游滑移到合適位置。吊裝3號(hào)鋼梁 (整體到貨),與4號(hào)鋼梁用高強(qiáng)螺栓連接,整體向下游水平滑移,到合適位置后,將2號(hào)鋼梁 (共3節(jié))下游一節(jié)作為配重與3、4號(hào)鋼梁連接成整體,繼續(xù)向下游滑移,到位后分解2號(hào)鋼梁,3、4號(hào)鋼梁在4、6號(hào)支墩上向右面水平滑移,給后續(xù)施工讓出空間,然后將2號(hào)鋼梁組裝完成,檢驗(yàn)合格后向下游滑移,組裝1號(hào)鋼梁 (共3節(jié)),合格后與2號(hào)鋼梁連接成整體,用布置在上游支墩的卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引向上游水平滑移,到位后安裝1、2號(hào)鋼梁,接著將3、4號(hào)鋼梁沿支墩向左面水平滑移復(fù)位,分解3號(hào)鋼梁并頂升高2.4 m,澆筑3號(hào)鋼梁底部混凝土支墩,最后將3號(hào)鋼梁降落到位。安裝調(diào)整所有鋼梁支座,拆除拼裝用鋼支墩安裝到左側(cè),進(jìn)行左側(cè)一組鋼梁安裝,施工順序同右側(cè)。

        優(yōu)化后的鋼梁連接及結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖3所示。

        4 鋼梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后施工方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較

        丹江口大壩加高工程300 t升船機(jī)軌道梁安裝施工結(jié)構(gòu)優(yōu)化后采用水平牽引滑移法施工,按此方案進(jìn)行施工,較常規(guī)施工方案比較,取得顯著經(jīng)濟(jì)效益,優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1、2。

        表1 優(yōu)化前施工費(fèi)用

        優(yōu)化后的施工費(fèi)用與優(yōu)化前采用桅桿吊施工費(fèi)用比較,節(jié)省資金100萬(wàn),與項(xiàng)目總投資240萬(wàn)比較,節(jié)省資金約150萬(wàn),經(jīng)濟(jì)效益顯著。而且工法施工在工期、安全等方面具有很大優(yōu)勢(shì),工程與合同方案比較,工期縮短兩個(gè)月,避免了與土建的施工干擾,取得了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量、安全的綜合最優(yōu)的效益。

        圖3 鋼梁結(jié)構(gòu)及施工優(yōu)化示意(尺寸單位:mm)

        表2 優(yōu)化后施工費(fèi)用

        5 結(jié) 論

        通過(guò)優(yōu)化的鋼梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得水平牽引滑移方案得以順利實(shí)施,2010年11月10日,300 t垂直升船機(jī)軌道鋼梁安全順利安裝到位,一次性節(jié)約資金投入150萬(wàn)元,避免了施工干擾,與原方案比較,縮短工期近兩個(gè)月,受到業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等方面的一致好評(píng)。實(shí)踐證明,此方案新穎,安全經(jīng)濟(jì),具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。據(jù)了解,節(jié)間利用高強(qiáng)螺栓連接,整體水平牽引滑移進(jìn)行垂直升船機(jī)行走鋼梁安裝,此方案在水利行業(yè)垂直升船機(jī)安裝上尚屬首例,具有獨(dú)創(chuàng)性。

        通過(guò)丹江口大壩加高工程實(shí)踐證明,施工方案優(yōu)化過(guò)程是一個(gè)全方位、動(dòng)態(tài)優(yōu)化的過(guò)程,其優(yōu)化貫穿了工程設(shè)計(jì)、制造、安裝全過(guò)程,同時(shí)施工方不是一味根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工,而是應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行合理化建議,本工程鋼梁結(jié)構(gòu)的成功優(yōu)化,是集設(shè)計(jì)、制造、施工多方面集體智慧的結(jié)晶,達(dá)到了設(shè)計(jì)、制造、施工三方面都能接受的最佳的平衡點(diǎn),是一次多家單位相互協(xié)調(diào)合作的成功范例,可以為同類項(xiàng)目在設(shè)計(jì)制造、施工工藝、施工管理、技術(shù)進(jìn)步等方面提供有益的借鑒和參考。

        [1]宋金興,起重吊裝安全技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

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        [8]GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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