薛炎彬，魯麗貞，王小明，苗新峰，王曉勃

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州富陽(yáng)水利建設(shè)投資有限公司，浙江 杭州 311400)

0 引言

大型金屬構(gòu)件安全運(yùn)輸及吊裝對(duì)工程整體進(jìn)度和安全都至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)閘門吊裝過(guò)程中的場(chǎng)地選擇、吊裝流程和吊點(diǎn)確定等方面進(jìn)行了相關(guān)研究[1-6]。如在黃金坪水電站溢洪道弧形門吊裝過(guò)程中，通過(guò)不斷優(yōu)化吊裝工藝，降低了施工質(zhì)量控制難度，有效縮短了工期，順利實(shí)現(xiàn)了水電站下閘蓄水目標(biāo)[1]；在白鶴灘水電站泄洪洞項(xiàng)目中，通過(guò)對(duì)安裝關(guān)鍵工序進(jìn)行高精度模擬，有效解決了泄洪洞進(jìn)口弧形閘門門葉構(gòu)件尺寸大、質(zhì)量大和閘門安裝空間狹小等施工難題，有效指導(dǎo)了工程施工等[2]。

杭州市富陽(yáng)區(qū)北支江上游船閘布置在水閘最右側(cè)，為一線單級(jí)船閘，閘室有效尺寸為40.0m(長(zhǎng)度)×16.0m(寬度)×3.6m(檻上水深)；水閘采用3孔設(shè)計(jì)，每孔凈寬60.0m，總寬225.0m；水閘檻頂高程為1.500m，正常蓄水位為5.400m。水閘與船閘均采用底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門。為保證底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門的順利吊裝和施工，以北支江上游水閘船閘閘門吊裝施工為背景，通過(guò)研究超長(zhǎng)底軸翻板閘門吊裝關(guān)鍵技術(shù)，提出1套具體高效的吊裝施工方案。

1 水閘概況

1.1 底軸

水閘翻板閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)形式，底軸材料為Q355B鋼板，外表面機(jī)加工，拐臂與底軸端面之間采用法蘭抗剪套連接成整體，跨中底軸各段之間采用焊接連接。拐臂設(shè)在底軸兩端，啟閉機(jī)通過(guò)拐臂驅(qū)動(dòng)翻板閘門，啟閉設(shè)備分別布置在閘孔兩側(cè)閘墩機(jī)房?jī)?nèi)。底軸共設(shè)10個(gè)支點(diǎn)，用以承受徑向荷載，各支鉸點(diǎn)間的不均勻沉降應(yīng)<5mm。采用耐磨自潤(rùn)滑球面支承軸承，同時(shí)軸承兩側(cè)設(shè)防水密封。底軸穿墻孔口側(cè)與機(jī)房側(cè)各設(shè)2道防水密封，機(jī)房側(cè)水封采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

翻板閘門可動(dòng)水啟閉靈活運(yùn)行，允許門頂溢流。亞運(yùn)會(huì)前閘門擋外江最高水位6.000m，亞運(yùn)會(huì)后門葉頂節(jié)拆除，閘門擋外江最高水位5.400m，同時(shí)維持內(nèi)河水位5.400m景觀水位時(shí)允許門頂溢流。頂節(jié)與閘門主體間采用螺栓連接，節(jié)間采用橡皮止水。水閘平面布置如圖1所示。

圖1 水閘平面布置

水閘底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門為3套，單套底軸總長(zhǎng)68.6m，重約322t，分為10節(jié)制造(690mm+6 740mm+10 000mm+8 000mm×4+10 000mm+6 740mm+690mm)。2件拐臂重18.369t，軸承座12件，跨中中間底軸軸承總成重12.545t，跨中閘墩側(cè)底軸軸承總成重12.545t，機(jī)房?jī)?nèi)底軸軸承總成重14.78t；2套穿墻水封結(jié)構(gòu)重6.422t。最大管徑2 010mm，最重安裝管節(jié)重65t(底軸2+兩側(cè)軸承座+穿墻水封)。水閘底軸分節(jié)如圖2所示。

圖2 水閘底軸分節(jié)

1.2 門葉

門葉單孔設(shè)計(jì)外形尺寸為59 880mm(長(zhǎng))×1 200mm(寬)×4 550mm(高)，門葉結(jié)構(gòu)由面板、帶底側(cè)止水邊梁、縱主梁、水平次梁等結(jié)構(gòu)組成，采用Q355B低合金鋼材質(zhì)整體拼裝焊接而成。門葉頂部有臨時(shí)擋板結(jié)構(gòu)與門葉結(jié)構(gòu)采用螺栓連接，亞運(yùn)會(huì)期間將閘門頂高程提升至6.000m，亞運(yùn)會(huì)后拆除頂部結(jié)構(gòu)。門葉底部通過(guò)焊接方式與底軸連接。

制造門葉時(shí)，為減少現(xiàn)場(chǎng)焊縫，提高門葉組裝效率，在滿足運(yùn)輸和安裝時(shí)拼裝、吊裝條件的情況下，將門葉分7節(jié)(2 940mm+12 000mm×4節(jié)+6 000mm+2 940mm)。分節(jié)后的單節(jié)最大外形尺寸為12 000mm×1 200mm×4 550mm，最重約為24t。門葉分節(jié)線布置及側(cè)面結(jié)構(gòu)分別如圖3，4所示。

圖3 水閘門葉分節(jié)線布置

圖4 水閘門葉側(cè)面結(jié)構(gòu)

2 船閘上、下閘首翻板閘門概況

2.1 底軸

底軸關(guān)節(jié)軸承為φ1 500自潤(rùn)滑復(fù)合關(guān)節(jié)軸承，采用中空結(jié)構(gòu)，底軸段間采用焊接連接。拐臂設(shè)在底軸兩端，門葉與底軸采用焊接連接，啟閉機(jī)通過(guò)拐臂驅(qū)動(dòng)翻板閘門。底軸共設(shè)4個(gè)支點(diǎn)，用以承受徑向荷載，支承軸承采用耐磨自潤(rùn)滑球面軸承。

翻板閘門上游設(shè)1道底水封，翻板閘門可靈活運(yùn)行，允許門頂溢流。底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門上、下閘首2套，單套底軸總長(zhǎng)度20.2m，重約64.5t，分為4節(jié)制造。1件拐臂重16.22t，軸承座5件(閘孔內(nèi)底軸軸承總成重8.347t，機(jī)房?jī)?nèi)底軸軸承總成重10.025t)，1套穿墻套管重6.5t，門體水封結(jié)構(gòu)重2.957t。最大管徑1 510mm，最重安裝管節(jié)重40t(底軸2+兩側(cè)軸承座+穿墻水封)。船閘底軸分節(jié)如圖5所示。

圖5 船閘底軸分節(jié)

2.2 門葉

船閘翻板閘門門葉結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)選用、拼裝方式基本與水閘門葉相同。設(shè)計(jì)圖紙分4節(jié)，左右?guī)н吜?節(jié)左右分縫(2 185mm×1 000mm×6 991mm各1節(jié)),中間節(jié)上、下2節(jié)分縫(11 200mm×1 000mm×3 550mm及11 200mm×1 000mm×3 441mm)。最大外形尺寸為11 200mm×1 000mm×3 441mm，最重約20t。

3 施工技術(shù)

3.1 底軸吊裝況場(chǎng)準(zhǔn)備

3.1.1水閘

根據(jù)上游水閘底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門布置總圖，翻板閘門底軸、門葉、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)均布置在水閘閘下0+010.50軸線位置處。水閘底軸單孔長(zhǎng)68.6m，直徑2 000mm，共分10節(jié)進(jìn)行安裝。底軸安裝設(shè)計(jì)底高程為-1.400m，中心高程為0.050m。上、下側(cè)分別有進(jìn)入水閘底板的施工通道，擬選用200t汽車式起重機(jī)停在外江側(cè)50cm厚C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土鋪蓋和檢修門鋼筋混凝土基礎(chǔ)處進(jìn)行吊裝，起重機(jī)停放處高程為1.500m，吊裝時(shí)視線較好。水閘上、下側(cè)分別向外延伸有20m寬、50cm厚C25鋼筋混凝土鋪蓋和護(hù)坦。

3.1.2船閘

根據(jù)土建施工進(jìn)度要求，結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，共設(shè)計(jì)2套吊裝方案。

1)方案1 首先在2020年10月20日開(kāi)始安裝上游船閘上閘首翻板閘門，船閘上閘首起重機(jī)停放在閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺(tái)上。采用160t汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊裝；2020年11月1日開(kāi)始安裝上游船閘下閘首翻板閘門，船閘下閘首起重機(jī)停放在閘右0+032.20—閘右0+019.50、閘下0+101.00—閘下0+091.15、高程7.000m閘墩封頂高程位置進(jìn)行閘門吊裝，在此吊裝則需修建1條進(jìn)場(chǎng)2號(hào)閘門至下閘首閘右閘墩的起重機(jī)、運(yùn)輸?shù)缆?，滿足60t起重機(jī)能夠直接行駛至閘墩表面吊裝位置，運(yùn)輸車輛能行使至閘墩右側(cè)。

2)方案2 首先在2020年10月20日開(kāi)始安裝上游下閘首船閘。船閘底軸、門葉設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，船閘上閘首起重機(jī)停放在閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺(tái)進(jìn)行閘門吊裝，船閘下閘首起重機(jī)停放在閘右0+009.75、閘下0+075高程-0.400m平臺(tái)進(jìn)行閘門吊裝。下閘首船閘吊裝時(shí)，同時(shí)要修建上、下閘首間河道擋墻，為避免因施工對(duì)閘門安裝及工期造成影響，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，定制船閘上、下閘首船閘吊裝運(yùn)輸路線。下閘首船閘吊裝時(shí)，混凝土澆筑至-0.400m高程時(shí)停止閘下0+046—0+069段閘左側(cè)擋墻澆筑，并處理閘左擋墻在-0.400m高程擋墻預(yù)留鋼筋，建議最長(zhǎng)預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度≥1.5m，在不出現(xiàn)硬彎的情況下，側(cè)彎預(yù)留鋼筋，盡量降低鋼筋高度，在修建場(chǎng)內(nèi)至閘右0+009.75、閘下0+075、高程-0.400m平臺(tái)的200t起重機(jī)及運(yùn)輸貨車道路時(shí)，在擋墻兩側(cè)用土或其他物品堆墊，滿足200t起重機(jī)及運(yùn)輸貨車能正常通過(guò)，方便船閘拼裝使用；上閘首安裝時(shí)，需有1條進(jìn)入閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺(tái)的起重機(jī)、貨車道路，方便上閘首船閘拼裝使用。

3.2 水閘底軸吊裝

以3號(hào)水閘底軸為例，底軸吊裝流程為：吊裝方案已編制并通過(guò)審批→根據(jù)吊裝方案進(jìn)行技術(shù)交底→現(xiàn)場(chǎng)地面、道路障礙物清除完成→根據(jù)吊裝方案起重設(shè)備、索具準(zhǔn)備完成→起重設(shè)備及索具就位→進(jìn)行技術(shù)和安全檢查→試吊→再次進(jìn)行技術(shù)和安全檢查確認(rèn)后正式起吊→設(shè)備到達(dá)安裝位置就位→起重設(shè)備摘鉤移位。

3.3 吊點(diǎn)布置

考慮到底軸直徑2 000mm，壁厚8cm，為中空結(jié)構(gòu)，因此，底軸管分節(jié)長(zhǎng)度分別采用6 740，8 000，10 000mm，應(yīng)水平吊裝底軸，采用鋼絲繩配套吊裝。

起吊時(shí)，在底軸管兩端根據(jù)底軸出場(chǎng)時(shí)標(biāo)定的吊點(diǎn)位置，采用鋼絲繩兜底起吊，確保底軸水平起吊和吊裝安全。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)際情況，兩端吊點(diǎn)具體位置向中心位移進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減小吊裝幅度以增加安全系數(shù)。吊帶與底軸管接觸部位利用棉布、橡皮或設(shè)置擋塊防滑保護(hù)，防止損傷底軸加工面。以底軸2為例，吊點(diǎn)布置如6所示。

圖6 底軸2吊點(diǎn)布置

3.4 底軸管節(jié)吊裝方案(以底軸2為例)

根據(jù)土建施工進(jìn)度要求，結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，共設(shè)計(jì)2套吊裝方案，綜合考慮經(jīng)濟(jì)及安全因素，經(jīng)過(guò)反復(fù)比選后，最終確定方案如下。

200t汽車式起重機(jī)車頭朝向上游方向且停在外江側(cè)鋪蓋和檢修門基礎(chǔ)底板上，閘室(上游向下游方向)左側(cè)，距側(cè)墻6m。下游側(cè)2只起重支腿落在檢修門底板上(底板為6.4m厚C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承載力達(dá)20.1N/mm2)，支腿中心距基坑邊架1.8m，上游側(cè)2只起重支腿落在鋪蓋上(鋪蓋為50cm厚C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承載力達(dá)16.7N/mm2)。汽車式起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心里程為0+003.5，高程為1.500m。支腿打開(kāi)，支撐點(diǎn)利用1.5m×1.5m×0.2m基礎(chǔ)板鋪墊，控制作業(yè)半徑在10m范圍內(nèi)。

底軸2由運(yùn)輸車輛運(yùn)至汽車式起重機(jī)右側(cè)，距起重機(jī)2m處斜停(底軸2保持與汽車式起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心在90°～130°)。調(diào)整好主臂高度和仰角，在空鉤時(shí)對(duì)起吊點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)方向和路徑、底軸管節(jié)安裝位置做模擬試吊，再次檢查吊裝吊距、吊高及路徑是否滿足吊裝要求。保持起重臂角度不變，固定好底軸預(yù)設(shè)吊點(diǎn)緩慢起吊，將底軸管起吊20～30cm后停止起升，檢查起重機(jī)運(yùn)行狀況正常且底軸2起高1.5m后，運(yùn)輸車輛駛離停車位置，汽車式起重機(jī)鋼絲繩旋轉(zhuǎn)吊臂或運(yùn)輸車輛駛離將底軸管卸車降至距地面50cm高度，重點(diǎn)檢查汽車式起重機(jī)支腿基礎(chǔ)，同時(shí)施工人員應(yīng)密切注意起吊全部過(guò)程，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況立即報(bào)告，所有人員必須立即停止全部作業(yè)，檢查處理危險(xiǎn)情況，排除后方可繼續(xù)工作。

汽車式起重機(jī)將底軸2下落至距地面50cm，緩慢旋轉(zhuǎn)主吊臂至基坑上方，旋轉(zhuǎn)速度≤2m/min，下放鋼絲繩、調(diào)整起重臂角度，底軸2落至距基坑基礎(chǔ)50cm高度位置。調(diào)整主臂過(guò)程中，注意觀察各支腿及地面受力情況及采取的輔助措施有無(wú)變化，嚴(yán)禁增大幅度。由安裝人員(站立位置不得在起重臂及其工作方向)使用遠(yuǎn)拉近推方式將底軸2擺正，底軸管2軸線與基礎(chǔ)軸線基本一致。勻速下落主鉤，垂放速度≤1m/min，直到底軸管落在基坑內(nèi)預(yù)埋的底軸基礎(chǔ)板上。緩慢轉(zhuǎn)移受力調(diào)整位置，確認(rèn)無(wú)誤后摘掉汽車式起重機(jī)主鉤。此時(shí)起重機(jī)停放位置高程為1.500m，里程0+003.5，閘內(nèi)底板高程為-1.400m，底軸管安裝中心高程為0.050m，底軸管里程0+010.50。

底軸2在穿越一期埋件M8墻體安裝時(shí)，起重機(jī)起吊底軸2離地30cm，調(diào)整底軸2與M8預(yù)埋管相應(yīng)軸線位置，緩慢旋轉(zhuǎn)起重機(jī)主吊臂，將機(jī)房?jī)?nèi)軸承座段穿入預(yù)留孔，同時(shí)注意觀察預(yù)留孔四周間隙情況，避免發(fā)生碰撞。即將觸碰到鋼絲繩時(shí)，將底軸降落至地面，調(diào)整鋼絲繩捆綁位置，在機(jī)房?jī)?nèi)側(cè)底軸管穿過(guò)墻體后，必要時(shí)可采用100t起重機(jī)提升底軸管輔助吊裝，保證底軸管快速安裝就位和作業(yè)安全。

3.5 底軸、門葉安裝順序

3.5.1水閘

1)底軸安裝順序?yàn)椋?號(hào)孔→3號(hào)孔→1號(hào)孔。單孔底軸拼裝順序從兩端向中間進(jìn)行，順序?yàn)椋旱纵S2→底軸3→底軸4→底軸5→底軸6→底軸7→底軸8→底軸9，底軸1，2拐臂和底軸10，9拐臂均采用法蘭孔(抗剪套)連接。

2)門葉安裝順序?yàn)椋合葘⒌讉?cè)水封及側(cè)水封橡皮墊安裝在兩側(cè)門葉結(jié)構(gòu)上，首先安裝一側(cè)定位節(jié)門葉M6(長(zhǎng)2 940mm)，后依次安裝中間節(jié)M4→M2→M1→M3(長(zhǎng)12 000mm)→M5(長(zhǎng)6 000mm)，最后組裝另一側(cè)止水節(jié)門葉M7(長(zhǎng)2 940mm)。將門葉結(jié)構(gòu)累積誤差及熱脹冷縮變化放在最后一節(jié)的單元節(jié)上，利用止水側(cè)調(diào)整量來(lái)調(diào)整，也有利于各單元門葉結(jié)合面的結(jié)合。待所有門葉結(jié)構(gòu)與底軸焊接完成后，再將弧板結(jié)構(gòu)與門葉和底軸焊接。

3.5.2船閘

1)底軸安裝順序?yàn)椋旱纵S2→底軸3→底軸4，底軸1與底軸2拐臂采用法蘭式連接。

2)門葉安裝順序?yàn)椋合葘⒌讉?cè)水封及側(cè)水封橡皮墊安裝在兩側(cè)門葉結(jié)構(gòu)上，先安裝一側(cè)定位節(jié)門葉M1(長(zhǎng)2 185mm)，依次安裝中間節(jié)M4→M3(長(zhǎng)11 200mm)，最后組裝另一側(cè)止水節(jié)門葉M2(長(zhǎng)2 185mm)。

3.6 大件吊裝工程危害辨識(shí)、評(píng)價(jià)控制措施

為保證大件設(shè)備安裝工程零事故目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)工程特點(diǎn)對(duì)施工中的危害因素進(jìn)行辨識(shí)，特制訂控制措施以保證工程順利完工，如表1所示。

表1 大件吊裝工程危害辨識(shí)、評(píng)價(jià)控制措施

4 結(jié)語(yǔ)

北支江上游水閘翻板閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)形式，底軸為φ2 000自潤(rùn)滑復(fù)合關(guān)節(jié)軸承，采用中空結(jié)構(gòu)，由Q355B鋼板卷制焊接而成，超長(zhǎng)底軸翻板閘門吊裝的施工和質(zhì)量控制難度均較大。通過(guò)采取管節(jié)分段運(yùn)輸、吊裝方案優(yōu)選等措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吊裝質(zhì)量的精準(zhǔn)控制，使工程得以順利完工，有效縮短了吊裝時(shí)間。