李海峰，張子偉，李晨陽，倪浩然，隗永燕

（國網(wǎng)北京市電力公司建設咨詢公司，北京 西城 100176）

電力淺埋暗挖隧道截面尺寸較小，無法使用大型龍門吊等設備，出土及物料進出一般采用型鋼組裝龍門架。現(xiàn)有龍門架立柱、主梁、橫撐、剪刀撐等采用焊接或焊接與螺栓相結合的方式安裝。安裝過程中，焊接接頭容易產(chǎn)生較大的焊接變形和焊接殘余應力差，從而影響接頭的承載能力、加工精度和尺寸穩(wěn)定差，同時在焊縫與配件的交界處（熱影響區(qū)）產(chǎn)生應力集中，對接頭的疲勞斷裂有較大影響。焊接接頭中容易產(chǎn)生焊接缺陷（裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透）等。這些缺陷的存在會降低焊接接頭強度、引起應力集中、損壞焊縫致密性。拆卸過程中，需要切割架體型鋼，造成鋼材截短。架體周轉利用率較低、在安拆過程中須進行動火作業(yè)，存在火災、電擊傷害等風險。

針對上述缺陷和不足，試制一種全螺栓連接的龍門架。架體通過地腳螺栓與基礎固定，各結構件及附件通過普通螺栓或高強螺栓進行連接，解決現(xiàn)有龍門架安拆過程中因動火造成的一系列安全、質(zhì)量問題。同時，螺栓連接具備安拆方便、連接可靠、周轉效率高、實用性較強等優(yōu)點。

1 總體結構設計

針對上述現(xiàn)有技術的缺陷和不足，通過螺栓連接的原理設計一種螺栓連接預制龍門架。設計依照規(guī)范、規(guī)程如下：GB 50017—2017《鋼結構設計標準》、GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》、GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范（2016 年版）》。

1.1 選材

立柱為I32a 工字鋼，橫梁為I32a 工字鋼，導梁為I36a 工字鋼。

1.2 確定龍門架尺寸

根據(jù)電力隧道施工條件及施工經(jīng)驗，總長跨度14 m，橫向跨度7 m，高度7 m 的龍門架可滿足大多數(shù)使用場景。

1.3 確定龍門架結構

龍門架共設6 根I32a 工字鋼立柱，龍門架立柱固定在鋼筋砼支墩，以支撐龍門架的自重及吊運重物時所發(fā)生的一切荷載。支墩為現(xiàn)澆C30 砼，尺寸為1.0 m × 1.0 m × 1.0 m，在基礎支墩上預埋地腳螺栓，以便龍門架工字鋼立柱與基礎支墩牢固連接。

電動葫蘆導梁（行走大梁）1 根，根據(jù)工程量大小可設為雙軌（行走大梁），為I36a 工字鋼，導向梁與立柱上橫梁牢固連接，橫梁為3 根I32a 工字鋼，立柱之間用I32a 槽鋼做成剪刀撐和橫撐，用以保證龍門架框架的整體穩(wěn)定性。

如圖1 所示，龍門架屋面及側面封板使用彩鋼板進行全封閉處理，首先在地面上使用螺栓將檁條之間連接好，隨后使用吊車吊運至龍門架預留位置，采用曲臂車配合人工使用自攻螺絲將彩鋼板固定在檁條上。檁條為40 mm × 60 mm × 3 mm 矩形管，龍門架立柱上預制鋼板檁托，檁條與檁托之間采用M12 螺栓[1]。

圖1 立體剖面圖

1.4 建模計算

使用PKPM 軟件建立模型并完成結構計算。

2 主體結構計算

2.1 結構模型概況

根據(jù)螺栓連接預制龍門架的設計結構信息，確定主體結構模型的總體信息如表1～5 所示。

表1 總信息

表2 設計信息

表3 風荷載信息

表4 地震信息

表5 節(jié)點坐標表

2.2 單工況內(nèi)力、位移云圖分析

根據(jù)實際應用情況，設定工況5 個：恒載荷、活載荷、X向地震、Y向地震和豎向地震作用，運用PKPM 軟件建立螺栓連接預制龍門架模型，并進行內(nèi)力云圖、位移云圖計算，如圖2～圖9 所示，計算結果均滿足設計規(guī)范、規(guī)程要求[2]。

圖2 恒荷載（含自重）工況軸力云圖（kN）

圖3 活荷載工況軸力云圖（kN）

圖4 X 向地震工況軸力云圖（kN）

圖5 Y 向地震工況軸力云圖（kN）

圖6 豎向地震工況軸力云圖（kN）

圖7 恒荷載（含自重）工況位移云圖（mm）

圖8 X 向地震工況位移云圖（mm）

圖9 Y 向地震工況位移云圖（mm）

2.3 多工況組合內(nèi)力云圖分析

恒載荷、活載荷、X向地震、Y向地震和豎向地震作用5 個工況，模擬現(xiàn)場施工應用場景，各工況乘以系數(shù)后兩兩或三個間相互組合，形成46 種組合模擬應用場景，再分別進行組合內(nèi)力云圖計算，結果表明模型的內(nèi)力分布情況符合規(guī)范要求[3-5]。其中，極限情況出現(xiàn)在組合9、組合10、組合31、組合32，仍能滿足規(guī)范要求，各內(nèi)力云圖如圖10～圖14 所示。

圖10 豎向地震工況位移云圖（mm）

圖11 組合9:1.2 × 重力荷載代表值效應+1.3 ×X 向地震+0.5 × 豎向地震軸力云圖（kN）

圖12 組合10:1.2 × 重力荷載代表值效應+1.3 ×X 向地震-0.5 × 豎向地震軸力云圖（kN）

圖13 組合31:1 × 重力荷載代表值效應+1.3 ×X 向地震+0.5 × 豎向地震軸力云圖（kN）

圖14 組合32:1 × 重力荷載代表值效應+1.3 ×X 向地震-0.5 × 豎向地震軸力云圖（kN）

3 龍門架的應用

目前，姜莊湖220 kV 輸變電工程（溝道）項目3#豎井龍門架已安裝完成并投入使用，現(xiàn)總結了安裝流程，具體內(nèi)容如下。

3.1 龍門架安裝整體流程

施工準備→龍門架部件安裝→連接電葫蘆檢修平臺及附屬設施→安裝擋土支撐及擋土鋼板→龍門架試運行。

3.2 龍門架部件安裝順序

安裝施工順序為：地面組裝立柱和橫梁→按照順序吊裝立柱和橫梁組合件→吊裝導軌梁→吊裝剪刀撐、連系梁。

在地面將立柱與橫梁采用M22 螺栓連接為組件，須嚴格控制橫梁與立柱軸線垂直并居中。吊裝組件至基礎位置時，將其立柱底端連接鋼板與基礎預埋地腳螺栓連接。龍門架立柱安裝過程中，如垂直度偏差不大，可通過底部增加墊塊來調(diào)整，否則須將組件放平后對立柱底端進行加工處理。

吊裝中間立柱，方法同兩端立柱。嚴格控制立柱垂直度。

門框柱安裝完畢后，安裝導軌梁。在導軌梁頂部與橫梁接觸位置預制連接板，連接板與橫梁采用M22 螺栓連接。由于導軌梁跨度大，須使用兩根（或多根）I36a 工字鋼對接而成，連接處兩側對扣20 mm厚連接板，使用螺栓連接牢固。安裝行走梁時，在安裝行走梁先提前把電葫蘆安裝到比較長的一根。導軌梁吊裝過程須平穩(wěn)，期間信號工與吊車司機須使用對講機隨時溝通，協(xié)調(diào)一致。吊裝前在導軌梁上事先進行捆綁纜風繩，用以牽引導軌梁吊運方向。

龍門架立柱上部縱向設置水平撐，水平撐采用120 mm × 120 mm × 5 mm 方鋼，剪刀撐及門框斜撐采用12a 槽鋼。水平撐、剪刀撐及門框斜撐與立柱接觸位置預制連接板，連接板與立柱采用M22 螺栓連接。

在龍門架一端設電葫蘆檢修平臺，檢修平臺外側設1.2 m 安全護欄。龍門架出土一側設置土倉，土倉骨架采用I20a 工字鋼預制而成。土倉立柱水平間距2.3 m，高度3.5 m，錨入地下深度1 m。在距地高度0.8 m、2.1 m 處設2 道橫桿，橫桿與立柱螺栓連接。橫桿內(nèi)側滿鋪10mm 厚鋼板。

在龍門架立柱外側水平預制鋼板檁托，鋼板檁托與檁條之間采用M12 螺栓進行連接。在地面上使用螺栓將檁條之間連接好，隨后使用吊車吊運至龍門架預留位置，采用曲臂車配合人工使用自攻螺絲將彩鋼板固定在檁條上，屋頂需加工成人字屋面。彩鋼板封閉密實，板面之間搭接設置。待以上工作完成后，最后做龍門架調(diào)試檢測工作。

3.3 驗收內(nèi)容

（1）金屬結構有無開焊和明顯變形；

（2）架體各節(jié)點連接螺栓是否緊固；

（3）架體的安裝精度是否符合要求；

（4）安全防護裝置是否符合要求；

（5）電氣設備及操作系統(tǒng)的可靠性；

（6）信號及通信裝置的使用效果是否良好清晰；

（7）鋼絲繩、滑輪組的固接情況；

（8）提升機與輸電線路的安全距離及防護情況；

（9）其他規(guī)定的檢驗項目；

（10）空載運行實驗；

（11）額定載荷實驗；

（12）超載25%實驗。

4 主要優(yōu)點

4.1 制造成本低

螺栓連接預制龍門架的構成件型號簡單、統(tǒng)一，制造廠便于統(tǒng)一制造模具，大幅度降低龍門架構成件制作成本，并且便于制造過程中的質(zhì)量監(jiān)督，間接提升螺栓連接預制龍門架的成品質(zhì)量。

4.2 運輸方便

改進后通過螺栓連接結構，將行走梁部位分成兩根并用螺栓連接，每段最長8 m。運輸時，選擇普通6.8 m 貨車運輸即可，可以減少運輸過程中的成本。

4.3 安、拆簡單，不損傷型材

傳統(tǒng)龍門架安、拆須要使用電氣焊，作業(yè)前須進行煩瑣的施工準備，作業(yè)過程中會產(chǎn)生廢氣影響環(huán)境，并且增加了現(xiàn)場火災、觸電等安全風險。此外，在拆除過程中，往往會損傷型材，對后續(xù)使用產(chǎn)生影響，降低龍門架型材周轉使用次數(shù)。

螺栓連接結構的龍門架可以解決上述問題。螺栓連接結構的作業(yè)前準備工作簡單，操作人工只需要板手和安全帶即可。安拆過程無動火作業(yè)，綠色環(huán)保，安全可靠。拆除后不損傷龍門架的型材，可按原設計位置重新安裝，周轉使用費用低。螺栓連接結構的龍門架安拆靈活方便、迅速，整體安、拆作業(yè)時間比傳統(tǒng)龍門架短，施工速度快，節(jié)省人力成本，大幅度縮短工期。

4.4 使用過程安全可靠

傳統(tǒng)龍門架的上下爬梯通過鋼筋焊在龍門架立柱上，改進后的螺栓連接預制龍門架選擇專業(yè)爬梯，再通過螺栓連接方式將專業(yè)爬梯與龍門架立柱連接。改進后的連接方式保證作業(yè)過程中的安全距離，使腳可以完全踩到爬梯上，避免傳統(tǒng)龍門架爬梯踏板窄往往只能腳尖著落在踏板上，保證人腳不踏空，提高上下爬梯作業(yè)人員的安全系數(shù)。

螺栓連接預制龍門架對電力線路做了專門的穿線管，且穿線管設計位置統(tǒng)一。電力線路穿線管設計合理，滿足電力安全操作規(guī)程規(guī)定，解決電力安全操作規(guī)程規(guī)定的施工現(xiàn)場臨時用電電纜線現(xiàn)場布設要求。穿線管的設計避免了作業(yè)過程中電力線路暴露在作業(yè)環(huán)境中，降低了線纜破損引發(fā)的觸電風險。

減少各類風險的同時，螺栓連接結構保證龍門架結構更穩(wěn)定。

5 結束語

目前螺栓連接龍門架已經(jīng)在電力工程實施，有效解決了現(xiàn)有龍門架運輸困難、安裝復雜問題，提高了作業(yè)效率，降低了現(xiàn)場作業(yè)風險，安裝靈活方便，安裝進度快。

后期通過采集現(xiàn)場使用過程的不足、不合理之處信息，持續(xù)改進完善。