白莲河水电站上水库启闭机卷筒吊装技术

摘 要:受特殊的地形条件影响,白莲河抽水蓄能电站金属结构设备安装的最大难点为如何克服现场作业场地狭窄及安装高度大的困难,将位于上库进(出)水口塔体平台以上20m的事故闸门卷扬式启闭机卷筒吊装就位。施工单位通过发挥汽车吊的极限性能,快速、经济的完成了吊装任务。

关键词:启闭机卷筒 汽车吊极限性能 吊装

中图分类号: TU74 文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-012-02

1概述

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县境内,电站枢纽建筑物由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站及中控楼副厂房等建筑物组成。在整个电站的金属结构设备安装任务中,其安装难度最大的就是电站上水库启闭机的吊装。

电站上水库设有两个进出水口,每个进出水口分别设有一道检修闸门和一道事故闸门,检修闸门和事故闸门的启闭都分别通过位于闸门上方的1600KN和4000KN固定卷扬式启闭机进行启闭。闸门底坎高程271.00m,闸墩塔体平台高程312.20m,启闭机操作平台高程332.20m。两个塔体平台之间有通道相连,但塔体平台与外部山体及公路之间仅有一座公路桥相连,形同一座孤岛。

由于塔体平台平面尺寸较小,且平台上分布有闸门室孔洞和启闭机平台立柱,所以,启闭机的安装难点关键在于如何克服现场作业场地狭窄及安装高度大的困难进行吊装施工。

2吊装方案比较与选择

2.1设备情况简介

4000KN事故闸门固定卷扬式启闭机设备主要包括机架、卷筒、减速器、电动机、平衡滑轮组、制动器、电气设备钢丝绳和吊具等部件,其中最大单件重量为卷筒。启闭机卷筒单重23t,外形尺寸为2700mm,L=4500mm,其余为10t以下部件,整机重量达103.7t。检修闸门1600KN固定卷扬式启闭机结构与4000KN固定卷扬式启闭机结构类似,最大单件卷筒重10t。

2.2现场运输道路及吊装手段简介

塔体平台和上库进(出)水口上塔公路间有一座交通桥相连,桥面总宽仅5.7m(含护栏),塔体下游处通道宽度5.7m(含护栏),能满足运输车辆通行,但无法满足移动式起吊设备伸展站位和作业场地的要求。现场距离闸门和启闭机吊装就位点约30m的距离布设有一台土建浇筑施工用途的20t塔吊。启闭机安装就位点在该塔机11.5t额定起重量范围内,该塔机可以满足两台1600KN固定式卷扬启闭机部件吊装的需要;但不能满足4000KN固定卷扬式启闭机卷筒卸车吊装需要。所以,本文仅介绍4000KN固定卷扬式启闭机卷筒的吊装。

2.3吊装难点分析

4000KN固定卷扬式启闭机即使采用分解吊装,其最大部件卷筒仍旧重达23t,要把它吊装至距离塔体平台高度20m的启闭机作业平台上,现场需要满足100吨汽车吊定位和作业的工作平台。100t汽车吊支腿全伸展的情况下的定位尺寸为6.0m. 0m (长*宽),而现场所能提供汽车吊的最大定位场地尺寸为5.7m4.0m,在宽度方向无法满足吊车全伸腿的场地需要。而且,启闭机工作平台向吊车定位的宽度方向延伸出1.2m,更进一步的压缩了吊车的回转空间,使得吊车只能尽量向塔体平台的下游一侧停靠,才有可能避免吊车主臂与启闭机操作平台的碰撞。

2.4吊装方案制定

吊装难点在工程投标阶段已发现。当时初步考虑的解决办法是在每个塔体下游侧各回填一块13m5m的吊车作业平台,然后在作业平台上停靠100t汽车吊进行启闭机的卸车和吊装。该方案从理论上讲可行,但在实际施工过程中,由于现场施工条件的变化,特别是在土建施工工期严重滞后的情况下,要保证设备安装按期实现,留给施工工期非常紧张,没有时间进行吊车作业平台的回填。并且从经济角度考虑,要达到回填平台效果(回填深度约25m),需要挖填约30000立方土石料,影响施工工期。

为解决以上施工难题,对现场条件进行了反复的分析和测算。针对难点分析,结合现场的实际情况,提出了将100t汽车吊停靠到现有的塔体平台上,在支腿不全部伸出的情况下,利用汽车吊的极限机械性能,直接在塔体平台上进行卷筒的卸车和吊装的施工方案。

3吊装难题的解决

对于采用100t汽车吊停靠在塔体平台上直接进行卷筒的吊装,有以下几个难题需要解决:

一是要解决上塔体公路桥及塔体平台的承载问题;

二是要解决汽车吊回转过程中臂架与启闭机平台的碰撞问题;

三是解决汽车吊支腿不全伸情况下进行吊装的稳定性问题。

对于第一个难题中的桥梁承载力问题,在招标设计中,只明确了该桥梁能满足50t汽车吊的通行能力,对于是否能满足100t汽车吊的通行,设计图纸没有明确。为此,与设计人员进行了反复沟通,并提供了详细的汽车吊轮压分布图后,设计人员经过测算,终于答复该桥梁可以承受100t汽车吊的通行轮压。六轴式100t汽车吊轮压分布如下表所示:

对于塔体平台的承载问题,由于汽车吊在平台上进行吊装作业时,支腿不能全伸,必然造成四个支腿中的部份支腿集中受力。经测算,汽车吊在正后方进行卷筒卸车工况下,不能全伸的下游侧后支腿集中受力达40t,由于塔体平台也是悬臂结构,平台悬臂伸出实心塔体近1m,在悬出平台的某一点集中承受40t的轮压,设计答复是不可承受。经过观察,在桥梁和塔体平台的接合处,有一个混凝土浇注的牛腿,该牛腿作为桥梁和悬臂平台的共同受力点,结构较为牢固可靠,向平台方向延伸段的长度和面积也足够吊车的一个支腿定位。为此,我们向设计人员进行了求证,设计人员答复该牛腿可以额外承受100t左右的压力。至此,我们就解决了塔体平台的承载问题。塔体平台结构及汽车吊定位位置如图1所示:

图1塔体平台结构及汽车吊定位图

如何避免汽车吊臂架在回转过程中与启闭机平台的碰撞问题,只有将汽车吊尽量向塔体平台下游侧停靠和尽量增大汽车吊臂架的仰角来实现。通过在电脑上依据现场条件和吊车性能及外形尺寸进行反复的模拟,终于发现:100吨汽车吊下游侧后支腿仅伸出300mm,同时将汽车吊主臂仰角收到最大的78.8?的情况下,汽车吊能够实现从正后方(卸车位)向正上游侧方向(卷筒吊装就位方向)的回转,并能够保证汽车吊臂架在回转过程中,在启闭机平台高度位置距离平台端横向有200mm的间隙,以便为臂架负重时预留一定外伸绕度空间。对于汽车吊在支腿不全伸的情况下进行吊装的稳定性问题,由于吊车的作业工况是下游侧支腿不全伸(仅伸出300mm),吊车正后方卸车将卷筒吊起,然后向吊车的上游侧回转至与流平行方向时进行落钩将卷筒吊装就位。吊车在作业过程中最容易发生失稳的工况有以下几种,首先是吊车就位后伸出主臂时不能向吊车下游侧回转,否则由于吊车臂架自重产生倾覆力矩导致吊车失去平衡而倾覆。其次是吊车在进行卸车时,运输车辆应尽可能停靠在吊车后的上游侧,以保证卸车起钩时吊车重心不向下游侧转移,避免倾覆。第三是吊车在将卷筒吊装就位后松钩时不能过快,否则容易造成臂架突然失去载荷而产生向上的弹力而使吊车产生晃动。最后,也有可能吊车失稳的原因则来自吊车操作人员的误操作,由于操作设备进行临边作业(下游侧为深度达25m以上的悬崖)所产生的恐惧感容易使人做出错误的操作。为确保吊装万无一失,在现场施工前夕,在设备存放场地里进行了实物吊装模拟试验。试验时,我们将吊车下游侧后腿的伸出长度定为200mm(小于实施方案中的300mm)。在整个试验过程中,吊车没有出现任何失稳现象。试验证明,方案是可行的,而且也稳定了吊车操作人员的情绪,为现场实施吊装提供了有力保障。具体卷筒吊装施工情形如图2所示:

图2卷筒吊装施工图

4实施效果

按照以上分析,由于制定了详细的施工方案,仅仅使用了100t汽车吊一个台班,就完成了两台4000KN固定卷扬式启闭机卷筒及其他附件的吊装。卷筒吊装就位时,吊车工况如下:徐工产OY100 t,臂长为33.9m,夹角78.8 （最大夹角），幅.0m,额定起重量31.0t,实际起重量25.1t(含附件和索具)。经实际观测,汽车吊在吊装幅度,及吊装臂长的负重工作条件下,在距离塔体平台20m高度接近启闭机工作平台边缘处,起重臂架外伸横向绕度约120mm(小于我们预留的200mm绕度)。

5结束语

通过采用分析制定的方案,不仅缩短了施工工期,减少了为吊车作业平台专门进行土石方回填约30000方的工程量,也为我们项目部节约了施工措施费约20万元,同时也为我们积累了如何利用汽车吊的极限性能进行吊装的经验。

参考文献:

[1]《湖北白莲河抽水蓄能电站金属结构安装工程投标文件》.

[2]《夹江水工厂固定卷扬式启闭机技术说明书 》.