水平牽引法拆除垂直升船機軌道鋼梁技術分析

1、<p>　　水平牽引滑移法安裝300t升船機鋼梁技術分析</p><p>　　楊聯(lián)東，張文華，張德華</p><p>　?。ㄖ袊姷谌こ叹钟邢薰?，湖北 丹江口 442701 ）</p><p>　　摘要：在施工環(huán)境復雜和起重設備受到限制的情況下，如何進行鋼結構件的高空安裝，工程通過多種方案的優(yōu)化比較，采用節(jié)間高強螺栓連接后整體水平牽引滑移的方法，

2、成功地完成了300 t垂直升船鋼梁高空安裝施工，優(yōu)化的施工方案通過專用鋼支墩拼裝平臺、鏈輪等設備的設計，解決了鋼梁現(xiàn)場拼裝焊接、水平牽引滑移等施工的關鍵技術難題，取得了技術、經濟、質量、安全的綜合最優(yōu)的效益。</p><p>　　關鍵詞：升船機鋼梁；方案優(yōu)化；高強螺栓連接；水平牽引；滑移；連接計算 </p><p>　　丹江口大壩加高工程為南水北調中線水源工程，大壩在原壩高程EL162.0

3、0 m的基礎上加高14.6 m，由于工程的特殊性，面臨許多前所未有的難題，原150 t升船機的拆除，以及新的300 t升船機安裝，均為工程難點之一，其中安裝工程的重點和難點為8根軌道鋼梁的安裝，工程面臨大型起吊設備受限、施工面狹窄、與土建交叉作業(yè)等難題，為此，在軌道鋼梁安裝施工方案的制定和選擇上，進行多思路及多方面優(yōu)化，最后采用鋼梁節(jié)間高強螺栓連接后整體水平牽引滑移的方法，成功地解決了施工難題，為類似安裝施工提供了可靠的第一手資料，也為

4、類似高空鋼結構安裝施工積累了寶貴的經驗。</p><p><b>　　1 工程概況：</b></p><p>　　300 t級垂直升船機位于丹江口大壩的3號左、3號右壩段，垂直升船機安裝難點主要是行走鋼梁的安裝，鋼梁總計8根，左右對稱各4根，鋼梁由上游依次布置為：1號鋼梁（131 t）、2號鋼梁(145 t)、3號鋼梁（51 t）、4號鋼梁（125 t），總重約1 0

5、00 t。單根鋼梁最大截面為37.5 m×4.9 m×1.7 m，鋼梁上下翼緣板厚32 mm，腹板厚22 mm，鋼梁全部架空布置在鋼梁支墩上。上游端的1號鋼梁重心距壩面中心28 m，下游端的4號鋼梁重心距壩面中心60 m，且距中間渠道地面高度約為71 m。施工面臨大型起吊設備無法利用、現(xiàn)場施工面狹小、高空及超高空作業(yè)面多等不利因素，常規(guī)安裝方法無法完成此項任務，施工面臨很大挑戰(zhàn)。詳見鋼梁分布示意圖（圖1）。</

6、p><p>　　圖1 鋼梁分布示意圖</p><p>　　Fig.1 The steel beam distribute sketch map</p><p><b>　　2方案優(yōu)選：</b></p><p>　　前期有3種可供選擇的安裝方案，分別是變輻式桅桿起重機安裝法、在支墩上安裝臨時懸臂吊施工法、架橋機施工法，但是

7、這3種方案均存在以下不足。</p><p>　?、俚跹b設備安裝影響土建施工；②吊裝設備拆除安裝時間長，施工工期長；③支墩尺寸小，吊裝受到很大制約；④需要制作安裝吊裝設備，安全隱患大、施工成本高，變輻式桅桿起重機需投入150萬元，架橋機租用也超過100萬元,且存在許多技術難題。</p><p>　　為了尋求技術先進、經濟合理的施工方案，思維方法上沖出直接吊裝禁錮，開拓安裝方法新思路，通過總結

8、上述幾種方案的不足，從技術入手，設計了鋼梁節(jié)間高強螺栓連接、整體水平牽引滑移的施工新方案，該施工法已經于2006年150 t鋼梁拆除得到實踐檢驗，獲得了第一手資料，經過詳細受力計算、可行性分析，通過300 t級垂直升船機設備采購第一次、第二次設計聯(lián)絡會上又對方案進行了細化，改進、完善后，并順利地通過了專家審核，此方案得到了一致的認可和批準。</p><p><b>　　3水平牽引滑移方案</b&g

9、t;</p><p>　　將廠內分3節(jié)制作的4號鋼梁在工地拼裝鋼平臺上架空組裝，單根鋼梁檢驗合格后，用布置在下游支墩的卷揚機牽引向下游滑移到合適位置，吊裝3號鋼梁（整體到貨），與4號鋼梁用高強螺栓連接，整體向下游水平滑移，到合適位置后，將2號鋼梁（共3節(jié)）下游一節(jié)（作為配重），然后與3號、4號鋼梁連接成整體，繼續(xù)向下游滑移，到位后2號鋼梁分解，3號、4號鋼梁在4號、6號支墩上向右面水平滑移，給后續(xù)施工讓出空間，然

10、后將2號鋼梁組裝完成，檢驗合格后向下游滑移，組裝1號鋼梁（共3節(jié)），合格后與2號鋼梁連接成整體，用布置在上游支墩的卷揚機牽引向上游水平滑移，到位后安裝1號鋼梁、2號鋼梁，接著將3號、4號鋼梁沿支墩向左面水平滑移復位，分解3號鋼梁并頂升高2.4 m，澆筑3號鋼梁底部混凝土支墩，最后將3號鋼梁降落到位。安裝調整所有鋼梁支座，拆除拼裝用鋼支墩安裝到左側，進行左面一組鋼梁安裝，施工順序相同。</p><p>　　4現(xiàn)場吊

11、裝場地布置及吊裝方案[1] [2]</p><p>　　300 t級垂直升船機軌道梁吊裝手段為壩面土建MQ600施工門機、70 t汽車吊、25 t汽車吊、臨時租用160 t汽車吊。施工道路由右岸水源路經右聯(lián)壩段進入安裝現(xiàn)場，安裝場地在3號左、3號右壩段。 </p><p>　　4.1軌道梁二次倒運及現(xiàn)場翻身</p><p>　　由于前期分節(jié)制造的軌道梁存放在右岸金結

12、拼裝場內，安裝時需要將鋼梁二次倒運到施工現(xiàn)場進行翻身、吊裝。鋼梁在拼裝場內由70 t汽車吊負責裝車，由60 t平板拖車運輸?shù)桨惭b位置，為了安全考慮，運輸時鋼梁采用臥倒平裝，到現(xiàn)場進行翻身立吊，現(xiàn)場拼裝鋼平臺底部高度為5.8 m，間距12 m,鋼梁運輸寬約5 m、高度約4.5 m可以通過，鋼梁翻身位置在9號、10號支墩之間的壩面，采用160 t汽車吊。</p><p>　　4.2軌道梁現(xiàn)場吊裝施工</p>

13、;<p>　　鋼梁起吊單件最重為51 t，尺寸為17.5 m×3 m×1.7 m和12.8 m×4.9 m×1.7 m　兩種規(guī)格，翻身后的單件鋼梁利用160 t汽車吊移到合適位置，沿上下游方向擺放，緊貼壩面鋼支墩，現(xiàn)場拼裝鋼平臺高約8 m，鋼梁吊裝用160 t汽車吊在工作半徑8 m，主臂長21.28 m時可滿足吊裝要求。</p><p><b>　　

14、5安裝施工關鍵技術</b></p><p>　　根據(jù)施工技術方案分析，水平牽引滑移施工主要存在以下關鍵技術：現(xiàn)場拼裝焊接技術；水平牽引滑移時鏈輪的選擇和布置；防傾翻及糾偏裝置的布置；牽引機構的布置；鋼梁的頂升及降落工藝；4號鋼梁左右水平滑移措施；鋼梁節(jié)間連接；懸挑實驗。</p><p>　　5.1 現(xiàn)場拼裝焊接施工技術</p><p>　　5.1.1拼裝

15、平臺的設計[3] [4] </p><p>　　現(xiàn)場拼裝平臺的設計需要遵循以下原則：具備足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性；方便現(xiàn)場吊裝施工，便于拆裝（需考慮尺寸、重量等因數(shù)）；充分考慮現(xiàn)場拼裝及焊接需要（便于布置鏈輪、支撐、千斤頂?shù)龋槐M量不阻礙壩面交通，減小對土建施工的影響。</p><p>　　根據(jù)以上原則設計了壩面鋼支墩拼裝平臺（見圖2）。平臺上部由兩根箱型梁組成，底部一端支撐在7號、8號混

16、凝土支墩上的預埋型鋼上，另一端支撐在壩面的型鋼立柱上，為了壩面交通暢通，鋼平臺底部高度5.8 m，兩立柱間距12 m，滿足鋼梁運輸及壩面交通要求，為增加平臺的穩(wěn)定性，在上游側與9號、10號支墩用型鋼加固，平臺立柱中間部位設有防傾翻支架。</p><p>　　拼裝及焊接工裝設計包括焊接腹板焊縫工裝、焊接底部焊縫工裝、焊接人員工作通道、安全欄桿等。</p><p>　　2圖 拼裝平臺立面布置

17、</p><p>　　Fig.2 Put together to pack terrace to sign noodles to arrange diagram</p><p>　　A-A剖面 B-B剖面</p><p><b>　　5.1.2拼裝工藝</b></p&g

18、t;<p>　　將單節(jié)鋼梁吊裝到平臺后，底部支墊鏈輪，利用卷揚將鋼梁水平牽引滑移到平臺下游面，然后吊裝第二節(jié)，再滑移到下游合適位置，與第一節(jié)進行初步定位調整、加固，最后將第三節(jié)鋼梁吊裝到位，與第二節(jié)進初步定位調整、加固，全部調整后，按廠內定位塊進行精調，保證整根鋼梁的相關尺寸、撓度滿足圖紙要求，進行必要的加固，拼裝基本完成。</p><p>　　5.1.3 焊接控制[5]</p>&l

19、t;p>　　工地焊接施工最重要的是過程控制，實時進行焊接監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)焊接質量以及鋼梁相關尺寸變化，以便采取相應措施。質量保證措施：①嚴格進行單根梁廠內試拼裝，作好出廠驗收工作，了解鋼梁制造情況；②現(xiàn)場安裝前對相關人員仔細進行技術交底工作；③單根梁拼裝時，現(xiàn)場嚴格按定位板和定位銷調整；④鋼梁組裝時的焊接質量控制及焊接變形監(jiān)控是整個鋼梁安裝的重點，施焊前編制合理的焊接工藝順序，選用合適的焊接材料，并進行焊接工藝評定，通過實驗確定工藝

20、參數(shù)；⑤焊接過程中及時進行監(jiān)控和測量，必要時調整焊接工藝，保證變形在合理范圍內；⑥對于一類、二類焊縫嚴格按規(guī)范進行檢查和驗收；⑦ 對于發(fā)現(xiàn)的內部缺陷,編制合理的返修工藝, 采用碳弧氣刨進行刨削，清除缺陷, 同一部位返修次數(shù)：16MnR鋼不超過兩次。</p><p>　　焊接尺寸控制主要是鋼梁整體長度、直線度及預拱度控制，由于鋼梁廠內制作拼裝時預拱度已經提前預留，現(xiàn)場焊接在此基礎上每道焊縫預留3 mm收縮變形量，每

21、根梁預留6 mm收縮變形量，鋼梁焊接完成后最終完全達到了設計尺寸和預拱度要求，具體監(jiān)控措施：①架設水準儀，監(jiān)測鋼梁預拱度變化；②架設經緯儀，監(jiān)測鋼梁直線度變化；③用皮尺測量鋼梁總長度尺寸變化；④在鋼梁腹板兩側懸掛鋼絲線，監(jiān)測鋼梁高度方向的直線度。在每到工序完成后，或焊接完成一道焊縫后，進行以上各項檢測。</p><p>　　由于工藝措施得當，施工中控制嚴格，8根鋼梁現(xiàn)場焊接完成后，均一次性驗收合格,其主要尺寸及性

22、能指標全部達到設計要求。</p><p>　　5.2 鏈輪的選擇和布置[6]</p><p>　　鋼梁水平滑移時鏈輪是主要支撐件，根據(jù)鋼梁拆除時的經驗，鏈輪進行了重新設計和選擇，鋼梁懸挑時的受力最大，選擇并排布置4個鏈輪，其余工作狀態(tài)選擇兩組鏈輪，鏈輪分兩種規(guī)格，考慮到鏈輪重量以及施工情況，在受力較大或重要部位采用大鏈輪，其余工作狀態(tài)可采用小鏈輪，大鏈輪尺寸見圖3。鏈輪在各支墩的位置根據(jù)現(xiàn)

23、場滑移進行布置，并在施工中及時調整，滿足安全滑移的需要。全部鏈輪布置高差2 mm,中心偏差3 mm，并要求與鋼梁腹板中心偏差不大于5 mm。</p><p>　　圖3 支撐鏈輪結構</p><p>　　Fig.3 Prop up a chain round knot composition</p><p>　　5.3防傾翻及糾偏裝置的布置</p>

24、<p>　　5.3.1防傾翻裝置的布置</p><p>　　鋼梁在水平滑移、頂升等工序作業(yè)時，為保證鋼梁安全，需要有防傾翻裝置，防傾翻裝置設計要遵循以下原則：具有一定的強度和剛度；現(xiàn)場安裝方便，不得阻礙鋼梁滑移位置；在鋼梁滑移時的關鍵部位布設；鋼梁頂升與降落的輔助支撐。</p><p>　　根據(jù)上面原則，在每個混凝土支墩上提前預埋鐵板凳，用型鋼焊接成三角架，支架高度3 m，約

25、為梁高的2/3，每個支墩上下游對稱布設兩件，位置基本布設在鋼梁的兩端。實際上鋼梁為箱形結構，本身具有一定的穩(wěn)定性，發(fā)生可以傾翻的可能性不大，根據(jù)鋼梁拆除時的經驗，型鋼下部的限位足以保證鋼梁的安全，當雨天或遇大風時，可用型鋼和纜風繩將鋼梁與混凝土支墩以及鋼支墩臨時固定牢靠。</p><p>　　5.3.2糾偏裝置的布置</p><p>　　①防止鋼梁滑移時的跑偏。由于現(xiàn)場施工條件的影響，鋼梁

26、在滑移時會產生跑騙現(xiàn)象，對此，必須有相應措施，把鋼梁限制在一定尺寸范圍內，讓其盡量保持在中心基準線上以減少后期調整難度，方法是在型鋼的底部靠近鋼梁底翼緣處左右各焊接一鋼板，鋼板距離底翼緣10 mm,。</p><p>　　②鋼梁的糾偏。鋼梁在滑移中多少都有跑偏，跑偏后應有糾偏措施，以利于與下節(jié)鋼梁進行連接，主要方法有:a.根據(jù)鋼梁跑偏的方向，反向調整支撐鏈輪，就可以達到糾偏的目的;b.用千斤頂調整鋼梁偏斜，此方法

27、也是兩節(jié)鋼梁連接時的主要調整手段。</p><p><b>　　5.4牽引機構布置</b></p><p>　　鋼梁水平滑移時的牽引機構，主要是由布置在上下游支墩上的5 t卷揚組成，1號、2號鋼梁向上游滑移時由布置在上游1號、2號混凝土支墩上的5 t卷揚牽引，3號、4號鋼梁向下游滑移時由布置在上游5號、6號混凝土支墩上的5 t卷揚牽引，其余鋼梁滑移時為減少鋼絲繩長度，

28、根據(jù)實際位置可將卷揚布置在7號、8號、3號、4號混凝土支墩上，局部短距離滑移也可采用10 t倒鏈進行，鋼梁塊到位時，為避免鋼梁間碰撞，宜用5 t倒鏈或千斤頂施工。</p><p>　　5.5 鋼梁頂升及降落工藝[7]</p><p>　　鋼梁在拼裝及到位安裝時都需要進行頂升和降落施工，由于在施工中存在高空及超高空作業(yè)，因此鋼梁的安全必須保證，特別是3號鋼梁需要頂升2.4 m左右，合理的頂升

29、及降落工藝是其重要保證，結合鋼梁拆除時的經驗，制定了以下施工工藝：</p><p>　　用千斤頂逐步將梁頂升，底部用鋼支架進行逐節(jié)支墊，頂升時兩端必須同時進行，保證連梁的平穩(wěn)上升，采用邊頂升邊加固，四周千斤頂要同步，每次頂升高度控制在2 cm，一個頂升循環(huán)為200 mm，為一個型鋼高度，整個梁頂升到一個循環(huán)后，將墊高的型鋼支架要與支墩上的預埋插筋焊接牢靠。</p><p>　　3號鋼梁頂升

30、到位后，用型鋼進行支撐加固，并將支撐件一同澆注。</p><p>　　5.6 4號鋼梁左右水平滑移措施[8]</p><p>　　由于鋼梁在整體滑移時混凝土支墩尺寸受限，為了給后續(xù)滑移施工讓出位置，需要將4號鋼梁沿3號、5號支墩左右水平滑移約3 m，為滑移時的安全，需要采取必要的安全措施：滑移前鏈輪支墊長度足夠；滑移時防傾翻支架安裝好；滑移時水平牽引采用兩個10 t倒鏈進行，反向采用兩個

31、5 t倒鏈進行安全保證，防止鋼梁傾翻；滑移到位后，用攬風繩及型鋼固定牢靠。</p><p><b>　　5.7鋼梁間的連接</b></p><p>　　鋼梁連接采用10.9級承壓型高強螺栓，直徑M24，構件接觸面用噴砂處理，抗滑移系數(shù)0.4，連接鋼板為16Mn，厚度30 mm，鋼梁連接分兩種：4.9 m高梁與3 m低梁連接；4.9 m高梁間連接。其中4.9 m高梁與3

32、 m低梁連接為控制重點，由于存在應力集中，為滑移懸挑時的安全，在高低梁連接處用兩根直徑159 mm無縫管做加強連接。</p><p>　　5.8懸挑試驗[9]</p><p>　　1號、2號鋼梁連接后向上游滑移、3號、4號鋼梁連接后向下游滑時，由于懸挑長度較大，為了保證鋼梁安全滑移到位，有必要在正式懸挑滑移前作一懸挑試驗，以檢驗高強螺栓連接強度，支撐鏈輪強度，牽引機構工作狀態(tài)等，保證安裝施

33、工萬無一失，鋼梁模擬最危險工況停留1 h，檢查各部位連接情況，無任何異常后，方可作正式滑移。</p><p>　　6施工關鍵點強度計算[10] [11]</p><p>　　本方案需要計算強度的部位很多，主要有拼裝鋼支墩強度及穩(wěn)定性校核、水平牽引滑移牽引力計算、懸挑時鋼梁節(jié)間高強螺栓連接強度校核、支撐鏈輪強度校核、鋼梁水平滑移時過支墩平衡力矩計算等，主要計算結果見：主要強度及安全性校核表

34、。</p><p>　　主要強度及安全性校核表 （ Main strength and pit form in the safety school ）</p><p>　　通過以上計算，主要強度計算均滿足設計要求，安全通過。</p><p><b>　　7結語</b></p><p>　　2010年11月10日，300

35、t垂直升船機軌道鋼梁安全順利安裝到位，一次性節(jié)約資金投入150萬元，避免了施工干擾，與原方案比較，縮短工期近兩個月，受到業(yè)主、設計、監(jiān)理等方面的一致好評。實踐證明，此方案新穎，安全經濟，具有很大的經濟效益和社會效益。</p><p>　　據(jù)了解，節(jié)間利用高強螺栓連接，整體水平牽引滑移進行垂直升船機行走鋼梁安裝，此方案在水利行業(yè)垂直升船機安裝上尚屬首例，具有獨創(chuàng)性。方案思路大膽、新穎，打破了常規(guī)的思維慣性，隨著我國

36、老壩的加高、加固將日益增多，大壩的機電設備升級改造工程也隨著增加，此項施工可以為同類項目在施工工藝、施工管理、技術進步等方面提供借鑒和參考，同時為工程建設大型鋼結構件的高空安裝、拆除、地面平移積累了成功的施工經驗，引導類似施工方案新思路，此方案具有創(chuàng)新性和推廣價值。</p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　宋金興 起重吊裝安全技術 （M）

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48、40105 郵編:442701</p><p>　　［基金項目］南水北調中線水源工程丹江口右岸土建施工及金結設備安裝 ZSY/JAZ（2005）002</p><p>　　項目來源：南水北調中線水源公司。</p><p>　?。蹃砀闳掌冢?010年11月25日</p><p>　　Horizontal traction sliding me

49、thod 300t ship girder installation technical analysis</p><p>　　Yang lian dong zhang wenhua ZhangDeHua </p><p>　　China water conservancy and hydropower third countries Co., LTD</p>

50、<p>　?。壅軦t start construction the environment is complicated and rise heavy the equipments be subjected to under the limiting circumstance, how carry on Gao Kong's gearing of steel structure piece, the engine

51、ering passes various projectses of excellent turn a comparison, adopt a stanza high strong stud bolt conjunction after the whole level lead slippery the method for moving, successfully completed a 300 t the perpendicular

52、ity rise a ship steel beam Gao Kong install construction, the excellent turn</p><p>　　［關鍵詞］Rise the ship machine steel beam The project is excellent to turn The high strong stud bolt links The level lea