1、2023.01建设机械技术与管理 45工程应用升船机闸大质量闸门安装技术研究与应用Research and Application on Installation Technology of Heavy Gate of Ship Lift李前国 陈超（中国一冶集团有限公司，湖北 武汉 430080）摘要：随着我国水利工程建设的发展，船闸闸门等大型、超大型构件的吊装要求快速提高，作业面情况更加复杂。本文通过研究复杂条件下升船机闸下闸首大质量工作门的安装工艺，为类似施工中遇到的困难提供解决问题的思路及经验借鉴。关键词：船闸安装技术；大质量构件吊装；升船机中图分类号：TV512 文献标识码：A1 前
2、 言随着我国水利工程建设的发展，设备、构件的大型、超大型化趋势明显，而施工作业条件却越来越复杂，一味使用特殊吊装设备往往影响工程效益。大型吊装设备的使用又受制于场地和工期等因素。我们针对升船机下闸首大门安装过程中遇到的困难，总结了以往施工的经验及教训，研究并优化了施工工艺，成功的应用于施工中，提高了施工效率，保证了作业安全，并对类似的工程问题提供实施经验。2 方案研究及应用2.1 实施背景本次实施的升船机闸下闸首工作大门门体总成质量664.283t，工作面仅 11m 宽，施工作业窗口期短，施工复杂性及难度极大。传统的施工工艺局限性较大，必将影响整体工程的工期和效益，故需进行改进。2.2 方案要
3、点研究下闸首工作大门门体由 U 型门、卧倒门两大块组成。在保证闸门使用性能的前提下，将 U 型门分成 4 大块，卧倒门不分割，其分节如表 1 所示。其中分节 1 质量、尺寸最大，故以分节 1 为特征项设计吊装工艺。各分节拟采用 PK150.6 平板车运输。平板车为 4 板 12轴，配装 5m 长拉杆。平板车可将构件运送至距吊装作业点约 80m 处的下航一路与施工道路交汇处。吊装作业面受制于检修门桥机排架柱间宽度为 11m，考虑现场吊装要求及设备其中能力后拟选用 600 750t 履带式起重机。根据履带式起重机性能参数，750t 履带式起重机使用56m主臂工况下在满足吊装能力的同时不需要行走。6
4、00t 履带式起重机则需行走约 22m。600t 履带式起重机宽10.4m，单边距仅为 30cm，且携带 235t 载荷行走，危险性较大。结合考虑作业时间、费用等，拟定选用 750t 履带式起重机。由 2 台 200t 汽车吊将分节 1 抬起并转移给 750t 履带式起重机后由其完成吊装作业，如图 1 所示。分节 2、分节 3、分节 4 及卧倒门质量及尺寸均不大于分节 1，故上述设计满足作业要求。2.3 方案验证计算2.3.1 分节 1 起重参数计算门体分节 1 需取下水封压板进行吊装，其质量为235t。翻 身 过 程 中 主 起 吊 单 点 最 大 载 荷 为 75.5t（75.5=1392
5、cos23）。翻身过程由 200t 汽车吊在将构件移交给履带式起重机后辅助进行。辅助起吊单点最大载荷为 53.5t（53.5=1072）。为保证安全抬吊翻身安全裕度拟定为 80%。履带式起重机最大载荷为94.4t（94.4=75.5 0.8），汽 车 吊 最 大 载 荷 为 66.9t（66.9=53.50.8），符合要求。构件平吊过程中主起吊单点平均载荷 为 71.3t（71.3=23542cos6.7 2cos23 1.2）。转臂时承载不均匀系序号名称尺寸/m数量重量/t1分节 1 4.727.628.912352分节 24.727.128.912153分节 3 4.726.25.4514
6、5.64分节 4 4.726.25.45145.65卧倒门 18.77.152.0157.7表 1 下闸首工作大门分节数据表注：下闸首工作大门含卧倒门支铰、卧倒门启闭油缸、卧倒门锁定液压装置、工作大门门体锁定装置、液压泵站等配件重量，门体总成质量 664.283t。图 1 设备站位示意图DOI:10.13824/ki.cmtm.2023.01.00546 建设机械技术与管理 2023.01 工程应用数取 1.2，冲击载荷系数取 1.1，单点最大载荷为 94.1t（94.1=71.31.21.1），符合要求。2.3.2 抬吊工况分析由于受作业环境限制，本方案卸车转运工作为汽车吊双机抬吊作业。为保
7、障作业安全性，对其联合作业时的受力进行分析验证并制定相关参数。汽车吊起吊时，钢索形成一等腰三角形，由吊耳间距离及钢索长度决定（本方案中为 15）。此时，对应汽车吊提供的吊力，Fa、Fb、Fa、Fb均为钢索提供的内应力（拉力），Fax、Fbx为分解的侧向力，Fag、Fbg为构件提供的向下拉力，即，Fag、Fbg的合力为构件的重力。在转运的过程中，汽车吊吊臂转动，为构件运动提供动力。在这一过程中，钢索会发生一定程度的形变。具体而言，OAB 增大，OBA 减小，O 点沿构件计划运动的方向移动至 O 处。即，OA 段将略短于 OB 段，使得OA 更接近 90 度，如此时 Fsa=Fa，那么 Fsa水平
8、方向的分解力 Fsax减小，Fsag保持不变。由于 AB 实为同一钢索，故Fsa=Fsb=Fsb。由于 OB 远离 90 度，此时 Fsb的水平方向的分解力 Fsax增大，那么 Fsag对应减小，此时无法维持吊运状态。故 Fsag+FsbgG构件，实际发生的是，钢索 AB 所受的内应力增加，其增加值由汽车吊吊臂转动速率决定。由加速度公式 F=ma 可知，构件移动速率越快，为其提供加速度的力越大。而为其提供加速度的力就是汽车吊吊力 Fsd水平分力。同样的，构件移动速率越快，吊索的水平偏移就越大，即角越大。此时要保证吊运构件的安全（即保证 Fsd的竖直分力不变），Fsd应变大。那么，Fsa及 Fs
9、b也跟随变大，即钢索 AB 内应力增加。上述各节点分析结果一致，即图中形变及受力分析过程合理。故可知，构件的运动是汽车吊吊臂旋转提供的力支撑的。在这一过程中，汽车吊吊臂最先动作，构件由于自身惯性力作用动作会发生滞后，钢索作为柔性系统，发生形变，为构件提供支撑运动的侧向力，其大小为sinFsd。又由于:G构件=m构件g=Fsgsin （1）结合加速度公式可知:a=F侧m构件=Fssin m构件=m构件gcossin m构件=g tan d（2）O 点受钢索限制，仅以几何角度，可以 2 倍三角形OAB 高 h 为长轴，以四分之一 OA 加 OB 长度为短轴，做椭圆运动。在吊装方案设计过程中，此时
10、AOB 为 15度。通过 CAD 画图并测算后可知，本方案各特征工况下 AOB 变化值均小于 0.01 度，计算时使用约数 15 度计算即可。可推知，钢索系统增加的内应力如下式所示:Fa=2 （1 cos）G构件cos2 dd （3）构件转运时，分为启动、加速、匀速、减速、停止五个典型阶段。加速、匀速、减速三个阶段均为运动阶段，其中，加速及减速阶段都应是平缓的。但加速/减速过于缓慢将导致作业时间过长。故应选择合理区间。类比冲击载荷，在Fadd增幅不大于其标称拉力的10%时较为安全，故综上所述，汽车吊吊臂工作角速度为 3.18/h，转运过程（不包含翻身等作业）计划耗时 313 分钟。2.3.3
11、吊耳板选型分节 1、分节 2 主起升吊点及翻身吊点均选用额定载荷100t 吊耳板。分节 3、分节 4 及卧倒门采用 30t 吊耳板。以100t 吊耳板为例计算验证。cj=P =1000000=150.4(MPa)d9570 （4）k=cj(R2+r2)=170.2(MPa)R2+r2 （5）100t 吊耳板主焊缝受力验算如下:=P =54.2(MPa)L （6）=1.5P =81.3(MPa)L （7）根据式（4）、式（5）、式（6）、式（7）计算结果，吊耳板结构符合 100t 额定载荷要求。2.3.4 索具选型主 吊 钢 丝 绳 选 用 6*61+FC，容 许 拉 力 1770MPa，80m
12、m，L=30m。查表得知破断拉力总和换算为载荷321t，符 合 要 求。选 用 4 根，对 折。辅 助 钢 丝 绳 选 用6*37+FC，容许拉力 1670MPa，60mm，L=30m。查表得知破断拉力总和换算为载荷 170t，符合要求。选用 2 根，对折两次。卸车时选用 SBX55 卸扣，数量 8 个。翻身卸扣分节 1、分节 2 选用 SBX120，其它分节选用 TBX110，数量 4 个。2.4 方案实施要点2.4.1 施工工艺流程技术、工器具、场地准备分节 1 运输吊装分节 2运输吊装、调整、点焊分节 3、分节 4 运输吊装液压系统安装、调试 U 型门调整、螺栓联接、焊接防腐卧倒门装配、
13、运输卧倒门吊装卧倒门调试油缸安装联门、试验。2.4.2 重难点工艺详述分节 1 出厂状态为卧倒，大止水板面朝上、充压止水面朝下。分节 2、分节 3、分节 4 及卧倒门运输时均按照上述原则。分节运输进入左 84 平台时，门体承压底座朝向山体侧（即左岸）。750t 履带式起重机作为主吊运设备，选2023.01建设机械技术与管理 47工程应用用 SDB/BW 工况，56m 主臂，28m 范围内起吊 335t，门体最大分节为分节 1，其重量为 235t，满足分节 1 起吊要求。36m 范围内起吊能力 246t，满足最远吊装距离（发生在分节 3 的安装过程中）要求。750t 履带式起重机履带总宽 10.
14、8m，检修门桥机排架柱间间隙 11m。履带式起重机首先紧靠岩体进行站位组杆。在每个排架柱面向履带式起重机方向做好鲜艳的指示标识并进行必要的防护。为保证履带式起重机正确的行走到预站位不碰触排架柱，在地面上划线，拟定行使路线。在履带式起重机行使的起步位置划定一个调整区，用于调整车体位置及行使方向，用于确保在调整完成后履带式起重机沿直线行使，以降低操作难度。在直线行使的起始区以划好的墨线为基准，外扩 5cm，间隔 1m 插入指示旗帜。同样的，以墨线为基准，沿墨线散布外扩 4cm 的白灰粉。在履带式起重机车体上布置一个位于履带前端与履带同宽，长 1.2m，左右端各一的触发杆（硬质塑料杆）。安排一个行走
15、指挥组，包括车前指挥员 1 名，车前观察员 2 名，车侧观察员 2 名，车后观察员1 名。其中，车前指挥员负责指挥履带式起重机行走。车前观察员负责观察触发杆及履带前端，预判履带式起重机是否依照计划路径行使。车侧观察员负责观察左右履带行走过程中是否破坏白灰粉层，并根据破坏的宽度为车前指挥员提供修正参考。履带式起重机操作人员按车前指挥员命令调整好位置后进行行走，行走过程中仅根据车前指挥员命令进行操作调整，但如发生触发杆触碰指示旗帜的情况则立即停车，检视状况确定安全后方可根据车前指挥员命令再次行使。履带式起重机行走至排架柱之间的预定站位后进行安全检查，图 2 分节 2 转移及翻转受力示意图确认安全后
16、进行超起配重挂载作业。完成履带式起重机的全部组装工作后，空载进行模拟吊装作业，用以确认吊臂不会与检修门桥机相关设施发生碰撞。完成准备工作后进行构件的吊装作业。首先由平板车将构件运输至下航一路与施工道路交汇处的预设地点。分节1、分节 2 由 2 台 200t 汽车吊抬吊并转移至履带式起重机作业范围。此时 750t 履带式起重机选用 SDB/BW 工况，使用 56m 主臂，28m 范围内起吊能力 335t，满足安全要求。汽车吊按照作业要求将构件逐步移交给履带式起重机后 1 台汽车吊撤场，另一台汽车吊转移至翻转辅助位置，按预设步骤辅助履带式起重机完成构件的翻转工作。分节 3、分节4 及卧倒门执行方案类似，但由于其质量远小于分节 1，故出于经济性考虑，选用 2 台 55t 汽车吊完成上述作业。此时750t 履带式起重机选用 SDB/BW 工况，使用 56m 主臂，36m 范围内起吊能力 246t，满足安全及作业距离要求。完成构件的转移及翻转作业后，由履带式起重机旋转吊臂将构件吊运至预计位置进行安装，如图 2 所示。完成下闸首工作大门门体的安装工作后，履带式起重机拆除超起配重并依照上文所述方法离