王孝海，羅 剛，黃紀(jì)村，趙賀來(lái)，王 博

(1.中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，北京 100038；2.中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100024；3.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

白鶴灘水電站左岸共設(shè)3孔泄洪洞，工作閘門(mén)孔口尺寸為15 m×9.5 m，底檻高程770.00 m，設(shè)計(jì)水頭58.00 m，總水壓力為122 300 kN，因閘門(mén)寬高比較大，為保證閘門(mén)封水的可靠性，在每孔泄洪洞進(jìn)口設(shè)置1扇橫向三支臂結(jié)構(gòu)弧形工作閘門(mén)用于擋水、泄洪。單項(xiàng)弧門(mén)質(zhì)量720 t，是目前國(guó)內(nèi)最大的橫向三支臂潛孔式弧形閘門(mén)。

工作閘門(mén)曲率半徑均為19 m，支鉸安裝高程為786.31 m，支鉸型式為圓柱鉸，采用自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承，常規(guī)預(yù)壓式水封，頂止水下部設(shè)置一道轉(zhuǎn)鉸止水。閘門(mén)操作形式為動(dòng)水啟閉，為防止過(guò)流時(shí)的高速水流對(duì)流道的破壞，工作閘門(mén)門(mén)槽前采用鋼襯保護(hù)。閘門(mén)選用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，啟閉機(jī)安裝高程設(shè)在806.00 m高程，啟閉容量為2×5 000 kN，行程15.5 m。

1.2 工程特點(diǎn)

泄洪洞工作閘門(mén)屬于超大型潛孔式弧型閘門(mén)，采用的三支臂結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)大型工程中首次應(yīng)用，為保證閘門(mén)的安裝精度，測(cè)量控制是弧型閘門(mén)安裝的重點(diǎn)；工作閘門(mén)的外形尺寸大、質(zhì)量大，為保證各部件安全順利安裝就位，水平和垂直運(yùn)輸手段的選擇是弧型閘門(mén)安裝的重點(diǎn)；工作閘門(mén)具備安裝條件時(shí)，閘室頂部結(jié)構(gòu)已封頂，閘門(mén)安裝空間狹小，安裝順序的確定是閘門(mén)安裝的重點(diǎn)。

2 弧形工作閘門(mén)安裝關(guān)鍵技術(shù)

2.1 支承大梁安裝

支撐大梁安裝前，需先進(jìn)行支鉸中心點(diǎn)的測(cè)設(shè)，作為其安裝的基準(zhǔn)點(diǎn)。在閘室兩側(cè)墻對(duì)應(yīng)的支鉸中心的位置安裝兩塊150 mm×150 mm鋼板，用膨脹螺栓錨固，采用精度為1″的高精度全站儀將支鉸中心點(diǎn)位置分別投射到鋼板上，然后在兩點(diǎn)之間繃鋼絲線作為支撐大梁的檢查基準(zhǔn)線。

在閘底板完成支承大梁的整體組拼后，采用300 t汽車(chē)吊將大梁呈縱向水平起吊，當(dāng)起吊至高程超過(guò)785 m后，在水平方向旋轉(zhuǎn)90°，轉(zhuǎn)向后橫跨放置于滑行軌道上。大梁下部搭設(shè)滿堂十字盤(pán)腳手架作為施工操作平臺(tái)，利用布置在支撐大梁安裝位置的輔助吊點(diǎn)，將支承大梁拖動(dòng)滑移到安裝位置下方，采用50 t千斤頂和手拉葫蘆將大梁調(diào)整至設(shè)計(jì)安裝位置，大梁3個(gè)鉸座貼合面的平面度偏差應(yīng)不大于1 mm，調(diào)整、驗(yàn)收合格后，采用連接錨筋進(jìn)行插筋與大梁的焊接固定[1]。將鉸座螺栓安裝于大梁上，然后澆筑二期混凝土，在支鉸座兩側(cè)位置分別預(yù)埋10號(hào)工字鋼作為支鉸安裝的施工平臺(tái)基礎(chǔ)，在對(duì)應(yīng)鉸座位置正下方左、右對(duì)稱預(yù)埋2根10號(hào)工字鋼，外露80 cm，作為鉸座對(duì)位時(shí)調(diào)整基礎(chǔ)。

2.2 門(mén)葉組拼及吊裝

(1)臺(tái)車(chē)軌道鋪設(shè)。在進(jìn)水塔前對(duì)稱澆筑兩條13 m×0.8 m的混凝土支墩作為弧型閘門(mén)臺(tái)車(chē)軌道基礎(chǔ)，軌道從塔前混凝土支墩鋪設(shè)至工作門(mén)閘室，總長(zhǎng)度為58 m，相鄰中心間距為7 m，軌道下面先鋪兩層1 m寬石棉布，再鋪厚10 mm、寬60 cm的鋼板，然后軌道鋪設(shè)于鋼板之上，用壓板固定，壓板與鋼板采用定位焊加固牢靠，軌道每間隔8 m采用10號(hào)槽鋼橫向連接加固。

(2)弧門(mén)臺(tái)車(chē)組裝?；￠T(mén)臺(tái)車(chē)為自行式組裝臺(tái)車(chē)，部件分為行走機(jī)構(gòu)、臺(tái)車(chē)支撐、底梁、胎架、橫向連接桿等[2]。臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按承載整扇門(mén)葉重量設(shè)計(jì)，底梁上焊接弧門(mén)臥拼胎架，曲率半徑與門(mén)葉面板曲率半徑一致(R=19 000 mm)，其偏差需控制在<2 mm，胎架為雙腹板箱型梁結(jié)構(gòu)，腹板之間設(shè)隔板補(bǔ)強(qiáng)，臺(tái)車(chē)底梁分兩節(jié)制作，采用螺栓連接固定。

(3)門(mén)葉臥拼與焊接。采用300 t汽車(chē)吊將單節(jié)門(mén)葉依次吊裝至臺(tái)車(chē)胎架上，吊裝順序?yàn)橹虚g往兩側(cè)對(duì)稱依次吊裝。組焊時(shí)注意控制好門(mén)葉的曲率半徑和焊接變形，組焊完成后通過(guò)臺(tái)車(chē)運(yùn)輸至工作門(mén)閘室進(jìn)行安整體吊裝。

(4)整體吊裝。門(mén)葉利用布置于806 m啟閉機(jī)室油缸孔處的2臺(tái)200 t液壓提升器和布置于792.5 m的2臺(tái)200t液壓提升器配合起吊，提升過(guò)程中隨著門(mén)葉重心的轉(zhuǎn)移，臺(tái)車(chē)配合向前行駛，當(dāng)提升至垂直狀態(tài)并脫離胎架時(shí)，卸除下游側(cè)吊點(diǎn)并退出臺(tái)車(chē)，門(mén)葉最終垂直提升于工作閘室上方高程783.8 m，并利用液壓提升油缸機(jī)械夾片鎖死固定，以便于為支臂安裝讓出吊裝空間。

2.3 支鉸及下支臂組合件安裝

支臂安裝前在閘室下游左側(cè)墻處安放承插型施工安全爬梯作為閘室底部至785 m平臺(tái)的上、下安全通道。支鉸、下支臂及褲衩在支臂安裝位置下方完成組拼，并采用792.5 m高程的200 t液壓提升設(shè)備和800 m高程的100 t液壓提升設(shè)備聯(lián)合提升就位。提升到合適位置后，采用液壓提升設(shè)備與手拉葫蘆配合調(diào)整組合件高程，并在底部?jī)蓚?cè)用千斤頂調(diào)整鉸座平衡，實(shí)現(xiàn)組件與支承大梁上的預(yù)埋螺栓對(duì)位連接，然后從中心往兩端依次對(duì)稱完成螺栓的初擰和終擰。在支臂下端采用臨時(shí)支架固定，支架剛性連接于底檻鋼襯上，支鉸、下支臂組合件安裝的順序?yàn)橄葍蓚?cè)、后中間[3]。

2.4 弧門(mén)上支臂安裝

上支臂采用120 t汽車(chē)吊設(shè)備吊裝至下支臂上，底部由臨時(shí)托架固定。然后利用800 m高程的120 t液壓提升器，吊耳處連接兩段手拉葫蘆纜繩，將上支臂提升超過(guò)褲衩高度后固定，為門(mén)葉就位提供空間；利用806 m高程的200 t液壓提升器將門(mén)葉緩慢下落至臨近閘底板，在底部利用下游地錨，采用手拉葫蘆方式將門(mén)葉牽引至閉門(mén)狀態(tài)；上支臂在800 m高程的120 t液壓提升器作用下緩緩下落，上下游水平方向通過(guò)上游側(cè)782.9 m平臺(tái)處的葫蘆，以及吊裝纜繩的手拉葫蘆來(lái)實(shí)現(xiàn)位置角度的調(diào)整；當(dāng)其下落、調(diào)整至合適位置后，與褲衩對(duì)位，穿連接螺栓完成上支臂與褲衩的連接安裝，上支臂安裝順序?yàn)橄葍蓚?cè)、后中間[4]。上支臂提升及調(diào)整就位示意圖如圖1所示。

圖1 上支臂提升及調(diào)整就位示意

2.5 門(mén)葉與支臂連接

上支臂與褲衩連接后，利用806 m高程的200 t提升油缸、800 m高程的100 t提升油缸及門(mén)葉底部牽引相互配合，進(jìn)行門(mén)葉與支臂的連接微調(diào)及螺栓連接。先進(jìn)行兩側(cè)支臂與門(mén)葉連接，螺栓孔定位后進(jìn)行中間支臂與門(mén)葉連接[5- 6]。門(mén)葉與支臂全部完成連接后，再進(jìn)行螺栓的連接緊固，螺栓緊固應(yīng)先從中間支臂往兩側(cè)完成初擰，再依次完成終擰，單個(gè)法蘭連接面螺栓需從中心線往兩側(cè)對(duì)稱依次擰緊，螺栓穿入方向應(yīng)保持一致。

2.6 支臂連接桿安裝

待泄洪洞弧門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與閘門(mén)連接后，用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)將閘門(mén)開(kāi)啟一定高度，25 t汽車(chē)吊進(jìn)入閘室完成支臂連接豎桿、橫桿的安裝。

3 基于BIM技術(shù)的上支臂安裝施工模擬及碰撞檢查

閘門(mén)上支臂的安裝是一道關(guān)鍵工序，若施工方案不合理，則在上支臂下放階段，可能會(huì)出現(xiàn)液壓提升器液壓桿與上支臂發(fā)生碰撞事故，為此本文采用BIM技術(shù)對(duì)閘門(mén)上支臂安裝關(guān)鍵工序進(jìn)行施工過(guò)程模擬，并進(jìn)行了安裝過(guò)程碰撞檢查。

3.1 基于BIM技術(shù)的上支臂安裝施工模擬

上支臂安裝，按照其施工要求可分為上支臂臨時(shí)起吊、上支臂提升固定、上支臂起吊順序模擬、門(mén)葉下落、門(mén)葉牽引閉合、上支臂下放、上支臂微調(diào)、螺栓連接、上支臂安裝順序等9個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行施工模擬。

上支臂臨時(shí)起吊模擬內(nèi)容為上支臂BIM模型空間位置變化以及汽車(chē)吊牽引BIM模型空間位置及尺寸變化；上支臂提升固定模擬內(nèi)容為上支臂BIM模型的空間位置變化，液壓提升器及手拉葫蘆等BIM模型的細(xì)部空間及尺寸變化；上支臂起吊順序模擬內(nèi)容為左邊及中間上支臂BIM模型空間變化，相應(yīng)提拉設(shè)備BIM模型空間及尺寸變化；門(mén)葉下落模擬內(nèi)容為門(mén)葉BIM模型空間位置變化，液壓提升器細(xì)部BIM模型空間位置及尺寸變化；門(mén)葉牽引閉合模擬內(nèi)容為門(mén)葉BIM模型的旋轉(zhuǎn)，4個(gè)液壓提升器細(xì)部結(jié)構(gòu)BIM模型相應(yīng)的空間位置及尺寸變化；上支臂下放模擬內(nèi)容為上支臂BIM模型的空間位移，液壓提升器細(xì)部結(jié)構(gòu)BIM模型位置及尺寸的改變；螺栓連接模擬內(nèi)容為螺栓BIM模型空間位置變化；上支臂安裝順序模擬內(nèi)容為左側(cè)及中間上支臂BIM模型的安裝。

3.2 基于BIM技術(shù)的上支臂安裝碰撞檢查

(1)施工干擾分析。上支臂安裝過(guò)程中，上支臂起吊、螺栓連接等相對(duì)施工干擾小，不做BIM碰撞檢查。門(mén)葉下落后，上支臂與下支臂閉合過(guò)程中，向右牽引拉力根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況可采用792.5 m高程的200 t液壓提升器、底部液壓頂推裝置以及下游手拉葫蘆三種方案，為了驗(yàn)證三個(gè)方案的合理性，需對(duì)其過(guò)程進(jìn)行碰撞檢查，以選擇最優(yōu)的門(mén)葉牽引閉合施工方案。當(dāng)牽引措施不同，會(huì)對(duì)后續(xù)上支臂下方產(chǎn)生影響，故對(duì)上支臂下方施工進(jìn)行BIM碰撞檢查。

(2)門(mén)葉牽引閉合施工方案一狀態(tài)下上支臂下放BIM碰撞檢查。根據(jù)上述門(mén)葉牽引閉合方案一，在門(mén)葉閉合狀態(tài)下，進(jìn)行上支臂下放BIM碰撞檢查。進(jìn)行本次碰撞模擬時(shí)，設(shè)置四種工況(即對(duì)應(yīng)不同的上支臂下放狀態(tài))，具體模擬過(guò)程如圖2所示。

圖2 門(mén)葉牽引閉合施工方案一狀態(tài)下上支臂下放BIM碰撞檢查

(3)門(mén)葉牽引閉合施工方案二、三狀態(tài)下上支臂下放BIM碰撞檢查。根據(jù)上述門(mén)葉牽引閉合方案二、三，在門(mén)葉閉合狀態(tài)下，進(jìn)行上支臂下放BIM碰撞檢查，進(jìn)行本次碰撞模擬時(shí)，設(shè)置四種工況(即對(duì)應(yīng)不同的上支臂下放狀態(tài))，具體模擬過(guò)程如圖3所示。

圖3 門(mén)葉牽引閉合施工方案二、三狀態(tài)下上支臂下放BIM碰撞檢查

(4)碰撞檢查結(jié)果。門(mén)葉牽引閉合施工方案一上支臂下放工況1、工況2、工況3碰撞檢查結(jié)果為無(wú)碰撞。方案一上支臂下工況4有1處碰撞，碰撞位置如圖4所示。

圖4 門(mén)葉牽引閉合施工方案一上支臂下放工況4碰撞位置

門(mén)葉牽引閉合施工方案二、三4種工況下上支臂與下支臂組合(包括下支臂、褲衩、支絞)、門(mén)葉、上游液壓桿(806 m高程的200 t液壓提升器)間均無(wú)碰撞。

在上支臂安裝階段門(mén)葉下放后，門(mén)葉需與下支臂進(jìn)行牽引閉合，三種閉合方案為792.5 m高程200 t液壓提升器、軌道頂推裝置和下游地錨手拉葫蘆牽引，經(jīng)BIM模擬及碰撞檢查得到結(jié)果如下：792.5 m高程200 t液壓提升器方案，雖然在閘門(mén)牽引閉合階段不會(huì)產(chǎn)生碰撞，但是在后續(xù)上支臂下放階段，792.5 m高程200 t液壓提升器液壓桿與上支臂發(fā)生了碰撞；軌道頂推裝置和下游地錨手拉葫蘆牽引方案，門(mén)葉閉合及上支臂下放階段均未產(chǎn)生碰撞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，建議優(yōu)先采用下游地錨牽引方式，軌道頂推方案為備選方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)白鶴灘水電站泄洪洞弧形工作閘門(mén)安裝施工面臨的門(mén)葉構(gòu)件尺寸大、質(zhì)量大、閘門(mén)安裝空間狹小等特點(diǎn)，本文提出了如下的弧形閘門(mén)安裝施工工藝：上支臂采用120 t汽車(chē)吊設(shè)備吊裝至下支臂上，底部由臨時(shí)托架固定，利用800 m高程的120 t液壓提升器，吊耳處連接兩段手拉葫蘆纜繩，將上支臂提升超過(guò)褲衩高度后固定，為門(mén)葉就位提供空間；利用806 m高程的200 t液壓提升器將門(mén)葉緩慢下落至臨近閘底板，在底部利用下游地錨，采用手拉葫蘆方式將門(mén)葉牽引至閉門(mén)狀態(tài)；上支臂在800 m高程的120 t液壓提升器作用下緩緩下落，上下游水平方向通過(guò)上游側(cè)782.9 m平臺(tái)處的葫蘆，以及吊裝纜繩的手拉葫蘆來(lái)實(shí)現(xiàn)位置角度的調(diào)整，當(dāng)其下落、調(diào)整至合適位置后，與褲衩對(duì)位，穿連接螺栓完成上支臂與褲衩的連接安裝，上支臂安裝順序?yàn)橄葍蓚?cè)、后中間。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)本文提出的上述施工方案進(jìn)行了模擬和驗(yàn)證，結(jié)果表明本文所述方案在施工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生碰撞事故，整體施工方案合理，技術(shù)方案可行。