大型吊装系统在水利工程中的应用分析

郭　杰

(广州新珠工程监理有限公司，广州 510610)



大型吊装系统在水利工程中的应用分析

郭杰

(广州新珠工程监理有限公司，广州 510610)

摘要：对黔中水利总干渠渡槽C3标龙场渡槽的大型吊装系统进行应用分析，可得出大型吊装系统的设计满足龙场渡槽的吊装工程需要，其强度和稳定性满足要求。但水利工程中，由于起吊场地受到限制，可能需跨越峡谷，应在施工中加强缆吊系统、锚索张拉及松索、拱圈和接头混凝土浇筑等观测工作，确保施工安全和质量。

关键词：吊装系统;吊具结构；渡槽； 安全系数；主索

随着国民经济的不断发展，中国各行各业方兴未艾，尤其是石油化工、冶金和电力建设方面，为了追求更高效率和更高效益，整体吊装工程越来越普遍，对吊装技术和吊装设备的要求也越来越高。目前吊装技术普遍用于道路、桥梁、船舶等工程，但大型吊装系统在水利水电工程中的运用，并不多见。鉴于此，文章以实际水利工程为背景，对黔中水利总干渠渡槽C3标龙场渡槽的大型吊装系统进行应用分析。

1工程概况

黔中水利总干渠龙场渡槽起止桩号：总干23+207.198~总干23+547.198，总长340 m。上游接大水井隧洞、下游接明渠。为拱式渡槽，拱圈轴为悬链线，净矢高f0=40m，矢跨比1/5，主拱箱为单箱双室钢筋混凝土变截面拱箱，拱宽由12 m渐变为5.5 m，拱箱高3.5 m，主拱净跨200 m，离地面最大高度120m，目前为国内最大的单跨拱式渡槽。

龙场小河为不对称的“V”型斜向河谷，谷底宽15 m，谷底冲洪积砂卵砾石层厚2～3 m。进口岸(左岸)1 210 m高程以上地形坡度为30°左右，基岩裸露，为硬质岩构成的逆向坡，岩层倾向左岸偏下游，倾角34°，自然边坡稳定；1 210 m高程以下为陡崖，为硬质岩构成的逆向坡，自然边坡稳定，陡崖脚为县级公路。出口岸(右岸)地形坡度均匀，约40°左右，基岩裸露，为硬质岩构成的斜向坡，自然边坡稳定。地层岩性主要有：第四系(Q)：残坡积、冲洪积物，成分黏土夹碎石以及砂卵砾石层，厚0～5.7 m。白垩系(K)：块状角砾岩夹紫红色砂岩。三叠系(T)： 永宁镇组第一段第一层(T1yn1-1)灰色中至厚层状灰岩夹少量泥灰岩。夜郎组(T1y)中至厚层状灰岩夹少量泥灰岩和泥页岩。场地进口岸(左岸)陡崖脚发育K1水平溶洞，溶洞位于渡槽轴线下游10 m以外，溶洞口径约3 m，可见深约5 m，未见洞穴堆积物。区内地层岩性主要为灰色中至厚层状灰岩夹少量泥灰岩和泥页岩，地下水类型为岩溶管道水、岩溶裂隙水、基岩裂隙水等，含水量中等至强[1]。

2主缆索系统设计

主吊装系统主跨径550 m，出口岸平衡索锚碇位于主索锚碇前方120 m，平衡锚索及反置主索角度θ=28.3゜，单套系统主索采用12Φ62钢芯钢丝绳，在出口岸吊塔顶部，4根主索过索鞍轮后2根锚固于锚碇，2根转向后反置于吊塔顶部。4台15t慢速滚筒卷扬机(角速度恒定)用于起吊，4台20 t慢速滚筒卷扬机(角速度恒定)用作牵引。通过计算主索的最大垂度、最大张力；起重索最大拉力、牵引索最大牵引力，可得单套缆索吊机设计参数及计算结果如表1所示，其安全系数满足规范要求[2]。

表1　单套缆索吊机设计参数及计算结果

3吊具设计

拱肋吊装系统吊具包括缆索跑车、起吊滑车组、吊点分配梁、吊点等结构。全桥布设2组主索，每组上设置两套吊具。吊具数量、规格汇总见表2。

表2　吊具数量、规格汇总表

3.1　缆索跑车设计

跑车结构设计示意图如图1所示：

图1　行走天车及上吊具结构示意图

主要技术指标：承重主索12Φ62 mm；起吊索Φ32 mm；牵引索Φ32 mm。跑车轮、牵引轮及起重轮直径均为600 mm；轴承均采用柱式滚动轴承。 单个跑车承受的竖向力T=750 kN，设计按1 000 kN取值。各部位应力安全系数K≥2.0。

3.2　起吊滑车组设计

起吊滑车结构设计示意图如图2~3所示：

图2　 下吊具结构示意图

技术指标：起吊绳走线数10线。起吊绳直径Φ32 mm。滑车组直径为600 mm。滑车组滑轮内均采用柱式滚动轴承。滑车组承受的竖向力为750 kN，设计按1 000 kN取值。各部位应力安全系数K≥2.0。

3.3　扁担梁设计

扁担梁采用钢管桁架结构，主管采用Φ325×20 mm，平联及斜撑采用Φ219×10 mm钢管。经过计算扁担梁应力分布如图4所示，可知杆件最大组合应力为135 MPa，小于200 MPa，满足要求。

4吊塔系统设计

吊塔结构设计图如图5所示。出口岸吊塔立于山顶，吊塔与基础的连接形式为固结。吊塔基础采用桩基混凝土承台，吊塔材料采用钢管桁架焊接而成。吊塔高度只有4.5m，刚度很大，无需设置横向抗风索。吊塔平衡索用于平衡主索的水平拉力，在钢管桁架上设置与主索相对应的主索平衡锚索，上下游各设置12束8Φ15.24钢绞线平衡索，空载工况下其初张力为：4 800 kN。通过计算吊塔强度和稳定性满足要求。

图4　扁担梁应力分布图

5扣塔系统设计

扣塔结构设计图如图7所示。两岸扣塔均立于交界墩顶部，与墩顶预埋铁板固结。吊塔材料采用钢管桁架焊接而成，高度27m，立柱钢管采用Φ630×20 mm厚钢管，垫梁采用I36型钢组合箱型截面，张拉锚梁采用I50型钢组合截面，其他连结杆件采用槽20箱型截面，所有型钢均采用Q345b材质。扣塔顶部横向布置各布置2组3Φ15.24钢绞线横向缆风，当扣塔产生水平偏位时，张拉钢绞线，控制扣塔水平偏位在10 mm之内。扣塔纵桥向不设置专门的缆风，扣塔纵桥向的偏位通过张拉扣、锚索来实现。通过计算吊塔稳定性强度和稳定性满足要求。

图6　扣塔结构示意图

6主索锚固系统设计

6.1　地质条件

进口岸主索锚碇位于标高为1444的山腰上，地质情况好，岩石裸露，基本为弱风化石灰岩。出口岸吊塔基础位于山顶，岩石裸露，基本为强风化石灰岩。出口岸主索平衡锚索锚碇位于山脚，岩石被浅层土体覆盖，基本为弱风化石灰岩。

6.2　基础类型及锚固方式

1)主索地锚基础型式

根据地锚所在地质情况，进口岸采用山体锚索锚碇，锚索孔深33米。出口岸吊塔基础采用桩式承台基础，桩径1.2 m，桩长8 m，承台尺寸6.5 m×5 m×1 m(厚)。出口岸平衡索锚碇采用桩式承台锚碇，桩径2 m，桩深6 m，承台高度3 m，长8 m，宽6 m。

2)主索索股锚固方式

进口岸主索锚固于与山体锚索锚固的锚梁上。出口岸主索捆于吊塔横梁上，平衡锚索亦锚固于横梁上，与主索一一对应。出口岸平衡锚索与锚碇的连接方式为预埋的形式，直接浇筑锚固在混凝土基础中。

7主拱肋抗风索的设计及布置

本桥拱箱为整箱安装，其横向稳定性好，永久抗风索半拱设置两道，共4道，采用2Φ32钢丝绳；节段安装就位时，每节段设置1对临时调位风缆，采用2Φ21.5钢丝绳，就位后，安装下一节段时，将上一节段的临时调位风缆前移。

7.1　全桥拱肋抗风索系统布置

永久抗风索系统布置见图7。

图7　永久抗风索系统布置图

7.2　抗风索的选用与设置

抗风索用Φ32(6×37+1)的钢丝绳。固定端钢丝绳与拱肋捆绑连接，收放端钢丝绳捆绑在抗风地锚上，通过倒链收放进行调整。收放端先用卷扬机牵引，使抗风索产生一定的初张力，以克服钢丝绳的部分延伸量。抗风索初张力单根Φ32钢丝绳为10 t，抗风索破断拉力安全系数>3。进口岸、出口岸左右两侧各布置1个抗风地锚。抗风索地锚采用锚杆锚碇，单个锚碇在基岩上打入Φ25锚杆16根，锚杆深度1.8m，外露浇筑C30混凝土桩头，单个锚碇抗水平力设计为80 t，抗风索直接困于桩头上。

8结语

黔中水利总干渠龙场渡槽目前为国内最大的单跨拱式渡槽，其吊装工艺采用无支架缆索吊装和斜拉扣挂，操作难度大，技术、安全措施要求高。然而通过对吊装系统的设计计算，各项技术参数的安全系数满足要求，其强度和稳定性满足工程实际需要，已实现大型吊装系统在水利工程中的运用。但由于水利工程中，起吊场地受到限制，拉各种风缆时地形险要，需跨越峡谷，可能造成施工比较困难的情况，而缆吊系统、锚索张拉及松索、拱圈和接头混凝土浇筑是吊装系统成功运行的关键，因此施工中应认真细致，加强观测，确保施工安全和质量。

参考文献：

[1]王欣,高顺德.大型吊装技术与吊装用起重设备发展趋势[J]，石油化工建设,2005,27(01):58-60.

[2]都昌林，马学峰，龚志刚.大跨径无支架缆索吊吊装系统设计与施工[J].公路交通科技，2004，21(09):74-77.

Application of Large Hoisting System in Water Conservancy Project

GUO Jie

(Guangzhou Xinzhu Engineering Supervision Ltd.，Guangzhou 510610，China)

Abstract：By analyzing the large hoisting system of C3 Longchang aqueduct located in Qianzhong hydrological main canal in the paper，it is concluded that the design of large hoisting system can meet the demands of hoisting projec6ts and its strength and stability is capable to meet the demands.Limited by the lifting field of hydraulic project，possible to cross the canyon，the cable suspension system,cable tension，arch and joint concrete pouring should be strengthened in the construction so as to ensure the safety and quality of the construction.

Key words：hoisting system；structure of suspension machine；aqueduct；safety coefficient；main cable

[作者简介]郭杰(1982-)，男，湖北孝感人，工程师，从事工程监理工作。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：TV53

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)08-0009-04