大跨度薄壁吊顶与多桥机运行施工技术应用

时间：2024-07-28

杜安朋，韩宝栓

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 概述

杨房沟水电站是雅砻江中游河段一库七级开发的第六级，工程规模为Ⅰ等大(1)型的国内首个百万千瓦级EPC水电站。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155.00m，引水发电系统布置在河道左岸，地下厂房采用首部开发方式，电站总装机容量1500MW，安装4台375MW的混流式水轮发电机组。

厂房吊顶布置在(厂右)0+170.50m～(厂左)0+31.50m桩号范围，总长202.00m，分为三种吊顶结构形式。吊顶由拱梁和压型钢板构成，拱梁共计60榀，断面尺寸为45cm×55cm(宽×高)，拱梁半径27.10m，吊顶横断面弧形长度30.6796m。单榀拱梁分为三段进行拼装，分别由两组分段一和一组分段二组成，分段一长9.7792m，分段二长11.1213m，单榀拼装拱梁最大重量1.848t。拱梁主要由∠100×10mm热轧角钢、钢筋、3cm厚钢板、镀锌轧制薄钢板、钢条、扁钢、1cm厚钢板等焊接组成。拱梁上部设置吊顶镀锌压型钢模(厚δ=1.5mm)，钢模上部设置有暖通预留孔、检修预留孔，暖通预留孔50个,检修预留孔2个。拱梁及压型钢板均浇筑C30混凝土，压型钢板顶部混凝土厚12cm。结合现场布置特点在厂房岩锚梁轨道上部布置一台吊顶桁车作为施工操作平台。

2 吊顶桁车设计参数

桁车主要由吊顶操作平台、移动平台、垂直运输设备、行走机电系统和台车防护结构组成。

(1)吊顶操作平台：桁车施工平台设置在移动平台上部，与主厂房桥机使用同一轨道，并利用行走施工平台行走系统进行行走。平台设计承受最大荷载为7.0t(不考虑平台自重)，平台沿厂房纵轴线方向宽度为4.0m，平台为电动自行式。吊顶平台顶部距离吊顶中线最高点为8.6m(平台高程为2014.60m)，主要用于拱梁安装、压型钢板安装，并作为施工材料的转运平台。

(2)垂直运输设备布置：从安装场副厂房2015.35m高程采用葫芦将施工材料吊装至施工平台顶面。

(3)行走系统采用两套主动机构，分别布置于上下游侧。电气系统主要对行走电机进行控制。

(4)台车防护结构：下部平台上局部铺设15mm厚大芯板，避免上部施工时物体坠落及焊接气割时产生的火花掉落至厂房下部施工工作面。大芯板与主桁架之间连接牢固且不留缝隙。施工平台四周设置高1.20m的可拆卸式钢护栏，平台底部周边安装150mm高踢脚板。另外，防护栏四周和人行爬梯底部采用密网封闭，人行爬梯设置扶手，桁车两端之间设置尼龙安全网进行封闭。

图1 主厂房吊顶桁车示意

3 桁车安装

桁车安装时采用25t汽车吊+顶拱锚杆进行吊装，根据安装程序将台车材料分批运至安装施工工作面。安装顺序如下：

第一步：将移动平台和行走机电系统先行在厂房安装场底板拼装完成，并对连接部位检查、验收合格后，采用25t汽车吊将移动平台吊至岩壁梁轨道，吊装完成后采用夹轨器将移动平台固定，然后在移动平台顶部铺设15mm厚大芯板。

第二步：将吊顶操作平台骨架先行在安装场底板拼装完成，并对连接部位检查、验收合格后，采用25t汽车吊将操作平台骨架吊至移动平台。操作平台与移动平台之间采用螺栓连接牢固，连接牢固后再进行操作平台顶部封闭和两侧楼梯踏步安装的施工。

第三步：桁车操作平台四周设置高1.20m的可拆卸式钢护栏，平台底部周边安装150mm高踢脚板。另外，防护栏四周和人行爬梯底部采用密目网封闭，人行爬梯设置扶手，桁车两端之间设置尼龙安全网进行封闭。

第四步：桁车防护施工完成后，对操作平台施工用电及照明等进行完善。

4 吊顶施工

4.1 桁车行走、就位

在桁车验收合格后，启动桁车以正常额定速度行走至指定位置。桁车就位后进行夹轨器的安装，防止桁车滑动。桁车固定后施工人员方可进入桁车操作平台进行施工。建立日协调会制度，桁车在行走前与厂房永久的3台桥机做好协调工作。

4.2 分段制作拱梁

第一步：在通风兼安全洞部位设置拱梁临时加工场地，根据设计图纸在场地内按照拱梁1∶1的比例进行整体放样。

第二步：将在加工场地压制好的每段拱梁U型槽放入1∶1放样的组装件内，整体拼装成两侧单段8节折线圆弧拱梁以及中间单段9节的折线圆弧拱梁。中间拱梁端板在加工场地焊接完成，为了使两段的连接板摩擦面能达到安装规范要求，安装吊顶时在现场组装完成，达到整体圆弧设计要求后焊接。

第三步：因拱梁整体圆弧是由25节L=1.25m的钢板加工折弯组成的折线圆弧，∠100×10mm的角钢同样随单节L=1.25m的U型槽形成单根L=2.5m的折线拱，角钢形成拱形后对切口部位进行焊接，再将钢筋支撑及斜支撑按照图纸要求组装焊接到位，在两端端头预留5cm～8cm调节余量与埋件板配割。钢拱梁制作、预拼装完毕后，由质量部组织相关单位对完工质量进行检查验收，验收合格后方可吊运至现场进行组装施工。

4.3 测量放线

测量人员建立厂房吊顶施工测量控制网，并定期进行复核检查。根据设计蓝图及施工措施，准确放出桩号、高程、预埋件安装位置等，并用红油漆在相应部位准确标识。

4.4 吊顶拉杆施工

由于吊顶施工均为高空作业，模板、钢筋安装定位十分困难，厂房吊顶φ32拉杆是吊顶混凝土施工除拱梁和镀锌压型钢模板外最主要的支撑体系，是钢筋和模板安装的重要支撑点，对拱梁及压型钢板的安装和运行安全起着重要作用。

在施工平台行走到位后，首先须进行拱梁相对应的顶拱外露锚杆的纠偏和校正处理。考虑到顶拱超挖及喷混凝土因素，吊顶锚杆外露长可能不足，应对这些锚杆加焊等直径的钢筋，以满足镀锌拉杆的安装需要。加焊钢筋的长度根据现场具体情况确定。加焊钢筋采用双面焊接，焊缝长度为5d，焊接须满足相关规范要求。

吊顶拉杆加长施工完成后，进行钢筋焊接，钢筋型号为φ32螺纹钢筋，拉杆下部10cm范围内细螺纹用螺母连接，拉杆至少露出螺母2cm。拉杆及其埋件安装完毕后，对外露锚杆、埋件及接头部位均应进行防腐、防锈处理。拱梁拆除后将拉杆伸出拱梁以外部分采用砂轮进行割除，并修复预留孔部位压型板。

4.5 吊顶拱梁施工

厂房吊顶拱梁主要由4.0mm厚镀锌轧制薄钢板和∠100×10mm角钢焊接而成，在拱梁内侧焊接φ12@15cm箍筋和φ20、L=630mm腹杆，保证拱梁的整体稳定性。单榀拱梁净重5.10t，由两组分段一和一组分段二组成。在10根吊顶锚杆相对应的拱梁顶部焊接两根φ32螺纹钢筋，使吊顶锚杆自由穿过两根钢筋之间，将拉杆车丝部分穿至钢筋以下，然后安装30mm×110mm×110mm垫板。垫板安装完成后，采用M30螺母拧紧，并保证车丝外露长度不小于2cm。

拱梁定型钢模板分榀由通风兼安全洞运至安装场副厂房，再采用葫芦将拱梁模板及镀锌楼承板吊装至桁车操作平台。槽型定型钢模板安装由低至高，由上、下游往正顶拱方向逐块进行安装。安装前先采用人工在吊顶锚杆上安装电动葫芦，采用3t的电动葫芦将定型模板吊至设计高程进行连接和对位。

压型钢板堆放场地应基本平整，堆叠不宜过高，以每堆不超过40张为宜。压型钢板运至现场，需妥善保护，不得有任何损害与污染，特别是油污。压型钢板铺设时应该从拱梁中部向上下游两侧逐步铺设,应做到“铺设一块，固定一块”，严禁采用“批量铺设，批量固定”的施工方式。

4.6 镀锌压型钢板施工

吊顶结构肋板底部采用YX65-170-510镀锌压型钢板(Q235-B)(厚δ=1.5mm)作为拱梁下部装饰模板使用。

4.6.1 镀锌压型钢模板的铺设

镀锌压型钢模板吊装前，应做好吊前包装、吊具等的检查工作。吊装应现场试吊，选择正确的吊点，防止压型钢板弯曲。拱梁外包钢模板兼作其永久装饰，模板切割必须保证分块均匀、拼接整齐、拼接缝紧密。同时为了施工方便，应该先焊接好拱梁外包钢模板后再吊装、拼装拱梁，吊装、拼装过程中应保护好外包钢模板，避免受到损伤。

对下部拱梁的定位进行检查、验收，降低其安装误差，严格按施工图纸要求定出安装控制线。压型钢板吊装需配专用吊具，防止压型钢板挤压变形。在拱梁安装前应先完成吊顶支撑柱上的钢支托安装。铺板时，以每块板长为一个安装单位，边铺设边定位。为防止拱梁制作及安装过程中产生较大变形，须沿拱梁轴线方向每隔2m焊接剪刀撑，剪刀撑采用φ32钢筋，沿横截面布置。拱梁各段螺栓连接后，应及时进行连接钢板间焊接，进行拱梁和吊顶拉杆的连接，在此期间应该避免拱梁承受较大的荷载，防止其失稳。压型钢板公、母肋扣合处，应扣合紧密，按厂家要求连接或采用铆钉固定，固定间距不宜大于300mm。

4.6.2 安装注意事项

施焊前焊工应复查焊件接头质量和焊区的处理情况，当不符合要求时，应进行修整合格后方可施焊。现场施焊的焊工必须具备相应的技术资格证书，并必须经过试焊。焊接时，焊工应遵守焊接工艺，不得自由施焊，在焊道外的压型钢板上移动焊钳和电缆时，注意避免放电损坏压型钢板。高空焊接应注意安全防护。安装完毕后的压型钢板，禁止堆放重物、杂物，防止屋面板受压变形、被污染。

4.7 钢筋制作安装

由于吊顶混凝土为轻型薄板梁结构，板钢筋的混凝土保护层厚度为2.5cm、拱梁和肋板钢筋的混凝土保护层厚度为3.5cm。钢筋的混凝土保护层厚度较小，且钢筋的直径较小，安装跨度较大，为确保混凝土保护层厚度，可采用混凝土垫块控制，垫块为1.5m×1.5m梅花布置，垫块混凝土强度与结构混凝土强度相同。

4.8 混凝土浇筑

混凝土由拌和系统拌制，混凝土水平运输采用12m3混凝土搅拌运输车运输至工作面。垂直运输采用HBT60混凝土泵送入仓。

吊顶混凝土分仓按照机组段之间结构缝分为安装场、1#-4#机组段共5仓。吊顶混凝土采用“先拱梁后肋板”的施工程序浇筑，即先浇筑拱梁混凝土，再浇筑肋板混凝土。

混凝土浇筑采用HBT60C泵机泵送入仓。利用安装场端头的通风兼安全洞洞口或厂房进风洞作为混凝土泵布置和混凝土搅拌运输车卸料地点。泵管不能直接放在压型钢模板上，要求放置在悬吊锚杆+架管形成的悬空平台上固定以防止泵管在输送混凝土过程中破坏吊顶结构，再水平铺设泵管至两侧设置软管分料至各浇筑面。浇筑由两侧低处往顶拱部位进行对称浇筑，两侧混凝土要均匀上料，防止拱梁模板变形。因两侧较低部位坡度大，为控制混凝土面的收面质量，可在仓面较低部位设置临时料斗，收面混凝土由人工从临时料斗转入仓面。

混凝土浇筑前必须将压型钢板上的杂物及灰尘、油脂等妨碍混凝土与压型钢板之间粘结强度的杂物清除干净。拱梁浇筑混凝土时，应该薄层浇筑。混凝土入仓对压型钢板的冲击须保持基本均匀，避免压型钢板局部出现过大的变形。浇筑混凝土时，控制施工活荷载(主要为施工人员和设备造成的荷载)：均布荷载不超过1kN/,集中荷载不超过2.2kN/m2,同时尽量保证梁、板跨中不承受较大荷载。部分孔口位置混凝土浇筑时，宜先根据孔口位置和尺寸立侧模，待混凝土达到7d龄期后，方可进行拆模并割除压型钢板。压型钢板之间、压型钢板与拱梁之间、压型钢板与周边混凝土梁之间的所有缝隙，均采用专用密封胶填充，确保混凝土浇筑时不漏浆。拉杆与拱梁连接处的两块扁钢应根据连接处拱梁切线角度调整其高度，以保证拉杆下端部的钢板水平放置。

根据压型钢模板的结构布置形式，在起拱范围内，压型模板没有与柱顶联系梁连接成整体，肋梁压型模板受力并非正压，所以在起拱范围内压型模板受力情况最为不利，要求在起拱范围内模板不能一次性立完，一次立模高度不超过1.5m，在下层混凝土浇筑完接近初凝状态后再立模继续浇筑上一层。平板振捣器在振捣过程中不得接触镀锌板，收面、抹面人员及时跟进。在起拱线以上，铺料后可直接抹面、收面，尽量减少振捣频率。

为防止振捣时混凝土下滑，混凝土的坍落度应尽可能小。拱梁混凝土有顶模部位预留下料口，利用下料口进料和振捣。肋板混凝土由于较薄，为确保浇筑的混凝土板厚度均匀，每跨两侧设钢筋导轨，以控制高程和厚度，采用φ50软轴振捣器作为肋板浇筑振捣的设备。泵送混凝土到仓位后，先人工沿仓面摊铺混凝土，然后用φ50振捣器振实混凝土。顶模在起拱范围留振捣孔(间隔2m左右)，振捣棒插入拱梁中振捣混凝土，不得在拱梁侧面的肋板上振捣。振捣标准以不显著下沉、不泛浆、周围无气泡冒出为准。

5 吊顶施工精度保证措施

5.1 吊顶安装精度的技术保证措施

为控制因焊接、自重、机械等影响造成对拱梁的变形，及时校正，使之达到设计、规范要求，必须进行相关的放线、测量作业，使高精度的安装施工顺利进行。

放线、测量工作是一项繁琐而重要的工作，是关系整体模板安装质量和进度的大问题，存在难度大、工作量大、精度要求高的特点。本工程施工范围广，作业面大，施工机械、人为影响等都给放线、测量控制点的利用和保护带来一定的困难，由于障碍物的影响也给测量所需的通视条件造成困难。本工程各种钢结构是分片、分段吊装施工的，所以应对安装全过程进行跟踪监测，直至整个结构系统稳定。本工程混凝土结构线形复杂，一点能影响整个面，所以对放线、测量定位的精度要求高，应满足设计和规范要求。

由于本工程采用分段高空散装吊装的方法。所以，模板的吊装就位控制尤为关键。吊装前应对支撑架的定位进行控制。在拱梁投影线下架设激光经纬仪检测且利用稳定风绳及调节器校直拱梁模板，然后吊装拱梁模板间的连接构件，在吊装过程中应进行监控，发现误差及时修正。按上述方法依次吊装拱梁模板。