【关键词】升船机 齿条和螺母柱 施工技术
1．工程概述
向家坝水电站通航建筑物型式采用一级全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机，最大提升高度114.20m。设置有4套齿条和4套螺母柱。4套齿条对称布置于四个塔柱凹槽的垂直壁面，其底部安装高程255.430m，顶部安装高程384.970m，安装总高度129.540m。齿条和螺母柱均由一期埋件、二期设备和三期设备组成，一期埋件与二期设备间浇筑细石混凝土，二期设备与三期设备间设计有pagel灌浆结合。
2．施工特点与难点
本工程具有以下施工特点：齿条、螺母柱二期和三期结构施工均存在垂直交叉作业、施工空间狭小、施工通道和施工平台布置困难、施工工艺复杂、精度要求极高、测量困难、施工时段长、施工工期紧等特点。
3．施工技术探索与创新点
3.1施工平台及通道布置
为保证齿条、螺母柱二期和三期设备顺利施工，合理规划施工布置是关键。齿条和螺母柱二期、三期部位的施工高差大，上下交叉施工存在较大安全风险，根据结构特点，研究采用定制的升降平台作为操作平台进行施工。
（1）高程280m以下齿条、螺母柱二期设备及混凝土施工布置：在高程255m底板搭设落地钢管排架作为施工通道和施工平台，利用船厢室底板布置的港机作为设备吊装和二期混凝土浇筑手段。
（2）高程310m以下齿条、螺母柱施工布置：在高程340m预埋M48定位锥，安装钢三角架，布置卷扬机平台，齿条、螺母柱各采用一套卷扬机驱动，驱动卷扬机布置在卷扬机平台上，其中齿条采用2台卷扬机驱动，螺母柱采用3台卷扬机驱动，为了使平台升降平稳，齿条、螺母柱平台的卷扬机采用了同步装置。高程255m底板安装转梯至升降平台作为施工通道。利用布置在筒体周围的建塔作为设备吊装和混凝土浇筑手段。为防止高空坠物伤害，在高程351.3m和高程296m分别搭设安全防护平台。齿条施工专用升降平台高8.25m，共分4层，螺母柱施工专用升降平台高10.25m，共分5层。升降作业平台为钢桁架结构，平台限载3.0吨，升降平台采用卷扬机提升到位后、用4个手拉葫芦固定和4根调节丝杆固定于墙面上。
（3）高程310m以上齿条、螺母柱施工布置：在高程393m齿条、螺母柱吊物孔顶部布置卷扬机平台，安装5台卷扬机分别提升齿条、螺母柱升降平台。采用施工转梯作为施工通道，架设在高程310.0m以上，转梯采用三角架支撑。升船机顶部机房封顶前利用筒体周围布置的建塔作为设备吊装和混凝土浇筑手段，顶部机房封顶后利用顶部机房布置的永久桥机作为设备吊装和混凝土浇筑手段。为避免影响船箱室底部施工，在高程296m搭设安全防护平台。
3.2混凝土结构施工技术
齿条、螺母柱一期结构面和二期结构混凝土面在高程方向均上下平直。一期埋件主要为插筋，每仓插筋均需精确测量定位、采用角钢加固，确保浇筑时不发生扰动，一期模板主要采取木板补缝。二期设备焊接固定在一期插筋上，模板采取专用定型钢模板施工，二期设备采用建塔吊装到位；齿条、螺母柱二期钢筋与二期设备存在交叉，经过分析研究，采取将与设备交叉的钢筋预先穿插在设备上、固定后与设备一起吊装的方式施工，设备范围的竖向钢筋采用钢板过渡方式焊接。二期设备测量验收后采用专用工装在筒体墙体上加固，然后浇筑细石混凝土，浇筑过程中不断测量，确保设备不发生扰动变化。
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3.3设备安装
3.3.1设备吊装
（1）二期设备吊装就位前，预装套管或钢筋组件。齿条、螺母柱二期设备采用门机或建塔吊装。设备吊装选用双股φ18m钢丝绳，配6.5t卡环，用3t倒链调整垂直，用5t倒链辅助就位。松钩前，在设备顶部用两根M20调节螺栓临时固定。
（2）二期设备就位后，在设备上方200mm左右焊接线架，挂垂线从下向上返点，返点基准为测量队提供的定位基准点。根据垂线、定位轴线和设备工作面三者之间的相对位置尺寸，从下至上调整设备，先粗调，后精调，测量时以二期设备的前翼缘和下端面为控制基准。设备粗调到位后用工装加固，设备精调合格后，顶紧千斤顶，锁紧调节螺钉和节间螺栓，在设备后翼缘板的上、中、下三处（6点），用搭接板与钢筋焊接加固，并将其背部的焊钉及扁钢与土建钢筋搭接焊接，焊接时吊垂线监控设备位移。按设计图纸要求精调、固定、封堵套管，螺母柱二期PVC套管安装合格后，用钢筋固定外侧管口，齿条二期钢套管内端口与混凝土体贴紧后用环氧树脂粘接封闭，外露端口与设备围焊固定。
（3）二期设备安装完成后，依次进行加固验收、安装尺寸验收和设备节间垫块封底焊接，然后进行土建立模、浇筑细石混凝土，最后进行设备混凝土浇筑后复测、节间盖面焊接、焊缝打磨和表面涂装。
（4）三期设备安装前，应清理干净二期设备的节间接触面，预装节间螺栓。检测已安装节设备顶部高程、钢隔板高程及水平度。
（5）设备每安装完成两节浇筑一次混凝土，每间距30m高度左右，将测量基准点向上转移一次，转点位置设在,顶节设备的上端0.5m～1m范围内，后续设备安装时，挂垂线覆盖该点，作为后期安装基准。
3.3.2测量放样
（1）齿条、螺母柱二期埋件测量控制点埋设在255m高程底板上，高出底板50cm。其中齿条每套埋设3个测量控制点、螺母柱每套埋设6个测量控制点共计36个测量控制点。（2）采用激光天顶仪架设在255m高程面上的测量控制点上，粗略定出定位钢丝悬挂点的位置。在定位钢丝悬挂点的粗略位置处焊接中心为空心的钢板。
（3）采用激光天顶仪架设在255m高程面上的测量控制点上，在钢板上精确测量出定位钢丝悬挂点的位置。根据其精确位置悬挂钢琴线，此钢琴线为设备安装平面调整基准线。每安装一节就悬挂一段。
（4）采用高精度全站仪架设在255m底板局部控制网点上，采用三角高程方法以底板测量控制网点中任意二点为基准，直接测量齿条、螺母柱结构首节顶部高程。或架设在255m底板任意位置上，利用墙上高程控制点接高获取仪器视线高，再通过棱镜或光电测距方法直接测量或传递出在设备上某点的高程，以此点的高程作为设备安装高程调整基准点。
3.3.3测量验收
（1）采用激光天顶仪架设在255m高程面上的测量控制点上，重新对钢板上定位钢丝悬挂点的位置进行测量校对，也就是重新定位。
（2）利用重新定位后的钢丝悬挂点的位置悬挂钢琴线，此钢琴线为轨道安装平面验收基准线。采用30cm的直角尺或钢板尺（经检定）对设备的上下左右面进行验收，每1-1.5m验收一点。
3.4 pagel灌浆施工
齿条、螺母柱三期设备与二期设备嵌合，之间用预应力钢筋固定，三期设备与二期设备之间的缝隙填充pagel灌浆材料，每安装两节灌浆一次。为了观察灌浆质量和速度，缝隙一侧的模板采用透明有机玻璃，可随时观察灌浆情况。灌浆前应在设备表面与墙体固定点上安装千分表，以观测灌浆过程设备变化情。灌浆应自下而上灌注，采用无压自流方式。灌浆后两天可拆除模板，灌浆后三天进行灌浆后复测，确保复核三期设备位置精确后方可进入下一施工循环。
4．结语
向家坝升船机齿条、螺母柱施工通过技术创新，混凝土的浇筑质量、设备安装精度、灌浆质量控制良好，施工进度、安全、效益得到保障，为类似工程积累了宝贵经验。
论文作者:孙海全
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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