摘要：金沙江乌东德水电站右岸地下电站主厂房全长333.3m、宽32.5m，顶拱采用轻钢结构防水吊顶，针对大跨度地下厂房轻钢结构吊装就位难度大、空中拼接精度高、交叉作业干扰大、高空作业风险高、施工场地受限等特点，结合现场工况围绕小桥机功能改造技术、轻钢结构快速拼接技术、大跨度龙骨整体吊装技术等诸多关键技术大胆创新，确保了乌东德水电站地下厂房轻钢结构吊顶安全、经济、快速的施工，为类似工程提供参考和借鉴。
关键词：乌东德 地下厂房 32.5m跨 轻钢吊顶 快速施工
1 工程概况
金沙江乌东德右岸地下电站主厂房全长333.3m、宽32.5m，含两个安装间，共安装6台套水轮发电机组，单台机组沿坝轴线方向长37.0m。顶拱采用轻钢结构防水吊顶，轻钢结构由[16槽钢主龙骨、[10槽钢次龙骨、∟70×45×4角钢、∟50×4角钢、压型钢板、不锈钢排水沟、雨水管、钢锚板、化学螺栓等组成，φ25吊杆将主龙骨与系统锚杆焊接。主要施工项目有系统排水管路安装，吊杆接长，钢结构除锈、涂刷防锈漆，主次龙骨的制作、安装，压型钢板的铺设，排水沟、雨水管安装，防水涂膜等。
2 施工难点
乌东德水电站主厂房顶拱轻钢结构吊顶主要采用槽钢、角钢、压型钢板、钢锚板等型钢现场焊接、拼装，吊杆悬吊，现场实际施工过程中的主要难点：
吊装就位难度大。厂房岩锚梁共布置3台桥机共机组安装使用，顶部吊顶无施工平台，轻钢结构通过吊杆悬吊安装，水平运输困难，吊装就位难度大。主厂房顶拱跨度32.5m，轻钢结构单薄，单榀龙骨整体吊装易发生变形。
空中拼接精度高。主厂房顶拱全长333.3m，顶拱全部采用轻钢结构防水吊顶，根据施工需要对轻钢吊顶分块制作，逐块吊装空中拼接形成整体，单块吊顶体型大，空中拼接精度高。
交叉作业干扰大。主厂房轻钢结构防水吊顶与对应机组段混凝土同步施工，空间交叉干扰大。
高空作业风险高。吊顶施工作业距地面高度范围在32.0m~55.0m之间。
施工场地紧张。主厂房轻钢结构防水吊顶与对应机组同步交面，各机组均无法长期作为轻钢结构拼装场地，现场施工场地紧张。
3 小桥机功能改造技术
厂房岩锚梁共布置3台桥机共机组安装使用，分别为2台1300t桥机（大桥机）和1台160t桥机（小桥机），顶部吊顶无施工平台，轻钢结构通过吊杆悬吊安装，水平运输困难，为解决轻钢吊顶吊装就位难题，结合现场实际工况，充分利用已有小桥机对其功能进行改造，在小桥机上搭设门型钢桁架作为吊顶施工平台，桥机小车在门型钢桁架内行走，在满足小桥机正常施工的条件下，兼做轻钢结构防水吊顶施工平台，将小桥机的使用功能最大化。
小桥机吊顶施工平台尺寸28.0m×7.0m×5.9m（长×宽×高），为桁架梁式结构，主要由立柱1、立柱2、桁架梁、平台面、附属结构等部分组成。立柱1共4根，分别布置在平台四个角点上，单根立柱宽度为40cm，由两根口150×100×4方钢组成，方钢之间采用搭接板焊接成一个整体。立柱2设置在小桥机吊顶施工平台主桁架的跨中，主要用于减小桁架梁的跨度，提高平台的安全稳定性。
小桥机吊顶施工平台框架主桁架弦杆采用150×100×4的矩形管，两侧竖撑和横向联系以及放置液压油缸的纵向联系采用12.6#工字钢，腹杆采用方管80×80×4；顶部踏板横向联系以及纵向联系采用方管100×80×4，其他横向联系采用方管80×80×4；底梁的主梁采用20b工字钢，底梁竖撑和斜撑采用方管80×80×4；截面斜撑采用方管80×80×4，底梁与桥机小车车档焊接固定。
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图1 小桥机吊顶施工平台模型图
吊顶施工平台在工作时，最危险的工况需要承载30个工人，同时在平台四周边缘四个点分别有一个顶推力为2吨的液压缸。在工人踏板放置的位置总共有75个节点，因此每一个节点的集中载荷F2=30×75×10/75=300N，平台四周边缘四个点，每个节点的集中载荷：2吨=20000N。利用有限元软件Ansys，然后根据方案图的尺寸建立其简化模型，所有的结构均采用Beam188单元进行模拟，在几何建模的过程采用了建点连线并在划分网格的时候赋截面的方法。以下为约束载荷图以及ANSYS分析云图：
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由ANSYS计算结果云图可知，吊顶平台最大应力为70.26Mpa，最大应力出现在主桁架的底部横杆处，为集中应力，且对称分布，可以在主桁架底部加四个斜撑；整体最大应变为13.13mm，出现平台顶部两侧的中间区域以及底部桁架区域，且对称分布。计算的应力应变均较小，小桥机吊顶施工平台的刚度和强度能满足工作需求。
小桥机吊顶施工平台在主厂房副安装间进行加工拼装，加工完成后采用小桥机吊运至主安装间，采用220t汽车吊整体吊装。组拼顺序：底部支撑制作组拼→两侧立柱组拼→4块主结构桁架组拼→顶部平台组拼→顶部爬梯、栏杆等附属设施组拼→整体吊装。
平台立柱分为4根制作，进场后组拼成两片整体，单片重量约为0.6t，组拼完成后制作临时支撑进行固定。
主结构桁架每榀分为两次组拼，每个组拼结构为3.0*14m，每榀组拼结构重约0.8t，前半榀组拼单元安装时将桁架中间部分立柱带上同时安装。
钢桁架顶部平台花纹钢板安装，花纹钢板共分为13块，每块安装单元为2.15m*7.0m（考虑花纹钢板宽度，两块并列组拼），其中包含顶部网格方钢、角钢，单块重量约为0.75t。
栏杆采用ɸ40焊管制作，高1.2m，全段设置高300mm踢脚板，单侧采用焊管制作垂直爬梯。
底部型钢平台制作完成之后采用220t汽车吊整体吊装，型钢平台自重11t，220t汽车吊起吊半径为23m，臂长36m，起吊重量17.5t，满足工况要求。门式钢桁架安装完成后，平台四周设置全封闭护栏，护栏高度50cm~120cm，平台上部布置4个液压千斤顶，呈矩形（5.3m×22.5m）布置，单个千斤顶顶升力不小于2.0t，液压油缸行程500mm，带自锁功能。操作柜布置在施工平台的中间，能单独/群体操作，方便快捷，油缸收回后，顶升平台能完全落在桥机施工平台上。
4 轻钢结构快速拼接技术
主厂房轻钢轻钢结构防水吊顶垂直水流方向长333.00m，顺水流方向宽25.6m。为方便制作、安装，结和小桥机施工平台，主厂房轻钢结构防水吊顶轴向按6m进行分块，纵向25.6m不在分块，单块轻钢结构吊顶尺寸6.0m×25.6m（长×宽），利用地面拼接优势单块轻钢结构吊顶（含压型钢板）在副安装场工装架上一次拼接、整体吊装。
轻钢结构拼接在工装架上完成，工装架尺寸为6.0m×27.0m（略大于单块轻钢吊顶）采用[10槽钢、∠50*4角钢制作，吊点采用Φ20圆钢加工成圆环与工装焊接，焊缝长度按Lw=200mm控制，单个工装共布置4个吊点，4个顶升帽台，工装架前期作为轻钢结构拼接平台，单块施工完成后，将工装架吊运至副安装场，用于轻钢结构吊顶加工。副安装场共布置两个工装架，循环作业，实现轻钢结构防水吊顶的快速拼接。
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图3 工装架结构图
5 大跨度龙骨整体吊装技术
轻钢结构吊顶大块宽25.6m，单榀龙骨整体吊装易发生变形，故龙骨架在副安装场工装架拼接完成后工装架与龙骨架一起吊运至小桥机型钢平台上部，作为顶升平台。考虑小桥机吊顶施工平台距厂房顶拱空间狭小，为满足大跨度轻钢结构吊顶垂直吊装需要，在副安装间顶拱布置4台5.0t电动葫芦，沿厂房顶拱中心线对称布置（上下游各布置两台），距中心线水平距离分别5.1m（跨距10.2m），距厂房左端墙17.2m。
5t电动葫芦利用顶拱系统锚杆加固吊杆连接，吊杆采用Φ25mm圆钢上部原系统锚杆采用双边焊接（锚杆焊接前由第三方进行100%无损检测），焊缝长度不小于150mm，焊脚高度不小于15mm，（若锚杆外露不满足焊缝长度则对顶拱喷砼进行凿除），吊杆下部采用[14a槽钢作为主梁，主梁两端分别与吊杆进行双边焊接，焊脚高度按15mm控制，焊缝长度按Lw=280mm控制，槽钢主梁焊接完后再将连接板（2.0cm厚钢板）与主梁进行双边焊接，焊脚高度按15mm控制，焊缝长度按Lw=280mm控制，电动葫芦与连接板之间采用插销连接。防止吊装过程中沿晃动，[14a槽钢主梁横梁两端采用[10槽钢作为斜撑与顶拱系统锚杆焊接加固，电动葫芦安装并调试验收合格后进行荷载提升试验。
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图4 电动葫芦安装图
受场地限制将主厂房吊顶分为A、B两个区。A区长298.00m为安装间转子组拼工位至副安装场（含7#～12#机组段），利用小桥机吊顶施工平台。轻钢吊顶在副安装场工装架上加工焊接，单榀龙骨焊接完成后由4组5t电动葫芦吊运至小桥机吊顶施工平台，通过小桥机运输至安装工位，利用小桥机吊顶施工平台布置4组液压千斤顶提升至安装工位，人工进行调校、安装。B区长35.0m，为2台1300t大桥机轨道占位区域，受大桥机干扰小桥机无法行走至端部进行吊顶安装，故安装场35m范围采用2台50吨汽车吊配合吊顶安装。轻钢吊顶在副安装场工装架上加工焊接，小桥机吊运至主安装厂吊车安装，一台 50t汽车吊提升轻钢吊顶至安装工位，另一台50t汽车吊配载人吊笼进行人工调校、安装。
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图5 主厂房轻钢防水吊顶安装剖面图
6 结语
乌东德水电站右岸地下电站主厂房轻钢结构吊顶吊装就位难度大、空中拼接精度高、交叉作业干扰大、高空作业风险高、施工场地受限等特点，结合现场工况围绕小桥机功能改造技术、轻钢结构快速拼接技术、大跨度龙骨整体吊装技术等诸多关键技术大胆创新，确保了乌东德水电站地下厂房轻钢结构吊顶安全、经济、快速的施工。
论文作者:杨文青,吴冲,李松旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：轻钢论文; 结构论文; 小桥论文; 桁架论文; 平台论文; 厂房论文; 东德论文; 《基层建设》2019年第32期论文;