地下厂房岩锚梁桥机轨道变位特性处理应用

点赞:22032 浏览:97099 近期更新时间:2024-02-27 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:巴基斯坦NeelumJhelum水电站地下厂房因多种原因影响产生了较大的收敛变形,相应地引起岩锚梁及安装后的轨道收敛变形过大而无法满足桥机运行要求.根据现场施工现状并对轨道变位特性进行对比研究,对轨道安装调整制定了行之有效的处理方案,既保证了桥机临时运行要求,也满足了桥机永久运行的目的.

关 键 词:地下厂房;岩锚梁;桥机轨道;变位特性;收敛变形文献标识码:A

中图分类号:TV554文章编号:1009-2374(2015)13-0072-03DOI:10.13535/j.ki.11-4406/n.2015.13.037

1概述

Neelum-Jhelum水电工程位于巴基斯坦克什米尔(AJ&K)首府Muzaffarabad地区,通过引水隧洞利用NauseriNeelum河与ZaminabadJhelum河之间形成的420m的水头落差发电.Neelum-Jhelum水电站主要建筑物由大坝及进水口、引水隧洞、沉沙池、调压室、地下厂房和尾水隧洞等组成.总装机容量为96.3万千瓦的混流式水轮发电机组,共4台机组,单机容量24.3万千瓦.

地下厂房位于ChattarKalas小镇处,距离Muzaffarabad市以南22km,厂房、主变洞平行布置,主厂房和主变洞之间设4条母线洞.厂房包括2个安装间和4个机组段,总长约141.7m,其中安装间长36.7m,4个机组段105m.最大开挖宽度25.6m,厂房桥机跨度23m,厂房净跨度23.1m(岩锚梁以下),最大开挖高度46.9m;在611.0m高程处设岩锚梁,岩锚梁上安装有桥机轨道,轨道型号QU120,全长137.7m.轨道顶部设计高程为614.8m,轨距23m,供2台275T桥机使用,桥机最大起吊重量510T(发电机转子重量).


2厂房特点及开挖施工方案简述

为加快厂房施工进度,根据业主要求对厂房施工次序和结构进行了改变,将原桥机吊车梁结构改成岩锚梁结构,这样在厂房开挖至608.5m高程后就可进行岩锚梁施工及桥机轨道安装工作,地下厂房三大洞室(主厂房、主变洞、母线洞及尾水管洞)开挖采用并行开挖方式,为后续机组安装和混凝土施工的提前创造了条件.

同时地下厂房开挖跨度大、深度大,与周边相连的交叉洞口较多(上游边墙与4条压力钢管洞相交、下游边墙与4条母线洞及尾水管洞相交),开挖施工过程中容易产生较大的变形.厂房开挖共分七层开挖(岩锚梁布置在第Ⅱ层),由上至下逐层开挖,每层开挖平均高度为6m,前六层采取中部拉槽、两侧各预留约3.75m保护层的方式进行开挖,在厂房第Ⅱ层开挖完成(也就是608.5高程)后,于2011年12月底进行了岩锚梁混凝土浇筑施工和桥机轨道一期预埋板的埋设工作,并在厂房第Ⅲ层开挖完成(也就是600.5高程)后开始轨道安装并于2012年7月完成桥机轨道的安装工作.

随着厂房开挖深度的加大,周边交叉洞口位置的暴露和相邻洞室的开挖深度加大,厂房两边墙及交叉洞口变形逐渐增大,从而引起厂房产生较大的收敛变形,进而造成岩锚梁的变形及轨道的移位.在桥机轨道安装完成后且厂房机组段已开挖至592高程的2012年9月对轨道进行了首次复测发现轨道已随之产生了偏移(具体各段偏移数据见表1和表2).桥机也于2012年10月份安装完成,并于2012年12月初对轨道进行了第二次复测(具体偏移数据见表1和表2),按上述轨道偏移值已无法满足桥机正常运行要求(桥机轨道间距偏差为±10mm),须对轨道进行调整.

3厂房岩锚梁桥机轨道变位的偏移数据情况及特性

厂房开挖施工期间分别在2012年9月、12月对桥机轨道进行了复测并做了对比,具体偏移数据见表1和表2.

表1上游侧桥机轨道跨距和高程偏移量及变化趋势表

(单位:mm)

部位2012年9月2日2012年12月8日9月2日至12月8日变化量

高程偏差跨距(至中心线)偏差高程偏差跨距(至中心线)偏差高程跨距

(至中心线)

MAX.MIN.MAX.MIN.MAX.MIN.MAX.MIN.

安1+10+4+2――――――

安2+1-1+4-2-4-2+5-3-5-1

机4+4+2-60-5-1-60-90

机3+40-30-9-5+6-6-13+9

机2+3-1-7+2-10-6-80-13-2

机1+2-2-6+2-9-6-9+1-11-3

表2下游侧桥机轨道跨距和高程偏移量及变化趋势表

(单位:mm)

部位2012年9月2日2012年12月8日9月2日至12月8日变化量

高程偏差跨距(至中心线)偏差高程偏差跨距(至中心线)偏差高程跨距

(至中心线)

MAX.MIN.MAX.MIN.MAX.MIN.MAX.MIN.

安1+20-8-3――――――

安2+50-13-3-6+2-36-9-11-23

机4-7+3-19-10-21-6-32-19-14-13

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机3-8-4-9-1-24-20-20-8-16-11

机2-11-7-8-1-30-23-18-12-19-11

机1-9-4-7+2-25-17-13-6-13-8说明:1.安1指1号安装间段,机1指1号机组段,其他类同.

2.表中数据为实测值与理论设计值之间的偏差,包括轨道安装偏差.

3.在2012年12月8日1号安装间因两台桥机停在该处无法进行测量,故12月8日无该处数据.

4.“-”表示跨距向中心偏移或指比设计高程值低,“+”表示跨距偏离中心或指比设计高程值高.

从上述偏移值并结合在此期间的厂房开挖形象面貌(见表3)综合分析,桥机轨道偏移有以下四个特点:(1)上下游侧轨道总体向厂房中心偏移;(2)下游偏移量较大,上游偏移量较小,上游侧偏移最大达9mm,下游侧最大达36mm;(3)安装间偏移量较小,但安装间2靠近尾水阀帽门室部位偏移较大,达36mm;(4)机组段偏移较大且下游已开挖的母线洞和尾水管洞洞口处偏移量更大些:上游平均偏移量约5mm(向下游侧偏移),下游侧平均偏移(向上游侧)25mm,偏移范围-13~-36mm,其中2号安装间和4号机之间的尾水阀帽门洞室处偏移最大,达36mm.

表32012年9月2日至12月8日厂房开挖形象面貌表

部位2012年9月2日2012年12月8日

主厂房主变室母线洞主厂房主变室母线洞

安1开挖至高程600.5m.进行第二层开挖(高程611.3

~607.0m).1#~4#母线洞开挖完成.开挖至高600.5m.进行第三层开挖(高程607.0

~604.0m).1#~4#母线洞垫层砼(高程592.6m)浇筑完成.

安2上游侧开挖至高程592.6m,下游侧开挖至高程596.4m.考虑到厂房收敛变形将安装2段和4台机组段用开挖料回填至高程598.4m并对上下游面墙进行锚索支护加固.

机4开挖至高程592m且尾水管洞开挖开始.

机3开挖至高程592m且尾水管洞开挖开始.

机2开挖至高程592m且尾水管洞开挖完成.

机1开挖至高程592m.

对比2012年9月的测量结果,2012年9月至2012年12月期间,安装间2和1~4号机上游轨道偏移趋势不明显,偏移量约3mm,下游轨道呈现向上游侧偏移趋势,偏移量约14mm.

随着厂房及周边洞室开挖深度的加大,厂房上下游轨道偏移逐渐向厂房中心收敛偏移、增大;根据土建单位提供的厂房变形监测观测数据来分析,随着开挖工作的完成厂房收敛变形逐步趋于稳定,桥机轨道的变形量也逐步变小.

4桥机轨道总体调整方案的确定

由于厂房桥机和轨道均已安装完成,因此轨道的调整处理方案应以设计跨距23m为基本原则进行.考虑到厂房整个收敛变形还没最后稳定,且2013年11月份水轮机埋件如尾水管、蜗壳等安装工作也要陆续开展,为不影响桥机的正常使用,确定于2013年7月份前先对桥机轨道进行临时调整用于轻载构件(如蜗壳、尾水管)起吊作业,待厂房收敛变形稳定和大件吊装如转子、定子施工前再分段进行桥机轨道的永久调整.

5桥机轨道的临时调整处理方案及实施

根据厂房整个收敛变形数据(至2013年2月已达272mm)、变形收敛量逐渐减小的趋势和轨道临时调整前的轨道复测数据,并考虑到轨道临时调整后桥机只限于轻载负荷使用的前提条件,拟在厂房第四层开挖完成(也就是585.9高程)后对轨道进行临时调整,调整方法为仅对轨道中心距进行调整不对轨道顶面高程进行调整,并将调整后的轨道中心偏差控制在±10mm以内.临时调整处理流程如下:(1)松开原轨道压板的螺栓,用角磨机将露出垫板以上的螺栓用氧割切除(仅对偏移值超出10mm的位置进行处理);(2)将轨道垫板上的螺栓孔进行封焊并打磨处理,保证垫板表面平整光滑;(3)利用千斤顶等工具调整轨道中心距,待轨道中心调整符合要求后,用原轨道压板进行临时固定.也即压板直接与轨道垫板进行焊接固定.轨道临时调整工作于2013年6月实施并于7月份完成,桥机自2013年8月投入使用以来一直运行良好,轨道无明显卡阻或啃轨现象.在随后的定期轨道偏移复测过程中,对局部变形超出偏差的部位按上述临时调整方案再次进行局部的调整处理,保障了桥机的运行可靠和安全.

6桥机轨道的永久调整方案及确定

在厂房变形趋于稳定和大件吊装如转子、定子施工前需对轨道进行最终的永久调整工作.

6.1轨道永久调整方案的选择

6.1.1方案一:(1)对轨道高程、中心距等数据再次复测,作为轨道调整的依据;(2)如图1所示,先将压板上螺母及压板拆除,再将轨道拆除移在一边;(3)用风镐或手动工具将二期混凝土凿除,拆除轨道二期埋板,露出一期埋板割除螺杆,并将一期埋板面打磨处理干净;(4)按复测数据确定螺杆长度和数量并采购新螺杆和附件,按起重机安装规范重新进行轨道安装调整至规范的偏差值内;(5)测量验收并交付土建进行二期混凝土浇筑.

图1

采用方案一需要增加的钢板、螺杆和土建工程量等见表4.具体轨道调整施工时将分段进行,以减少对设备安装工作的干扰.

表4方案一需用材料表

序号名称规格数量/重量备注

1新增螺杆M24×220~260700套

2二期埋板20×160×420350块约3800kg

3混凝土凿除22m3

4混凝土浇筑C2023m3

6.1.2方案二:(1)对轨道高程、中心距等数据再次复测,作为轨道调整的依据;(2)在岩锚梁上布置相关安全防护措施后,松开螺母拆除压板移开轨道;(3)割除螺杆,并对轨道垫板上的螺栓孔进行封焊打磨处理,保证垫板表面平整光滑;(4)测量放点在基础埋板上加垫钢板(如图2所示),将轨道顶部高程调整至614.8m;(5)采用可焊式GANTREX轨道压板调整轨道跨距至23.00m+0.00~+0.005mm;(6)轨道底部与混凝土表面间的间隙采用SIKA填充料进行填充.图2

方案二耗用钢板和轨道压板等材料表见表5.具体轨道调整施工时将分段进行,以减少对设备安装工作的干扰.

表5方案二耗用钢板和轨道压板等材料表

序号名称规格数量/重量备注

1可焊式GANTREX轨道压板22/175700套

2垫板2~20×400×1804500Kg板厚2、6、10、12、16、20等

3SIKA填充剂Sikadur-42MPSlow若干用于4mm以下的填缝

4SIKA填充剂SikaGrout-275若干用于4mm以上的填缝

6.1.3方案一和方案二的对比分析.方案一和方案二的对比分析如表6所示:

表6轨道永久调整处理方案对比分析表

对比项目方案一方案二

相同点需要拆除轨道并割除原螺杆需要拆除轨道并割除原螺杆

优点1.材料较节省,仅需增加螺杆和二期埋板.

2.严格按原设计图施工.1.无需凿除二期混凝土重新浇二期混凝土,不存在与土建的交叉工作,施工较方便.

2.由于采用可焊式专用轨道压板GANTREX,在岩锚梁变形稳定或轨道运行多年后,可较方便地进行轨道的再次调整(可调整量为8至20mm).

缺点1.需凿除二期混凝土及重新浇二期砼.

2.岩锚梁变形稳定后或轨道运行多年后,再次对轨道进行调整的难度较大.

3.施工周期相对长些,存在与土建的交叉作业.1.需变更原轨道压板型式.

2.轨道底面和混凝土表面间的空隙较小,填充难度大,需采用专业的SIKA填料剂.

6.2轨道永久调整方案的最终确定

考虑到对轨道调整的处理应尽量减少与土建的交叉工作,同时考虑到厂房后续收敛变形可能造成的轨道二次变形,以及便于后期运行期间轨道调整的便利,综合上述两种方案的优缺点最终确定采用方案二进行轨道的永久调整.在厂房收敛变形趋于稳定后于2014年8月份开始桥机轨道的永久调整施工,具体调整程序和方法见上述方案二.考虑到不影响厂房土建施工和机电设备安装工作,轨道调整按机组段和安装段分成五个调整段进行调整,并合理错开设备吊装和土建施工部位,于2015年1月份完成全部的轨道永久调整工作,为下一步的桥机负荷试验和大件吊装创造了有利条件.

7结语

巴基斯坦NeelumJhelum水电站地下厂房岩锚梁由于诸多原因造成施工期间发生了较大的收敛变形,引起轨道安装后的偏移.为了尽量减少厂房收敛变形,土建方在后续施工过程中采取对厂房及周边洞室等部位开挖施工时加强了爆破控制并及时支护,也对部分孔洞进行了修改设计或取消.结合NeelumJhelum水电站地下厂房岩锚梁桥机轨道变位特性及处理方案,笔者对地下厂房岩锚梁桥机轨道安装及其变形处理总结如下:(1)对于采用岩锚梁结构的地下厂房,桥机轨道设计时压板结构可采用GANTREX可焊式专用压板,便于在后期轨道变位和运行时进行轨道的二次调整;(2)轨道安装工作应根据厂房变形特点选定最佳安装时机,并根据厂房变形特点预先在轨道安装时留一定的变形余量.在轨道安装完成后应定期对轨道进行监测,当发现轨道偏移变形情况超出设计偏差值后需对轨道进行调整.具体的轨道调整方法可根据厂房施工进度计划要求和厂房变形收敛特点及趋势,同时应考虑到与土建的交叉施工和后续桥机运行后可能存在的二次轨道调整问题,最终确定最优化的轨道调整方案和调整时机,以保证施工工期和质量.

作者简介:李奇祥(1974-),男,湖北天门人,中国机械设备工程股份有限公司高级工程师,研究方向:水利水电工程金属结构及机电设备项目管理.

(责任编辑:秦逊玉)