液压启闭油缸自顶升塔架安装技术

赵 慧

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000）

1 引言

尼泊尔上马相迪A 水电站，冲砂闸弧形工作闸门采用的油缸：总长度（活塞杆全部缩进状态）15 m，直径：500/320 mm，重量19.7 t，是液压系统中最大的部件。需要安装在启闭塔架上，塔架顶面距离坝面高度10 m。因此，启闭油缸的吊装安装高度依赖起升高度高、起重载荷相当的大型汽车吊。但工地只有一台50 t 汽车吊，坝顶场地狭小，受弧形闸门孔口、启闭机塔架的影响，难以实现将油缸吊起后，从上面穿过塔架安装孔，进行自上而下的吊装。该50 t 汽车吊是当时尼泊尔国境内最大的汽车吊，如果再从国内调配大型汽车吊，将对施工工期及成本造成不利的影响。因此需要研究一种新技术，顺利完成液压启闭机油缸的安装[1，2]。

2 现有吊装技术

2.1 技术现状

弧形闸门常用于水电站的表孔溢流或者潜孔泄洪。门叶挡水面为圆弧形，门叶背面通过支臂与支铰装置连接，支铰的铰座锚固在侧壁混凝土构筑物上。支铰装置由铰链、铰轴、铰座等组成。启闭设备安装在门叶或支臂上方，牵引门体绕铰轴转动实现门体的启闭。启闭机分为机械式和液压式两种，机械式启闭机通常采用卷扬机的钢丝绳牵引门体起升，依靠门体自重下降关闭；液压式启闭机由启闭油缸、液压油管路及液压泵站等部分组成。因为油缸具有双向作用力，在无需增加闸门重量的前提下，更容易实现动态水流情况下的关闭，因此得到更广泛的应用。

根据弧形闸门的大小，中小型弧形闸门采用单吊点油缸启闭操作方式。弧形闸门安装孔口上方设置有启闭机塔架，用于安装液压启闭机的油缸装置。启闭油缸及油缸的安装基座布置在塔架顶端，油缸的活塞杆穿过塔架顶面预留的空洞与下方的弧形闸门吊耳上的销轴连接。在液压油的作用下，活塞杆伸缩带动弧形闸门门叶上升或下降转动完成启闭动作。

现有技术采用的吊装方法是：选择合适起升高度、起吊吨位的汽车吊进行吊装，主要是采用大吨位汽车吊，将启闭油缸起吊至启闭塔架上方，穿过启闭塔架上预留的安装孔，先将启闭油缸中部布置的铰座与安装基座连接。再连接启闭油缸上的供油管路，操作液压泵站供油，在液压油的作用下，启闭油缸活塞杆向下伸出，从而实现与布置在下方的弧形闸门吊耳孔的连接。采用的是一种“自上而下”的安装方式完成启闭油缸的吊装。

2.2 施工过程

现有技术吊装需要满足以下两个条件：

（1）汽车吊的吊臂长度——在垂直吊装油缸的状态下，需要大于启闭塔架的高度，才能保证油缸顺利穿过启闭塔架的预留孔洞，实现自上而下的吊装；

（2）汽车吊站位在大坝顶面弧形闸门安装后的门槽附近，起重半径需涵盖弧形闸门吊耳和启闭塔架的安装位置。

满足这两个条件的汽车吊只能是超重型汽车吊。具体实施方法如下：

汽车吊按照规划好的位置站位，4 条支腿完全打开，在坝面上加垫方木和支腿承重托盘，支腿抬升到起重状态并找平，即可进行吊装作业。先将启闭油缸的安装基座吊装到塔架上安装就位。再将启闭油缸的缸筒端吊起，离开地面1~2 cm 左右时暂停，在油缸活塞端系上3 条导向绳，辅助人员牵引导向绳配合起重机吊起油缸平稳上升。升至大于塔架高度时，汽车吊吊臂向塔架位置转动，牵引绳保持油缸平稳移动并对准塔架上的预留安装孔。汽车吊钩缓缓下降，塔架上的作业人员辅助找正并与基座安装成一体。拆除起重吊钩，油缸吊装完成。

启闭油缸在塔架上安装好后，接通液压系统的输油管路。操作油缸活塞杆缓慢下降，在导向绳的配合下，站在弧形闸门上的作业人员负责将活塞杆吊头的销孔与弧门吊耳孔对正，并安装好吊耳轴，将油缸和门体连接一体。启闭油缸的安装就此完成。

3 自顶升安装施工

3.1 新技术研究的必要性

现有技术吊装启闭油缸的方法高度依赖超重型汽车吊的使用，如果没有满足起重高度和吨位的起重设备，该方法将无法实施。

随着“一带一路”国家发展战略的实施，国内水电公司的业务快速向海外拓展。大多集中在亚洲、非洲、南美洲等欠发达地区，受所在国家机械装备水平的限制，工程施工经常遇到大件吊装不具备大型起重设备的状况。再从国内运输大型起重设备，势必会对施工成本、施工工期造成不利的影响。

3.2 施工过程控制

3.2.1 技术方案

启闭油缸与液压系统连接后，其自身可以自动伸缩具备一定的升降能力，起升高度能够达到启闭塔架上的安装位置。利用启闭油缸的这个性能，可以采用先将油缸的活塞杆与弧门吊耳进行安装，安装好后接通液压系统的油管，操作液压泵站即可实现油缸缸筒的自动顶升，当上升高度达到启闭塔架上的安装位置后，再将油缸支座与启闭基座进行连接安装。采用“自下而上”的“吊装”方式，完成启闭油缸的安装。

3.2.2 施工准备和场地布置

为实现启闭油缸的自顶升安装[3-5]，所需要的设备有：小型卷扬机、定动滑轮组、导向绳、中重型汽车吊等。汽车吊的起升高度要大于塔架的高度；作业半径在涵盖塔架安装孔的工况下，起重载荷大于油缸顶升过程中最大斜度下产生的倾覆分力—如果没有合适的汽车吊，可以采用在启闭塔架上布置三脚架、起重导链或其他便捷方式替代。

此种状态下，汽车吊所起的作用只是扶正启闭油缸在液压油推动下自动上升，只需承担启闭油缸自重产生的部分倾覆力，而非整体重量。所以，对汽车吊的起吊能力要求相对降低，变相降低了对超重型汽车吊的依赖程度。而中重型汽车吊是一般工程施工必备的设备。

在启闭机塔架上，布置一台小型卷扬机，合适吨位的定动滑轮组，用于辅助吊装。

孔口上搭设简易平台，用于摆放组装好的油缸；在启闭塔架就近位置，规划出选用汽车吊的站位场地，使用汽车吊和塔架上的卷扬机对油缸进行抬吊。

汽车吊吊钩固定在启闭油缸的活塞一端，预留出合适安装的长度。卷扬机的吊钩等距离固定在缸筒一端，对启闭油缸进行抬吊，同步向门槽内下降。下降到合适高度后，卷扬机端上升，汽车吊钩继续下降，将油缸调整成倾斜状态，在导向绳的牵引下活塞端向弧形闸门吊耳位置移动，站在闸门上的作业人员辅助活塞端吊头孔与吊耳孔对正并安装吊耳轴固定。启闭油缸和闸门吊耳连接成一体。

接通油缸的循环油管，操作液压泵站对缸筒端供油，油缸活塞杆伸出、缸筒开始顶升。导向绳引导定位，卷扬机、汽车吊吊钩配合缸筒的移动收绳，当汽车吊钩露出孔口位置后摘去吊钩，汽车吊吊臂移动到塔架上方位置待命。卷扬机吊钩继续引导缸筒向塔架预留安装孔上升，当上升到距离塔顶1 m 位置时暂停，落下汽车吊钩捆扎在油缸中部铰座上方1 m 位置。拆除油缸基座的定滑轮组、卷扬机吊钩，汽车吊吊钩引导缸筒继续上升，穿过启闭塔架上安装基座的内孔。

油缸中部铰座上升到略大于安装基座位置时停止，站在塔顶的高空作业人员调整油缸中部铰座与安装基座的位置对正，液压泵站操作缸筒缓缓下降，使油缸中部的铰座就位，连接螺栓与安装基座固定。摘除汽车吊吊钩，将塔顶上的卷扬机拆除吊放到坝面。启闭油缸吊装工作完成。

重点说明：当没有合适的汽车吊可以利用时，可以在启闭塔架上布置三脚架，三脚架上挂装合适吨位的起重吊链对启闭油缸进行辅助顶升。可以替代汽车吊的作用，同时也降低对汽车吊起重能力的要求。其吊装方法与上述基本相同，不再赘述。

3.2.3 施工流程

（1）50 t 汽车吊站位在回填夯实的基础之上。距离孔口中心5 m，支腿全长打开，地基上铺垫方木及承重托盘，支臂油缸全升。查50 t 吊车性能表，侧后方作业15 m 起吊高度，能吊装36 t。满足吊装油缸19.7 t 要求。

（2）将安装好的液压油缸放置在孔口搭设的简易平台上，利用布置在高程916 平台上卷扬机，20 t滑轮组配合，与50 t 汽车吊进行抬吊。将卷扬机吊钩缓缓降下，钢丝绳捆绑距离油缸筒后端5 m 位置；汽车吊钩捆扎位置距离另一端活塞杆吊头也是5 m。试起吊无误后即可开始吊装。

（3）卷扬机主吊，汽车吊辅助配合起吊（见图1）。先将油缸抬起到离地1 m 距离，拆除简易平台等。卷扬机继续提升，汽车吊吊钩端缓慢下降，4 根导向绳两侧布置配合引导，将油缸缸筒端徐徐引入启闭塔架内，油缸活塞杆端对正弧形闸门吊耳上方，将油缸倾斜到接近安装斜度。汽车吊与卷扬机同步下降，将活塞杆吊头销孔引导到闸门吊耳孔内侧。闸门上方高空作业人员配合找正，穿入吊耳轴后锁定。

图1 油缸吊装过程示意图

（4）启闭油缸采用高压软管与液压系统输油管路连接，启动油泵供油，油缸缸筒端开始供油，高压油顶动油缸外筒缓慢上升；卷扬机吊钩配合收绳、汽车吊配合油缸筒移动收绳。导向绳配合调整方向，油缸活塞伸出、油缸缸筒上升。

（5）当汽车吊钩捆扎位置露出孔口1 m 高度，摘除汽车吊吊钩。汽车吊大臂吊臂转到安全位置，调整好吊臂的长度，移位到启闭塔架上已安装好的油缸基座上方待命（见图2）。

图2 油缸吊装过程示意图

当油缸体上升到距离▽916 平台1.0 m 位置，50 t 汽车吊吊钩从油缸安装基座内孔穿入，固定在油缸中部铰座上1 m 位置，收紧吊车起重绳；同时对卷扬机进行摘钩，拆除油缸安装基座上的滑轮组（见图3）。

图3 油缸吊装过程示意图

塔顶▽916 平台上高空作业人员辅助找正，油缸缸筒继续顶升、汽车吊钢丝绳收绳导向，油缸穿过安装基座内孔口，上升至略高于安装基座高度时停止；调整油缸中部铰座安装方位，操作油缸缸筒下降就位。汽车吊钩配合降落，油缸中部铰座落至安装基座上，与安装基座螺栓孔对正，安装螺栓连接固定拧紧。利用汽车吊将卷扬机等调回到坝顶位置，完成其他附件安装。

3.3 实施成效

采用本技术进行吊装时，汽车吊所起的作用只是扶正启闭油缸在液压油作用下自动上升，只需承担启闭油缸自重产生的部分倾覆力，而非整体重量。以一个20 t 自重的启闭油缸为例，先将活塞杆与弧门吊耳安装好后，缸筒以倾斜70°的角度上升，其自重产生的侧向倾覆力只有6.84 t。而采用“自上而下”吊装所需要的起重能力则需要20 t 以上。因此，对汽车吊的起吊能力要求相对降低，变相降低了对大型汽车吊的依赖程度。采用中小型汽车吊或其他起重手段即可完成。从而使吊装安装更容易实现，特别适合于缺少大型起重设备的工程采用。而中小型汽车吊是一般工程施工必备的设备，因此，该技术具有一定的通用性和现实意义。

4 施工保证措施

4.1 质量控制

（1）液压启闭机安装人员需持证，并接受技术交底后方可上岗。

（2）液压启闭机安装时，其安装位置的控制报送监理复核且合格后方可进入下道工序。

（3）液压启闭机安装时，所有测量设备必须使用同套、同种设备，其间不准随意更换，以降低设备测量误差。

（4）经测量并符合后的控制线必须加以保护，以减小施工过程中的人为破坏。

（5）严格要求所有人员按照施工措施、设计图纸、技术规范等要求进行施工，坚持施工人员深入施工现场，随时了解掌握和解决现场技术问题，确保施工质量。

（6）油缸垂直起吊精度需控制在1/1 000 以内，以保证油缸安装质量。

（7）在油缸安装之前，必须对实际位置与连接尺寸进行复测，启闭机的横向中心线与实际测得的起吊孔中心线的距离不应超过±1 mm，高程偏差不应超过±5 mm，支撑面的高差不超过±0.5 mm。

（8）施工中对整个施工过程每道工序进行了全面监控，并对安装成果进行检查复测。

4.2 安全措施

（1）设专人负责施工现场的安全，施工前认真查看现场，所有上岗人员须经三级安全培训后方可进行施工现场。

（2）进入施工现场的人员，按规定穿戴好防护用品和必要的安全防护用品，必要时还必须使用安全防护用具。

（3）施工现场存放的设备、材料，应做到场地安全可靠、存放整齐、通道完整，必要时设专人进行守护。

（4）施工现场的洞、坑、沟、升降口、漏斗等危险处应有防护设施或明显标识。

（5）起吊构件时，应先对起重机及挂钩、钢丝绳、齿轮和电气部分进行检查并试车，确保安全可靠。吊装时应设专人指挥，禁止斜吊，禁止任何人站在吊运物品上或者在下面停留和行走。

（6）构件或设备吊装就位摘除吊钩前，应利用基础螺栓固定或焊接临时支撑，否则不得摘除吊钩。

（7）在构件或设备吊装到基础就位时，施工人员的任何部位都不得探入其结合面，以防轧、挤伤手。

（8）在焊接或切割前，清除工作面及周围易燃易爆物品，采取防火措施，严禁火灾事故的发生。

（9）液压启闭机在机械设备尚未安装完毕时，电气设备不得接通电源。

4.3 环保措施

（1）施工期间应控制噪声，合理安排施工时间，减少对周边环境的影响。

（2）夜间施工灯光应向场内照射，焊接电弧应采取防护措施。

（3）现场油漆涂装和防火涂料施工时，应采取防污染措施。

（4）在施工现场和生活区设置足够的卫生设施，安排专人负责，及时清理施工废弃物和生活垃圾，并将其运至指定的地点进行无害化处理，保持施工区和生活区良好的环境。

（5）加强对有毒有害气体、废水、废气、废油等的控制和处理，在施工过程中配备对有毒、有害气体的监测报警装置和安全防护用具，一旦发现有害气体，立即停止施工并疏散在场员工。

5 结语

通过对现有吊装技术的改进，使启闭油缸的吊装施工，降低了对大型汽车吊的依赖性，采用中小型汽车吊或其他起重手段即可完成。从而使吊装安装更容易实现，特别适合于缺少大型起重设备的工程采用。为同类型启闭油缸的吊装施工提供一种快速、安全、经济可行的施工手段。