三峡升船机平衡重组安装技术

三峡升船机平衡重组安装技术

彭翰林

中国葛洲坝集团机电建设有限公司四川成都610031

摘要：三峡升船机是目前世界上技术难度和规模最大的全平衡垂直升船机，其承船厢满载重量15500吨。为平衡承船厢的重量，三峡升船机设置了与承船厢满载重量15500吨相等的平衡重组。平衡重组分为16组，均匀分布在承船厢两侧混凝土塔柱内，平衡重组的安装是三峡升船机设备安装重要环节和技术难点之一。论文基于平衡重组运输、吊装及调整等几个关键问题，提出了相应的技术方案，通过三峡升船机平衡重组安装的实践验证，得到了满意的结果。

关键词：三峡升船机；全平衡；平衡重组；安装技术

1、概述

三峡升船机全线总长约5000米，船厢室段塔柱建筑高度146米，最大提升高度为113米、最大提升重量1.55万吨，其承船厢长132米、宽23.4米、高10米，可实现3000吨级的船舶过坝。

为平衡承船厢结构设备、承船厢内水体以及过坝船只的总重量，减小承船厢升降运行的驱动负载，三峡升船机设置了与承船厢满载重量相等的平衡重组，通过平衡滑轮、钢丝绳及平衡链等系统（如图1-1：平衡重系统布置图所示）实现承船厢与平衡重组之间的全过程平衡。

三峡升船机平衡重组一共有16组，均匀对称地分布在承船厢两侧混凝土塔柱的平衡重井内，通过平衡重井壁上的导轨进行导向，实现平稳升降。每组平衡重组均由1套平衡重钢结构框架、1套导向装置、1套钢结构吊篮、2块铸钢平衡重块、2块非标砼平衡重块、10块标准砼平衡重块以及1组调整平衡重块组成。

2、平衡重组安装技术指标

2.1钢丝绳正常受载状态下，同一平衡重组内同类平衡重块吊轴的中心线应在同一水平线上，最大高度差不得大于10mm，悬吊钢结构吊篮的平衡梁的水平度偏差不大于5mm。超过以上规定值时，通过调节船厢侧的花篮螺栓调整钢丝绳的长度，使平衡重块位置满足要求。

2.2钢丝绳正常受载状态下，框架结构顶部安全梁上的缓冲块应与平衡重块接触，并保证每侧不少于四个支承点。框架结构底部安全梁上的缓冲块与平衡重块之间应有一定的间隙，最小间隙不小于50mm。

2.3框架结构（包括导向轮装置）应在厂内进行预拼装，其形位偏差须满足设计要求。框架结构在现场与平衡重块组装后，两侧纵向安全梁内侧腹板间距误差不大于±2mm，在竖直平面内的倾斜不应超过其总长的1/1000，且不大于5mm；两端横梁和竖粱内腹板间距误差不大于±1mm。

2.4安装前，导向轮轴承及碟形弹簧内加注润滑脂，导向轮应转动灵活无卡阻。

2.5各组平衡重的重量应基本相同，通过调整平衡重的调整后，其总重量和规定重量之间的偏差最大不超过±0.10％

3、平衡重组安装工艺流程

三峡升船机平衡组安装施工工艺流程：施工准备→平衡重组钢支撑梁制造→现场清理、测量放点→平衡重组钢支撑梁安装→平衡重钢结构框架安装→铸钢平衡重块安装→非标平衡重块安装→标准平衡重块安装→钢结构吊篮安装→钢结构吊篮内混凝土浇筑→平衡重组调整→导向装置安装→平衡重组挂载→调整平衡重块安装→平衡重组配平。

4、平衡重组安装方法

4.1平衡重块的运输

铸钢平衡重块、混凝土平衡重块、钢吊篮侧立运输。在存放地采用1台200T汽车吊和1台50T汽车吊配合翻身、60T平板装车运输。

4.2平衡重块的翻身

平衡重块采用200T汽车吊卸车、台车转运至84平台筒体内，卷扬系统配合63T桥机翻身。详见图4-1：平衡重块的翻身吊装示意图。

图4-1平衡重块翻身吊装示意图

4.3升船机175平台支撑梁安装布置

三峡升船机175平台支撑梁作为平衡重组安装临时支撑及安置平台，为钢结构梁系组成，具体安装布置及拆除方法如图4-2：175平台支撑梁安拆示意图所示。支撑梁就位后相互间加固牢靠，防止倾倒。

图4-2175平台支撑梁安拆示意图

4.4平衡重组安装

4.4.1三峡升船机平衡重组安装主要采用主机房63t桥机配合起重作业，平衡重块吊装顺序，见图4-3：桥机工作范围内平衡重块吊装顺序图与图4-4：桥机工作范围外平衡重块吊装顺序图。

图4-3桥机工作范围内平衡重块吊装顺序图

图4-4桥机工作范围内平衡重块吊装顺序图

4.4.2平衡重块由桥机和滑车组在平衡重井内抬吊翻身、竖立。

4.4.3平衡重块由桥机起升至平衡重块安装部位，平衡重块底部用钢支承垫起，同时将平衡重块固定牢固，防止出现平衡重块倾翻现象。

4.4.4先安装铸钢平衡重块。安装时用桥机先将铸钢平衡重块提起。将与铸钢平衡重块提升钢丝绳相邻的提升绳与铸钢平衡重块的吊耳板进行连接，当平衡重块与提升绳连接后，桥机主钩下降，并将平衡重块的受力转移到相邻的提升钢丝绳上，拆除桥机主钩吊装平衡重块与钢结构框架侧的吊装钢丝绳，并使吊装钢丝绳从钢结构框架横梁的另一侧进入再与平衡重块吊具连接，起升桥机主钩，同时将平衡重块的受力转移到桥机主钩上，拆除相邻的提升钢丝绳与平衡重块吊耳板的连接，铸钢平衡重块由桥机吊入钢结构框架内。将铸钢平衡重块的连杆与平衡重块连接，然后用桥机提升平衡重块与提升钢丝绳连接。

4.4.5铸钢平衡重块吊装完成后，按照安装顺序进行砼平衡重块和钢结构吊篮安装。砼平衡重块和钢结构吊篮的吊装方法是：先将钢支承摆放至大概位置，并预留出吊装空间；当平衡重块由平板车运输到平台后，同样采用铸钢平衡重块水平台车运输的方法，将平衡重块翻身、竖立起吊。

4.4.6平衡重块全部安装完成后，将存放在平衡重井内的外侧水平纵梁用桥机进行吊装，上、下两根水平纵梁的安装顺序是：先安装下水平纵梁，后安装上水平纵梁。下水平纵梁的安装方法为：在桥机上临时挂装一个平衡梁，在平衡梁的两端各挂一根吊装钢丝绳，其中一根钢丝绳挂一台导链，用来调整水平纵梁的吊装水平度，在两根平行吊装钢丝绳起吊后，吊装钢丝绳进入两个平衡重块之间的间隙内，最终使得水平纵梁的吊装就位。上水平纵梁可以直接用桥机吊装就位。

4.4.8利用平衡重井内施工平台与临时施工平台进行橡胶缓冲器的安装。橡胶缓冲器安装的技术要求是：钢丝绳在正常受载状态下，框架结构顶部安全水平纵梁上的缓冲块应与平衡重块接触，并保证每侧不少于4个支承点。框架结构底部安全水平纵梁上的缓冲块与平衡重块之间应有一定的间隙，最小间隙不小于50mm。

4.5平衡重组调整

4.5.1平衡重组吊装就位后，按顺序与钢丝绳连接后挂装在船厢两侧，并对平衡重组吊点中心进行测量，分析数据。

在平衡重井189平台，布置测量水平仪，对每组平衡重组内同类型平衡重吊点中心高差进行测量，并做好详细记录。

比较、分析12块砼平衡重块吊点高差，取偏差10mm以内分布最密集的数据平均值x作为砼平衡重块钢丝绳调节基准。

比较、分析2块铸钢平衡重块吊点高差，取其中与上述x值差值更接近1210mm的数值y作为铸钢平衡重块钢丝绳调节基准。

比较、分析钢吊篮双吊点高差，取其中与上述x值差值更接近1136mm的数值z作为钢吊篮钢丝绳调节基准。

4.5.2平衡重组调整

平衡重组依靠钢丝绳调节组件进行高差调节，钢丝绳调节组件位于承船厢主纵梁走道板两侧耳板上，主要由花篮螺栓、防旋板、销轴、轴承等构成。钢丝绳调节时，首先将花篮螺栓锁紧螺母旋开，拉紧钢丝绳，旋转

图4-5平衡重组钢丝绳张拉调整示意图

花篮螺母旋至目标状态，再旋紧锁紧螺母，该过程中必须做好记号，监控螺杆与螺母的旋合长度。

根据卡萨提供的其中一根钢丝绳的预拉伸曲线，钢丝绳长度L=149.561m，拉力P1=900kN时，钢丝绳伸长量△L1=900mm；拉力P2=1500kN时，钢丝绳伸长量△L2=1200mm；并且该预拉伸曲线基本为线性，由此可知L=149.651m的钢丝绳的弹性系数为：K0=（P2-P1）/（△L2-△L1）=（1500-900）/（1200-900）=2.0kN/mm。

钢丝绳弹性形变为均匀变形，而承船厢侧钢丝长度约133m，考虑到钢丝绳需克服滑轮摩擦力，故该段钢丝绳弹性系数约为：K1=K0*149.651/133=2.25kN/mm。

在不考虑钢丝绳自重影响的条件下，钢丝绳与滑轮组滑动摩擦系数取=0.1～0.2，如若要调整平衡重块高度，则钢丝绳拉力必须大于平衡重块重力以及钢丝绳与滑轮摩擦力之和即处于860kN～1180kN间，因此可得出拉动平衡重块时钢丝绳弹性变形约117~281mm间。

考虑到钢丝绳弹性变形较大的特点，为减少因变形引起的调整误差和调节量，我们建议采用钢丝绳张拉的方法进行钢丝绳调整。

钢丝绳液压张拉器布置于承船厢主纵梁走道板两侧的工装耳板上，利用1~2台100t液压千斤顶将钢丝绳锥套下拉，以实现钢丝绳张拉的目的，详见图4-5：平衡重组钢丝绳张拉调整示意图所示。

4.6平衡重组导向装置安装

平衡重组导向装置利用起重辅助穿入平衡重组导轨后，吊装就位，并进行螺栓紧固。

4.7调整平衡重块安装及平衡重组配平

平衡重组理论上和承船厢结构设备、承船厢内水体以及过坝船只的总重量相同，在挂载完成后根据两侧实际重量偏差，对平衡重组顶部进行增减调整平衡重块，以实现平衡重组与承船厢实际平衡。

5、结语

经过七个月的施工，三峡升船机平衡重组全部安全顺利地安装就位，实践检验了本文所述的安装技术科学可靠。