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隨著我國水利水電工程的大規模建設，解決高壩快速通航問題顯得尤為迫切。升船機在過壩時具有不耗水、過閘時間短等優點，是通航建筑的重要組成部分。升船機為超高層薄壁混凝土建筑物，現場施工點多、范圍廣、高差巨大而且存在交叉作業，給現場安全管理帶來嚴峻挑戰，在模板施工、金結施工、頂部梁系施工、高空作業平臺施工等安全方面體現尤為明顯，施工安全控制難度遠超一般的水利水電工程。本文以三峽升船機工程為研究對象，圍繞塔柱模板、金結設備安裝操作平臺、頂部混凝土梁系支撐系統、交叉作業等安全風險較為突出的方面，進行了一系列系統性的研究和技術應用，通過技術措施與安全管理措施并重的方式成功解決了上述問題。

1三峽升船機施工要求及技術措施

三峽升船機為齒輪齒條垂直爬升式升船機，通航規模為3000t級船隊，建筑總高168.15m，塔柱墻體一般厚度為1m，屬于超高層薄壁混凝土建筑物。升船機為混凝土建筑與金結設備的完美結合，為了滿足升船機運行要求，對混凝土及金結安裝精度要求極高：混凝土精度控制要求±5mm，金結安裝精度控制要求不大于0.2mm，頂部橫梁及平臺板均為現澆鋼筋混凝土結構，結構跨度及重量極大，且處于高懸空部位。同時，由于齒輪齒條爬升式升船機對于施工程序的特殊要求，金結施工需跟進土建施工進行，以保證金屬結構的受力要求，從而形成多重立體交叉作業的情況。三峽升船機三維圖見圖1。針對以上要求，本文對三峽升船機施工安全控制問題展開研究，采用復雜結構塔柱群液壓自升式模板安全施工技術、多功能高空作業平臺安全施工技術、大跨度高位現澆混凝土貝雷架安全施工技術、升船機立體交叉作業風險控制技術等，通過應用這些技術措施，降低升船機施工安全風險。

2復雜結構塔柱群液壓自升式模板安全施工技術

2.1模板選型三峽升船機塔柱類似房屋建筑的框架結構，既有剪力墻、筒體，還布置有樓梯及各種板梁、門窗洞等結構，結構復雜，混凝土精度控制要求達到±5mm以內，建筑總高度168.15m。混凝土精度要求高、且存在巨大高差，模板選型需兼顧安全與精度要求，同時還需滿足快速提升、施工人員、施工材料、機械設備大面積鋪開的要求。在模板選型階段對滑模、懸臂模板和自升式懸臂模板三種方案進行了比選：1)滑模方案存在頂升系統同步性要求較高、支承桿易失穩等問題；2)懸臂模板方案存在依賴起吊設備、上升速度慢等問題；3)自升式懸臂模板結合了懸臂模板與自爬升模板的優勢，雖然模板投入費用較高，但更加安全可靠，可實現自爬升，不占用起吊手段，大大降低了爬升過程中的安全隱患，適合對混凝土精度及施工進度控制要求較高的大型工程。模板為塔柱施工的主要依托工具，絕大部分的人員、材料、設備均在模板上展開工作，正確選擇模板從源頭上降低了各施工工序的安全風險。2.2模板及平臺系統設計模板采用芬蘭板+木圍令的形式，之后采用橫向及縱向的槽鋼圍令連接在爬架上，模板結構穩固、安全，芬蘭板的混凝土成型效果好。鑒于升船機獨特的薄壁結構，采用高強對穿螺桿對模板形成對拉，以承受混凝土澆筑時的壓力，使得混凝土的壓力僅靠對拉便予以解決，大大降低了結構受力安全隱患；平臺的自爬升機構安全可靠，無需借助大型起吊設備及大量操作工人，大大降低了安全事故的發生概率[1]。平臺系統設計為五層平臺，能夠滿足鋼筋綁扎、混凝土澆筑、模板安裝及調整、自爬升裝置操作、混凝土修補等要求。模板及平臺系統見圖2。

3多功能高空作業平臺安全施工技術

3.1操作平臺選型。三峽升船機為齒輪、齒條爬升式垂直升船機，齒條、螺母柱、平衡重、縱導向導軌等金結設備均為主體結構澆筑完成后跟進施工，施工部位多，安裝高差大，均需土建、機電、金結、測量各專業配合施工，工藝、工序關系復雜。塔柱筒體與二期埋件安裝、二期混凝土、機電設備安裝、PAGEL灌漿施工形成多重立體交叉作業工況。操作平臺需同時滿足不同工序的作業空間、載荷、迫近距離要求，且需要快速完成各工序的作業轉換。傳統的滿堂排架方案搭設工程量龐大，易發生垮塌，吊掛排架方案對排架自身的結構穩定要求、懸掛系統的受力要求較高，安全風險極大。為此，針對升船機的結構特點定制了多功能高空作業平臺，摒棄了傳統的高風險施工方案，大幅降低了安全管控的難度。3.2提升系統設計。縱導向導軌施工部位為完全開敞式結構、且無任何其它結構干擾，無交叉作業問題，采取自爬升式系統。平衡重所處的平衡重井為封閉式結構，適合布置電動葫蘆軌道梁，且軌道梁不占空間，不影響設備吊裝及其他施工，因此，采取電動葫蘆提升式系統。齒條、螺母柱所處部位為開敞式的凹槽結構，不適合布置電動葫蘆軌道梁，采取卷揚機提升式系統[2]。3.3操作平臺設計。齒條、螺母柱分別為升船機的驅動系統及安全鎖裝置，對稱布置于升船機四個塔柱的中部，根據結構特點，施工操作平臺設計成L型，平臺高6.5m，共3層，下掛電動吊籃，用以滿足多個工作面同時工作的要求。設置卷揚機平臺，布置5臺卷揚機用于平臺提升，施工升降平臺就位后，頂部采用4個3t的手拉葫蘆固定，并設置4根吊掛連墻桿作為保險裝置。為滿足施工人員交通以及螺母柱二期埋件工裝加固需要，在齒條、螺母柱部位的升降平臺之間布置交通爬梯。齒條、螺母柱施工操作平臺布置見圖3。平衡重為升船機的平衡系統，布置于升船機的16個平衡重井內，操作平臺平面尺寸設計為2.1m×3.75m，高16m，共8層，可滿足一節軌道的安裝和一節軌道的二期混凝土施工同時進行的要求。由于施工高差過大，電動葫蘆軌道梁分兩次布置在塔柱的中部高程和頂部高程，平臺工作時采用多個硬支撐及手拉葫蘆固定在墻面預先埋設的吊點上。縱導向升降平臺為自爬升式升降平臺，操作平臺平面尺寸設計為6.0m×4.45m，高6.98m，共3層，依靠附墻式爬架及自升系統進行爬升，平臺工作時需進入鎖定狀態，保證平臺具有相當的承載力，縱導向升降平臺布置見圖4、圖5。

4大跨度高位現澆混凝土貝雷架安全施工技術

4.1支撐方案。三峽升船機在塔柱頂部布置有中控平臺、觀光平臺和數根橫梁等現澆混凝土結構，將塔柱連接形成整體結構，塔柱梁系為現澆鋼筋混凝土結構，橫梁高度2.75m，最大跨度25.8m，最大寬度2m，最重橫梁重達354.75t，且處于離地146m的高空，施工支撐結構設計難度大，橫梁結構見圖6。圖6橫梁結構經過比選，預制梁整體吊裝方案無法解決起吊重量限制的問題，整體式鋼桁架梁方案無法解決起吊重量和技術要求的問題，實施困難。最終采用“貝雷架+排架”的支撐方式施工，由于貝雷架可分散拼裝，解決了建塔起吊重量不夠的問題，施工完成后，貝雷架可由廠家回收再利用，經濟環保。由于貝雷架跨度大、自重大、承重要求高等特點，面臨支座設計、起吊、自身結構穩定性等諸多問題。4.2薄壁墻體大荷載貝雷架鋼結構支座。升船機為薄壁混凝土結構，墻體厚度均在1m左右，貝雷架單邊最大支座反力達4830kN，且需設置在薄壁砼上，支座設計難度大，支座安全直接關系到整個支撐體系的安全。根據支座的受力要求及升船機的結構特點，研發了薄壁墻體大荷載貝雷架鋼結構支座，見圖7，鋼結構支座通過高強度螺栓與埋件連接，安裝時對高強度螺栓施加一定的預緊力，通過支座與埋件結合面的靜摩擦力承受支座荷載，大大提高了支座的承載力[3]。4.3貝雷架支撐體系設計。貝雷架跨度為25.8m，所支承的橫梁最重達354.75t，跨度大、承重大，且還需考慮起吊重量的限制，以及貝雷架自身的撓度及側彎問題；同時，搭設在貝雷架上的排架還需考慮貝雷架的彎曲變形因素。這些因素造成整個貝雷架支撐體系面臨極大的安全風險。考慮到橫梁的結構特點、承載情況以及現場起吊手段，有針對性地提出了三排為單個單元組合形式以及“連接板+連接框”連接型式。貝雷架增設A型加強弦桿、水平連接框、斜桿外，在貝雷架上部設橫向連桿，保證了支撐系統聯合整體穩定。根據排架受力特點，研發了“澆筑大跨度混凝土梁用組合式貝雷架承重排架”，每根排架鋼管均有專用的排架底座，防止鋼管受貝雷架彎曲變形影響而移位或傾倒，在集中受力部位將鋼管局部加密，布置多層水平剪刀撐，加強排架的側向穩定。4.4貝雷架空中拼接技術。因貝雷架長度過大，重量較重，升船機現場起吊手段和起吊能力均不能滿足整體直接吊裝要求。需將2～3片貝雷架梁連接為一組作為一個起吊單元，采用兩臺建塔進行雙機抬吊，將貝雷架吊裝到位，然后在空中連接形成整體，見圖8。經計算，每組貝雷架吊裝單元重量均在建塔起吊能力范圍內，抬吊重量按兩建塔起吊能力的75%控制。在塔柱墻體貝雷架支撐體系下部設置了可移動的高空安全操作、隔離平臺，解決了貝雷架梁高空安裝過程中長度過長、自身變形大等難題，實現了貝雷架的空中連廊。

5升船機立體交叉作業風險控制技術

5.1升船機施工安全問題分析。升船機工程施工過程中存在著許多安全隱患，土建、金結設備安裝、測量等工作同步開展，存在著多重立體垂直交叉施工，易發生高空墜落、物體打擊、機械傷害等事故，大型設備的起吊、安裝、運行與拆卸的過程會加大危害事件發生概率和加劇危害事件后果的嚴重程度。在這樣的施工環境下，如何保障人身安全問題，如何保證精密、復雜的升船機運行設備在安裝過程中不遭受物體打擊，如何確保多種大型施工設備互不干擾地運行，如何進行有針對性、實效性的安全防控，都是亟需研究解決的問題。5.2立體交叉作業風險控制。安全組織結構在安全管理中起著重要的作用，是危險源控制措施得以實施的有效組織支撐。在分析三峽升船機立體交叉作業施工組織結構過程中，作業人員是主導因素，如何在立體交叉作業情況下建立合理的施工組織結構，對控制立體交叉作業危險源起著至關重要的作用。為了保證立體交叉作業能按照施工組織設計要求完成，制定組織結構模式時，應考慮項目部的職能部門對立體交叉作業施工項目的進度、質量、安全及現場管理等進行必要的檢查。水力發電三峽升船機施工安全控制技術研究與應用三峽升船機工程組織結構的構建思路是組織結構中設置“一縱一橫”兩大管理層面，見圖9，其中，“一縱”是指以項目相關各方、各施工單位、施工作業班組構成的生產執行軸；“一橫”是指以項目經理、施工負責人、施工班組長構成的決策層，以及管理層、執行層構成的監督管理軸。建立了立體交叉作業協調管理機制：1)決策層根據三峽升船機的施工進度、施工要求、各個施工段的施工方案進行施工作業上層溝通，制定整體的交叉作業施工方案和信息溝通表，總體協調；2)管理層根據決策層制定的整體立體交叉作業施工方案與本單位施工內容相結合，與各個施工單位進行作業信息溝通，形成立體交叉作業協調管理信息流；3)執行層制定的每天施工的具體施工內容，融洽各個作業班組之間的交叉施工內容[4]。同時還采取了各類防護措施，在高空作業平臺底部、塔柱頂部平臺及橫梁部位等存在物體打擊風險的高危部位采取搭設全封閉平臺防護的措施；在底部存在交叉作業風險的部位設置安全警戒線、安全哨；在船廂底板交通通道部位設置防護棚。通過以上立體交叉作業協調管理機制和防護措施，有效避免了安全事故的發生。

6結語

本文系統分析、總結了特大型升船機在施圖9三峽升船機立體交叉作業組織結構工過程中的主要安全控制技術問題，從模板、操作平臺、頂部梁系支撐系統、交叉作業等安全風險較為突出的方面進行了研究，并成功應用于三峽升船機工程，施工過程中未發生任何安全事故，升船機建設做到了安全、優質、高效，達到了各項高標準指標要求，有效降低了大型升船機施工過程中的安全風險，提高了施工效率。本文的研究思路和成果能夠為今后的大型升船機施工提供借鑒。

參考文獻：

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[2]馬少甫．多功能高空操作平臺施工研究與應用[J]．施工技術，2018，47(2)：84-87．

[3]朱俊杰，李士華．三峽升船機塔柱橫梁支撐系統設計[J]．中國工程科學，2013，15(9)：64-69．

[4]王建平，聶本武，張豐宇，等．水利水電工程立體交叉作業安全管理執行傳遞機制設計[J]．中國安全科學學報，2014，24(6)：116-122．

作者:馬少甫 單位:1.中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司 2.中國能建工程研究院水電施工設計研究所