葛洲坝水利枢纽是三峡水利枢纽下游反调节航运梯级,工程由泄洪冲沙闸、电站、通航建筑物组成,具有防洪、发电、航运等综合效益。该工程1981年1月开始发挥效益,至今已运行30多年,大江、二江电站及右岸开关站的发变电设备须进行改造。工程建设期间大件设备依靠坝顶铁路与国家铁路网连接形成的通道进行运输,工程完工后坝顶铁路使用日渐稀少,外接的部分铁路现已不可用。为适应葛洲坝电厂增容改造的需要,须对大件设备的运输方案进行研究。
一、运输方案研究
大件运输方案应尽可能利用枢纽已有的运输条件及相关设备。在分析枢纽对外交通现状的基础上,大件运输拟采用水路运输方案,将葛洲坝三江2号船闸作为大件运输的重件码头,利用上闸首的事故检修门桥机将大件从停泊于闸室的运输船上垂直起吊,沿桥机轨道平移至船闸左闸墙顶部装至公路平板车或铁路平车,沿坝顶已有公路或铁路分别运至目的地,再利用坝顶门机或临时起吊设备卸车。2号船闸上闸首事故检修门桥机只需增加一根平衡钢梁。可见,大件运输方案研究的主要任务是大件水平运输方案的研究,通过对公路和铁路运输条件进行调查,选择适合工程条件和满足运输要求的运输设备,按照通行大件运输车辆的要求对沿线结构进行复核、加固和改建,以确定枢纽大件运输交通改造工程的运输方案。
1.运输大件的主要参数
改造后坝顶铁路载荷设计标准为中一活载(载重250t),公路载荷设计标准为汽_ 超20、挂车一300,公路及公路桥面按加铺10 cm沥青混凝土(外加载荷2. 60 kN/m2) 考虑。
2. 大件水平运输方案
根据枢纽运输条件,大件水平运输有两种方案可供选择:
方案一:以铁路平车运输为主,公路平板车运输为辅。以2号船闸左闸墙顶面为大件运输起点,二江大江电站的大件全部由铁路平车沿坝顶铁路运输,经2号船闸活动钢桥、黄草坝至二江或大江电站坝面上游,再利用坝顶门机和厂内桥机转运至下游尾水平台;右岸开关站的大件,先沿坝顶铁路运至二江泄水闸与大江电站交接处(原 纵向围堰段),由坝顶门机再将大件从铁路平车转至公路平板车上,沿坝顶公路经大江电站、大江1号船闸、大江泄洪冲沙闸运至右岸开关站。
方案二:全线采用公路平板车运输。以2号船闸左闸墙为大件运输起点,利用公路平板车经2号船闸活动钢桥沿坝顶公路至二江电站、大江电站和右岸开关站。
3. 运输设备
运输设备可采用铁路平车或公路平板车。按运输最重件考虑,铁路平车按最小转弯半径60 m并以是否带动力牵引形成了两个方案,平车尺寸为21.0 mX 2.0 mX 1.5m(长X宽X高),纵轴4组轮距为1.32 m。若采用公路平板车可选择TATRA813牵引QC270型或奔驰3850牵引尼古拉2型纵列12轴平板车,平板车尺 寸为20〇1乂3.41111.07111(长父宽父高),纵轴距为1.6111。
4. 工程道路及桥梁条件
方案一:坝顶铁路涉及的建筑物自左至右有三江冲沙闸(6孔)、非溢流坝、2号 船闸、黄草坝、二江电站(21孔)、二江泄水闸(27孔)、大江电站(42孔〉,坝顶公路 涉及的建筑物自左至右有大江电站(42孔)、1号船闸左右闸墙和下闸首公路桥、大江泄洪冲沙闸(9孔)及至右岸开关站公路。根据250 t铁路平车定型设计的要求,2 号船闸左闸墙顶面与坝顶公路连接处不满足铁路平车要求的最小转弯半径,需增设三 角平台并铺设一段60级铁轨。
方案二:坝顶公路涉及的建筑物自左至右有三江土石坝、3号船闸、三江冲沙闸、 非溢流坝、2号船闸、黄草坝、二江电站、二江泄水闸、大江电站、1号船闸左右闸墙和下 闸首公路桥、大江泄洪冲沙闸及至右岸开关站公路。2号船闸左闸墙顶面与坝顶公路连接处转弯半径不满足公路平板车运输要求,需增设三角平台,使其顶面满足平板车 运输道路最小转弯半径17. 6 m的要求。
二、运输方案比选
根据所选大件运输车辆类型、运输线路和载荷设计标准,结合枢纽工程大件运输 的特点和坝面的水文地形资料,须对铁路和公路大件运输线路经过的桥梁等结构进行承载能力验算和转弯半径复核,根据对坝顶公路和铁路桥梁结构复核计算的结果,确定方案一和方案二大件运输方案的设备及改造加固内容。
1. 方案_
(1) 加设三角平台。按照满足铁路平车行驶就位和大件起吊装车的基本要求,以铁路最小转弯半径和与原有坝面铁路平顺连接为控制条件,在三江2号船闸上闸首左闸墙和非溢流坝交汇处增设三角形平台,非溢流坝段侧长19. 30m,2号船闸左闸墙侧长10. 60m。
(2) 非溢流坝和2号船闸左闸墙须加固。增设平台结构的支撑部位为非溢流坝和2号船闸上闸首左闸墙上部,而非溢流坝和2号船闸上闸首左闸墙上部均为悬臂结构,外挑宽度为3m,混凝土标号低,结构配筋较少。针对悬臂结构因增设三角平台及行走大件运输车辆而增加的载荷,应用植筋技术完成平台支撑结构的配筋,同时采用 预应力高强锚杆对非溢流坝段和2号船闸左闸墙的悬臂结构进行加固。平台支撑部 位应用混凝土切割技术开挖形成,切割形状按桥梁支撑要求确定。
(3) 2号船闸阀门井盖板须按中一活(载2500标准重新设计钢筋混凝土盖板并对其支撑部位进行布筋。
(4) 2号船闸上闸首桥机排架增加吊大件平衡钢梁。
(5) 在2号船闸上闸首左闸墙增设的三角平台处铺设260 m长的60级铁轨,与坝面原有铁路平顺连接》
(6)购买铁路平车并租用公路平板车。
2. 方案二
(1) 加设三角平台。按照满足公路平板车行驶和大件起吊装车的基本要求,三江2号船闸上闸首左闸墙和非溢流坝交汇处须增设三角形平台,非溢流坝侧边长10. 16m,2号船闸左闸墙侧边长9. 22m,平台由4片钢筋混凝土T型梁组成。
(2) 非溢流坝和2号船闸左闸墙加固,加固范围为增设三角平台支撑结构的部位,加固措施同方案一。
(3) 黄草坝至二江电站约50m长的坝顶公路路基与路面结构按现载荷标准进行加固或改造。
(4) 2号船闸阀门井盖板改建(同方案一)。
(5) 增加吊大件平衡钢梁(同方案一)。
(6) 公路平板车租用或购买。
3. 方案比选
(1) 方案一和方案二在技术上均是可行的。
(2) 方案一采用的铁路平车,尺寸为2L0mX2.0mXl.5m(长X宽X高),目前市场上并无现成的产品,需要专门设计和制造,周期长、费用高,还可能存在一些不确定的技术问题。平车车头部分须进到船闸事故门槽与桥机排架柱之间才能基本满足大件起吊装车要求,周边富余距离很小,设置车挡的位置比较紧张,另外大件起吊转向后距桥机排架柱的距离仅有20余厘米,大件重心能够到达的装车位置与平车中心不重合。
(3) 两个运输方案改造工程涉及的新建、改建或加固项目基本相同,主要差别在于新建三角形平台规模。方案一须增设的三角平台尺寸较大,相应平台梁跨、梁高、梁重、吊距及梁端支撑部位切割、加固范围较大,平台工程量、施工难度及改造工程费均较方案二要大。
因此,从工程实施的可靠性考虑,推荐采用方案二,即公路平板车运输方案为葛洲坝电站增容改造大件运输方案。
三、结论与建议
两个运输方案在技术上均属可行方案,从工程实施的可靠性考虑,推荐采用方案二.该方案运输线路的坝顶公路沿线桥梁的承载能力均满足要求,须在2号船闸上闸首左闸墙与非溢流坝段交汇处增设三角平台,三角平台的结构及支撑部位的改造和加固应进行合理的设计。
由于混凝土缺陷和碳化对结构会产生不利的影响,应采取必要的手段对方案二运输线路涉及的钢筋混凝土结构进行检测;对桥面铺装层和活动桥枕木进行全面检查,更换不合格部分;对钢桥杆件连接处的高强螺栓和焊缝进行全面检査,更换不合格的高强螺栓,对不合格的焊缝进行处理;在大件运输前,应对关键部位进行载荷试验; 在大件运输的过程中,应对关键部位的结构进行监测。