錦屏二級水電站豎井段壓力鋼管的安裝方法

李東

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

錦屏二級水電站是雅礱江上正在興建的一座超大型引水式地下電站。電站最大設計水頭321 m，額定水頭288 m，共裝8臺單機容量600 MW的混流式水輪發電機組。

電站共設8條高壓管道。立面布置上、下平洞及上、下彎段，中間通過豎井連接;單條高壓管道設計長度為540～584 m，安裝中心高程差為250 m，鋼管內徑D 為6.05～6.5 m，制安總量約2.5萬t，鋼管設計DH 值為1872 m2，最大DH 值達2086.5 m2，其單項工程量和PT 值均為目前國內最大。

2 豎井段壓力鋼管安裝特性

錦屏二級水電站豎井段高度為189 m，其壓力鋼管采用16 MnR 鋼材制造，內徑6.5 m，管壁厚22～32 mm，單節管節長度為3 m;鋼管外部設有三道加勁環，寬0.2 m，厚度同鋼管，間距為1 m，鋼管不設內部支撐，單條豎井管節數量為63節，安裝總量約為930 t。

單條豎井段壓力鋼管管節吊裝單元尺寸、數量及重量見表1。

表1 單條井段壓力鋼管管節吊裝單元尺寸、數量及重量表

3 工藝原理

豎井鋼管采用布置在豎井頂部的移動式起重機輔以施工作業平臺、簡易電梯、布置在下彎段的爬梯及平臺等自下往上依次進行安裝。

4 工藝流程及操作要點

4.1 豎井壓力鋼管安裝工藝流程(圖1)

圖1 豎井鋼管安裝工藝流程圖

4.1.1 豎井壓力鋼管安裝前的準備工作

(1)檢查鋼管運輸道路(含隧洞、施工支洞等)情況，應滿足鋼管運輸要求。

(2)完成施工電源、工具房布置。

(3)完成豎井鋼管吊裝起重機的安裝調試及荷載試驗。

(4)完成起吊平衡梁、豎井作業平臺、簡易電梯等輔助工裝的制作安裝。

(5)完成各部位卷揚機、導向滑輪及固定錨桿等的安裝。

(6)完成施工照明、施工通訊的布置。

(7)鋼管軸線位置已與隧洞設計中心校核無誤，測量控制點已按要求布置完成。

4.1.2 豎井鋼管安裝工藝流程

豎井鋼管安裝工藝流程見圖1。

4.2 起重設備的選型及輔助工裝的制備

豎井壓力鋼管起重設備布置情況見圖2。

4.2.1 豎井鋼管吊裝起重機

圖2 豎井壓力鋼管起重設備布置示意圖

4.2.1.1 起重機結構型式及布置位置

起重機結構型式為雙吊點單向移動式起重機+平衡梁，布置在豎井頂部。

4.2.1.2 起重機的工作方式

(1)起重機采用單節管節吊裝方式，起重量應考慮平衡梁及作業平臺重量;

(2)起重機起重運行工況:負載下降、空載上升;

(3)起重機為兩種工作方式:雙機電氣聯動(同步)工作方式和單機分別(調整)工作方式。出于安全因素考慮，起重機上應加裝荷載儀和雙鉤糾偏同步裝置。

4.2.1.3 起重機起重參數選擇

(1)起重荷載分析。

綜合考慮動荷載、不均衡荷載及其他荷載，起重機最大的起重荷載為28 t。

(2)額定起重量的選定。

依據安全、經濟、實用性原則，綜合考慮目前國內類似起重設備的設計制造能力、設備采購周期及使用成本等因素，選定起重機額定起重量為2×16 t。

(3)起升高度的選定。

上下平洞管節安裝中心高度差為250 m，考慮到橋機安裝高度及管節卸車高度需要，選定橋機起升高度為280 m。

(4)行走、起升速度的選定。

綜合考慮起重機行走、起升速度的安全性、平穩性和管節吊裝工效等因素，起重機行走速度可按10～15 m/min 選取，起重機下降(或上升)速度可按8～10 m/min 選取。

(5)整機工作級別的選擇。

按單條豎井吊裝管節工作次數、單臺起重機使用年限等因素，選定起重機整機的工作級別為A4。

4.2.2 起重機平衡梁

在起重機滑輪組下布置平衡梁是為了防止起重機滑輪組在升降過程中因滑輪組旋轉發生鋼絲繩纏繞造成死鉤，同時解決因雙吊點起降不同步產生的不均衡問題。

4.2.3 豎井作業平臺豎井作業平臺利用型材和鋼板焊接而成，共分三層，每層高度根據鋼管高度確定為3 m。其中上層平臺為鋼管管節調整、組拼、焊接平臺;中層平臺主要用于存放焊接設備和各種臨時材料;下層平臺為焊縫打磨、防腐施工平臺，同時用于簡易升降電梯的臨時存放。

在作業平臺上、下層各安裝4個導向滑輪，導向滑輪在作業平臺的吊裝過程中起導向和穩定作用。在中層平臺底部布置兩組共4個定滑輪用于作業平臺與簡易升降電梯的連接，定滑輪間距＞1/2吊籠最大外型尺寸。

在上層平臺四角焊接8個吊耳并安裝8根鋼絲繩，其中4根鋼絲繩通過吊耳及掛鉤將作業平臺懸掛于已裝鋼管管壁上口，另外4根鋼絲繩作為起吊平臺的備用鋼絲繩。

4.2.4 簡易電梯

4.2.4.1 結構型式

簡易升降電梯由吊籠、升降系統及防墜裝置等組成。通過布置在中層作業平臺底部的4個定滑輪與作業平臺相連接，其結構型式以及與工作平臺的連接方式見圖3。

圖3 豎井簡易電梯結構及連接示意圖

(1)吊籠采用型材和鋼板焊接而成。升降系統主要用于控制吊籠的升降，由一臺10 t 卷揚機及若干地錨和導向裝置組成。

10 t 卷揚機鋼絲繩利用布置在豎井底部的一組導向裝置通過預先布置在豎井中層作業平臺底部的兩個定滑輪與安裝在簡易升降電梯平衡梁中部的楔形繩卡相連接。

(2)防墜裝置主要用于防止吊籠升降過程中由于其起吊鋼絲繩突然發生斷裂而引發的高空墜落事故，該套裝置由平衡梁、防墜器、5 t 卷揚機及若干地錨和導向裝置組成。

5 t 卷揚機鋼絲繩與防墜器連接后通過預先安裝在作業平臺中層的兩個定滑輪與固定在豎井底部的一組地錨相連接。

4.2.4.2 簡易升降電梯的使用方法

簡易電梯安全連接后，操作5 t 卷揚機，調整鋼絲繩張緊度至安全使用范圍。簡易升降電梯在使用時，只需操作10 t 卷揚機即可實現吊籠的安全升降。

由于簡易電梯合理的使用了平衡梁及防墜裝置，使得在吊籠整個升降過程中，既可以有效預防人員高空墜落事故的發生，又可以防止吊籠發生旋轉，確保了施工人員的生命安全。

4.2.4.3 設備的選型

(1)吊籠、防墜器及附件:吊籠、防墜器及附件為特種設備，應選擇有資質的廠家生產，并根據最大載重量選擇合適的型號。對于載人系統中的防墜裝置，我們選用的是河北省武安市通達機械有限公司生產的BF0511型防墜器及XS60(B)型楔形繩卡，載人吊籠型號為GLS-0.8型，具體安裝及使用方法可參見廠家使用說明書。

(2)10 t 卷揚機:使用JM-10雙液壓抱閘型慢速電動卷揚機，鋼絲繩額定速度≤15 m/min，鋼絲繩直徑為φ28(6×37+FC)，卷筒容繩量為500 m。

(3)5 t 卷揚機:使用JM-5雙液壓抱閘型慢速電動卷揚機，鋼絲繩直徑為φ20(6×37+FC)，卷筒容繩量同10 t 卷揚機。

4.2.4.4 簡易升降電梯在使用過程中的注意事項

(1)防墜裝置在正式使用前應做等負荷墜落試驗。

(2)定期按規定對簡易電梯所使用的鋼絲繩進行檢查及維護保養。

4.2.5 下彎段爬梯及平臺

豎井鋼管安裝是在下彎段鋼管安裝完成、混凝土澆筑已完畢的基礎上進行的。在下彎管上部設一臨時平臺，下部設臨時爬梯，安裝人員從下彎管管壁內側的臨時爬梯經臨時平臺進入簡易升降電梯，由升降電梯進入作業平臺。

4.3 測量控制

采用高精度激光投點儀自上向下投點，控制鋼管安裝中心，用水準儀對鋼管的高程及管口水平度進行控制，每安裝3～5節鋼管測量一次。

4.4 具體安裝方法

4.4.1 鋼管裝車固定及水平運輸

壓力鋼管水平運輸選用25 t 平板載重汽車進行運輸。在運輸過程中，應采用手拉葫蘆對稱將鋼管綁扎牢固，裝車固定及水平運輸情況見圖4。

圖4 鋼管裝車固定及水平運輸示意圖

4.4.2 鋼管吊裝

載重汽車將鋼管運至施工支洞移動式起重機覆蓋范圍內，利用起重機將鋼管卸車并吊裝至安裝部位。

吊裝時選用4根鋼絲繩通過焊接在平衡梁底部兩側的兩組吊耳對鋼管進行吊裝。鋼管吊裝到位后，將作業平臺上的備用鋼絲繩掛到主鉤上，起升主鉤，將作業平臺隨鋼管吊起，摘除平臺與鋼管間的掛鉤，然后將鋼管重新下落至上節鋼管管口，穩定固定后摘除鋼管起吊繩，提升主鉤，將作業平臺懸掛于最上一節鋼管管口，取下掛在橋機主鉤上的4根備用鋼絲繩后，施工人員即可在作業平臺上繼續進行鋼管安裝作業。作業平臺就位后，安裝人員從豎井底部進入簡易升降電梯，由升降電梯進入作業平臺(圖5)。

4.4.3 豎井壓力鋼管的調整與固定

鋼管吊裝就位后，在作業平臺上對管節的中心進行調整，并通過壓碼、楔鐵等工具對管節進行壓縫，檢查合格后即可進行加固及焊接工作。管節內側焊接在作業平臺上完成，管節外側焊接在臨時施工平臺上完成。

臨時施工平臺的搭設方法:以洞內錨桿為基礎，采用鋼筋焊接組成平臺，在平臺上鋪設密集竹跳板并用鐵絲固定，在鋼管外壁形成一個牢固安全的作業平臺。

4.4.4 現場安裝環縫焊接

(1)鋼管安裝調整合格并加固牢靠、驗收合格后，進行現場環縫的焊接。每條焊縫應連續完成，不得中斷。如因特殊情況必須中斷，應采取焊縫保溫及其它防止產生裂紋的措施。

(2)安裝環縫從首裝節開始依次施焊，禁止隔縫施焊，以控制焊接應力。

(3)環縫焊接時，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限各布置1～2名焊工同步對稱分段施焊。

(4)焊接完成24 h 后，應對焊縫進行無損檢測。

4.4.5 現場防腐涂裝

壓力鋼管安裝檢測合格后，按設計要求進行安裝焊縫及涂層破損處的防腐涂裝。

4.4.6 檢查驗收及混凝土澆筑

壓力鋼管分段安裝完成并經驗收合格后進行混凝土澆筑。經過多次循環，完成整條豎井壓力鋼管的安裝工作。

5 質量控制

(1)豎井壓力鋼管安裝的重點是控制管口中心、高程、傾角、管口之間的組裝間隙及對口徑向錯邊量等。

(2)豎井壓力鋼管安裝應符合設計文件及《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》(DL/T5017-2007)的要求。

(3)鋼管安裝調整到位后，應按設計要求將外部支撐安裝并焊接牢固，確保鋼管在混凝土澆筑過程中不發生移位和變形。

(4)鋼管在焊接過程中應嚴格按已制定的、合理的焊接工藝及規程執行。

(5)焊縫對接接頭的錯位應進行緩坡處理，焊縫表面應打磨光滑。

(6)鋼管在安裝過程中應采取必要的保護措施，防止鋼管表面涂層被破壞。

(7)鋼管安裝完畢，并經檢查合格后，應在3～5 d 內澆筑混凝土。如逾期或有碰撞應予以復測，復測合格后方可進行混凝土澆筑。

(8)混凝土澆筑后應對鋼管各項參數進行復測并做好記錄。

圖5 鋼管吊裝過程中平臺與簡易電梯布置示意圖

6 結語

錦屏二級水電站豎井段壓力鋼管的安裝由于采用了合理的技術方案，取得了良好的效果。

(1)采用雙吊點單向移動式起重機吊裝鋼管，有效的解決了豎井鋼管的垂直運輸問題，降低了安全風險，提高了工作效率，加快了安裝進度。

(2)根據豎井壓力鋼管安裝特點設置施工作業平臺，作業平臺分為三層，通過多組鋼絲繩及掛鉤懸掛在已安裝完畢的鋼管上管口，施工時便捷、穩定，降低了施工難度，提高了工作效率。

(3)采用簡易電梯，有效的解決了施工人員上下的問題，提高了工作效率;電梯上安裝有防墜落裝置對電梯運行全程進行防護，有效降低了安全風險。

(4)采用高精度的激光投點儀控制鋼管安裝中心，有效解決了豎井鋼管安裝精度控制，簡化了安裝程序。

錦屏二級水電站單條豎井鋼管安裝計劃施工工期為8個月，目前，已完工的4條豎井實際施工工期為5～6個月，鋼管安裝質量優良，未發生人員及設備安全事故，取得了良好的經濟效益和社會效益。