老撾NN5水電站斜井壓力鋼管安裝技術

牛支現

（陜西省水利機械設備制造安裝有限公司 陜西 西安 710077）

本文通過對老撾NN5水電站1#斜井壓力鋼管安裝方法的介紹，提出一套科學、可行、高效、安全的斜井壓力鋼管安裝方法，解決了大角度，長距離，大管徑壓力鋼管安裝的技術難題，是對斜井壓力鋼管安裝方法的一種創新和嘗試，可以作為同類斜井壓力鋼管安裝方法的指導和借鑒。

1 工程簡介

老撾NN5水電站壓力鋼管為地下埋管，位于調壓井下部，采用“一管兩機”的供水方式，即一根主管經一個岔管分為兩根支管，分別向兩臺水輪機組供水發電，壓力鋼管全長1230.3m，由“三平兩斜一岔管”組成，斜井由斜井直管段和兩個彎管組成，其中1#斜井起始樁號為P0+035.278～P0+118.092，高程為EL.935.00～812.44，包括1#彎管、1#斜井直管段及2#彎管。斜井軸線與水平面夾角600，斜井直管段鋼管全長129.5m，管節長度2.5m，彎管長度均為10.9m，共包含直管節52節，彎管節12節。鋼管內徑3.5m，管壁厚20mm～22mm，管節最大外型尺寸 4.05m，1#彎管總重21.94t，1#斜井直管段總重 224.8t，2#彎管總重23.7t，最大管節重約5.7t。隧洞開挖為圓形斷面，開挖尺寸4.7m，噴護后凈尺寸4.5m。1#斜井示意圖見圖1。

老撾NN5水電站斜井壓力鋼管安裝施工具有坡比大，距離長，管節重，工期短，工程量大，安裝空間小等特點，在同類型水電站壓力鋼管安裝中具有一定的特殊性和代表性。

2 安裝工序與流程

壓力鋼管安裝主要包括管節進洞運輸、卸車變位、斜井運輸、安裝調整、支撐加固、環縫焊接、無損檢測、防腐刷漆等八道工序。

安裝時先將管節用汽車運進洞內，利用頂軌移動小車卸車并對管節進行變位，卷揚機牽引斜井滑動架將管節下放至安裝位置，利用掛在洞壁錨桿上的倒鏈、洞壁底部的千斤頂調整管節位置及高度，到達設計位置后用壓馬對口，手工電弧焊焊接管節之間環縫，超聲波無損檢測焊縫內部質量，最后對檢測合適的焊縫進行防腐處理。

3 管節運輸

3.1 進洞運輸

1#斜井壓力鋼管安裝時，在洞外鋼管堆放場地利用8t汽車吊將管節吊裝平放到運輸汽車上，倒鏈牽引固定后，拉運至洞內安裝工作面，停放在頂軌移動小車正下方。

3.2 洞內水平運輸與變位

在上平段末端靠近斜井口的洞頂上設置15#工字鋼作為頂軌，頂軌設置在隧洞開挖軸線上，利用間距2m、入巖深2m，雙排布置的錨筋固定工字鋼上翼緣板，工字鋼下翼緣板作為移動小車軌道，設置2組移動小車，兩組小車間距4m，每組小車下懸掛5t倒鏈一只，作為管節的一個起吊點。移動小車由四只滾輪及由鋼板焊接而成的車架組成，每只滾輪承載0.8t，每臺小車整體承載3.2t，小車各部件尺寸為經驗數據。兩臺移動小車用鋼絲繩做整體軟連接，運動過程中同步行走，始終保持相同的間距。

圖1 1#斜井示意圖

汽車運輸管節到安裝工作面后，由設置在洞頂移動小車上的2只倒鏈起吊，兩只倒鏈分別起吊鋼管上口上下游對稱部位，始終保持管節水平，管節被吊起后，運輸汽車駛離，完成管節卸車。

圖2 管節水平運輸及變位

圖3 滑動架結構示意圖

圖4 受力分析

調整上游側倒鏈的起吊高度，使管節上游側降低，形成管口上游低，下游高的狀態，當管節軸線與水平成約60°夾角時停止調整，施加外力牽引細鋼絲繩使移動小車向下游移動到斜井口。通過這段工裝能夠完成管節卸車，并使管節由水平變位到與安裝軸線大體一致的位置，為斜井軌道運輸做好準備，這樣管節在到達安裝位置后只需要進行簡單的調正即可達到設計位置。管節水平運輸及變位見圖2。

3.3 斜井軌道運輸

計算機模擬管節在斜井中運輸的實際情況，選定最佳的軌道中心距為1.06m。選取較大的軌距值，可以最大程度的避免管節在斜井軌道運輸時出現晃動或側翻。軌距值選取時也不易太大，防止安裝的軌道使管節抬升過高，導致管節上部空間不足，滑動架無法從管節底部拉出。

選取125槽鋼作滑動架軌道，翼緣板作為軌道面，利用洞底錨筋固定，軌道距離洞底留有一定的間隙，防止滑動架的滑槽磕碰、掛擦軌道底部的固定錨筋。軌道防變形支撐采用角鋼桁架結構，并與洞底錨筋焊接。

斜井運輸牽引選用牽引力8t，線速度5m/min～15m/min的可調速固定式卷揚機，牽引主鋼絲繩選取直徑Ф19.5mm，允許拉力5t，6×19鋼絲繩500m，減速裝置選用上下雙滑輪三股繩減速機構。

管節上游加勁環設四個吊點，四根等長吊繩連接吊點與主繩，移動頂軌小車將管節吊運到井口后，將輔助軌道支撐到位，卷揚機牽引滑動架到管節正下方，同時拉動兩個倒鏈將管節下放到滑動架上，并將滑動架和管節用鋼繩捆綁牢固，解除滑動架固定在軌道上的鋼繩，卷揚機主繩牽引四根吊繩起吊管節，使管節上移200mm，同時使頂軌小車起吊倒鏈吊爪脫扣，卷揚機牽引管節利用管節自重沿軌道慢慢下降，滑動到安裝位置。

滑動架為焊接件，整體結構，主要工作部位滑槽為兩根[125槽鋼，且在滑槽內嵌木條增加摩擦系數，以減小卷揚機主繩牽引力和定滑輪吊點拉力。滑動架結構示意圖見圖3。

4 受力分析及安全校核

洞頂軌道連接錨筋為Ф25螺紋鋼，入巖深2m，灌注錨固劑，經實測單根錨筋拉拔力大于5t。工字鋼兩米間距受力5t時強度及變形滿足實際要求。洞頂水平移動小車根據以往安裝經驗制造，滿足受力與強度需要。洞頂主繩定滑輪錨筋采用3根Ф25螺紋鋼，入巖3m，灌注錨固劑，拉拔力總和大于15t，滿足吊點拉力要求。主繩理論牽引力為

T=F-f=G·sinα-f=6sin60-N·f=6sin60-G·cos60·f'=6×0.866-6×0.5×0.2=4.6t（管節重量G=6t，動摩擦系數f'=0.2）

取滑輪組效率μ=0.8，主繩實際牽引力計算為T/μ=4.6÷0.8=5.75t，計入動滑輪及鋼絲繩重量0.7t，主繩最終牽引力為5.75+0.7=6.45t，即定滑輪錨筋所受拉力為6.45t，安全系數為 15÷6.45=2.3，減速機構單繩拉力為6.45÷3=2.15t，鋼絲繩允許拉力為5t，安全系數為5÷2.15=2.3。定滑輪錨筋、鋼絲繩及卷揚機滿足施工需求。受力分析見圖4。

圖5 工作平臺示意圖

5 管節安裝、加固與焊接

鋼管下降到位后，解除滑動架與管節捆綁鋼絲繩，用倒鏈及千斤將管節同時牽引和頂起，調整管節位置大體到設計位置，用洞壁錨筋將管節固定后，將吊繩松開，卷揚機牽引滑動架上升，使滑動架從管節底部脫離。滑動架上升到井口后通過鋼繩及卸扣固定在軌道上，等待下一管節運輸。管節校正好后，用工字鋼將加勁環與洞壁周圍錨筋剛性連接，管節對中使用紅外激光指向儀發出的可見紅外光線。

鋼管焊接采用四川大西洋牌焊條，直徑分別為Ф5.0、Ф4.0、Ф3.2，焊縫坡口形式為內坡口，管外焊接完成后，管內氣刨清根打磨后焊接成型。焊接結束后打磨除銹，為后序無損檢測提供工作面。

鋼管對接環縫打磨除銹完成后進行無損檢測，滿足規范及設計要求后，進行環縫的二次除銹，經除銹后的鋼管在2h內完成涂裝，保證鋼管涂層質量達到設計要求。

6 工作平臺架的設置

工作平臺架為3層鋼架管整體移動式結構，每層架管上搭設木板作為工作平臺，預留爬梯人孔口，并在平臺架上安裝3級滾輪，每層平臺間設置鋼爬梯連通，安裝鐵絲網人孔蓋。上層平臺為安裝平臺，供管節安裝對中、設備放置、錨筋布設，管節加固用；中層平臺為焊接平臺，供設備放置、焊接作業使用；下層平臺為檢測平臺，供打磨、檢測、防腐工作使用。若安裝與焊接強度不匹配，則可設置兩段工作平臺架。

管節內壁焊接工作平臺架支撐塊，支撐工作平臺整體重量，工作架上升移動時，連接塊自然移動到下層平臺，在打磨工序時割除。工作架上移時通過主卷揚機牽引，一般在管節下放到位后即可進行，一次牽引高度為一層高（上升一個管節高）。工作平臺的保險裝置為根Ф16鋼絲繩，用掛鉤固定于最高一級管節上口。工作架上移時人員離開平臺，去掉保險繩，等工作架移動到位后，將保險繩掛放到位置，檢查各部無異常后，人員進入工作面。

因管壁外空間比較小，外工作平臺使用加勁環與錨筋焊接后，鋪設木板搭建臨時平臺人員佩戴安全帶，安全繩，進行管節安裝，加固及管外支撐，完成管外環縫的焊接。

工作平臺示意圖見圖5。

7 結語

此方法在老撾NN5水電站1#斜井壓力鋼管安裝過程中取得成功，并應用到2#斜井的壓力鋼管安裝，安裝技術指標及施工進度符合工程要求，保證了施工質量和安裝進度，得到了業主的好評，實踐證明此安裝方法科學合理，安全措施得當有效，縮短了施工工期，降低了勞動強度，增加了安全系數值得同類水電站壓力鋼管安裝施工推廣和借鑒。由于筆者水平有限，不當之處敬請不吝賜教。陜西水利