世界最深豎井壓力鋼管安裝方法創(chuàng)新研究

羅健

摘 要： 文章以現(xiàn)階段世界最深的豎井安裝項(xiàng)目-厄瓜多爾美納斯水電站豎井壓力鋼管安裝為例，重點(diǎn)分析施工方法和安裝工藝以及豎井壓力鋼管安裝工藝的創(chuàng)新點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果，為高深豎井壓力鋼管安裝提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 世界最深豎井;鋼管吊裝;創(chuàng)新;工作平臺(tái)

1 緒論

厄瓜多爾美納斯水電站為現(xiàn)階段世界最深的豎井安裝項(xiàng)目，洞內(nèi)滲水嚴(yán)重，洞壁內(nèi)鋼管安裝與焊接難度較大，工期時(shí)間緊。進(jìn)行了安裝工藝優(yōu)化，焊接、安裝、防雨3個(gè)平臺(tái)以及1個(gè)載人平臺(tái)的創(chuàng)新，本文主要介紹了克服豎井安裝過(guò)程中的各種困難以及各個(gè)平臺(tái)互相配合施工的方法。

2 工程概況

厄瓜多爾美納斯水電站引水壓力鋼管總長(zhǎng)約730.7m，總重約3200.2t。按照安裝位置可分為上平段、豎井段與下平段三個(gè)部分。上平段鋼管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度50.66m，總重量117.9t;豎井段鋼管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度468.83m，鋼管內(nèi)徑為3770mm;總重量2113.1t;下平段鋼管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度211.22m;重量969.2t。

3 施工小組設(shè)置

壓力鋼管安裝擬設(shè)立3個(gè)施工小組，其中，鋼管轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝、調(diào)整與加固設(shè)為第1小組;鋼管焊接設(shè)為第2小組;保溫、打磨、無(wú)損檢測(cè)、焊縫補(bǔ)漆等設(shè)為第3小組。

4 施工準(zhǔn)備與資源配置

4.1 施工準(zhǔn)備

調(diào)壓井20t龍門式起重機(jī)安裝;壓力鋼管安裝平臺(tái)、焊接平臺(tái)、防雨平臺(tái)、載人吊籠的制作;檢查鋼管堆放場(chǎng)至調(diào)壓井道路滿足要求;豎井內(nèi)施工電源準(zhǔn)備、通訊裝置對(duì)講機(jī)等準(zhǔn)備就緒;測(cè)量控制樣點(diǎn)布置完成。

4.2 資源配置

壓力鋼管安裝主要人力資源計(jì)劃：分為白班和晚。白班有安裝工3人，焊工8人，起重2人，門機(jī)操作手1人，探傷人員1人，電工1人，技術(shù)員1人;晚班有安裝工2人，焊工6人，起重1人，門機(jī)操作手1人，電工1人，技術(shù)員1人。

4.3 作業(yè)平臺(tái)

工作平臺(tái)以及吊籠是鋼管安裝重要設(shè)施，起到承載施工人員和必備設(shè)備的作用，所以必須具有可靠的安全性。本次施工尤以焊接吊籠尤為重要，6層焊接平臺(tái)高度為17m，自重約為7.35t，平臺(tái)上各種設(shè)備重約為5t。

4.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

焊接吊籠共有6層，總高17m，直徑3.57m。六層平臺(tái)實(shí)際重量約為7.35KN（計(jì)算重量G=50*150%=110KN），六層平臺(tái)總的載荷約為50KN（計(jì)算載荷P=50*150%=75KN），單層平臺(tái)的承載能力按（P+G）*100%=185KN計(jì)算。

4.3.2 主梁載荷、強(qiáng)度計(jì)算

材質(zhì)：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa

承擔(dān)的工作載荷p=40%*P=30.0KN，承擔(dān)的自重載荷g=40%*G=44.0KN，計(jì)算長(zhǎng)度L=2.949m，梁的計(jì)算線載荷q=（p+g）/L=25.1KN/m，跨中彎矩M=qL2/8=27.3KNm，上緣正應(yīng)力σ=M/WUP=67.0MPa，下緣正應(yīng)力σ=M/Wdown=105.3MPa，端部支座剪應(yīng)力τ=（p+g）*S/I/t/2=29.5MPa。從以上數(shù)據(jù)可以主梁實(shí)際承受最大正應(yīng)力與剪應(yīng)力要小于標(biāo)準(zhǔn)值，滿足使用要求。

4.3.3 次梁載荷、強(qiáng)度計(jì)算

材質(zhì)：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa

承擔(dān)的工作載荷p=40%*P/2=15.0KN，承擔(dān)的自重載荷g=40%*G/2=22.0KN，計(jì)算長(zhǎng)度L=0.7m，梁的計(jì)算線載荷q=（p+g）/（2.5*L）=21.1kN/m，跨中彎矩M=0.125qL2/8=1.3kNm，上緣正應(yīng)力σ=M/WUP=17.0MPa，下緣正應(yīng)力σ=M/Wdown=28.7MPa，端部支座剪應(yīng)力τ=0.625*q*L*S/I/t/2=9.9MPa。從以上數(shù)據(jù)可以次梁實(shí)際承受最大正應(yīng)力與剪應(yīng)力要小于標(biāo)準(zhǔn)值，滿足使用要求。

4.3.4 平臺(tái)連接立柱計(jì)算

立柱材料為Q235B工字鋼Ⅰ-16，允許拉應(yīng)力[σ]=160MPa。截面積Ac=0.00181，數(shù)量n=4，包含自重載荷N=4*P+G=410kN。單根立柱的實(shí)際拉應(yīng)力σ=N/n/AC=56.6MPa。從以上數(shù)據(jù)可以看出立柱承受實(shí)際拉應(yīng)力小于標(biāo)準(zhǔn)值，滿足使用要求。

5 施工方法及安裝工藝

5.1 工藝原理

豎井鋼管利用布置在調(diào)壓井頂部的門式起重機(jī)，與安裝、焊接、防雨平臺(tái)互相配合自下而上依次安裝。門式起重機(jī)有兩個(gè)吊鉤，大鉤下滑輪組設(shè)置平衡梁，解決多吊點(diǎn)起降不均衡問題，利用大鉤起吊鋼管、安裝平臺(tái)或焊接平臺(tái)等。利用小鉤牽引載人吊籠來(lái)輸送人員。

5.2 工藝流程

安裝前準(zhǔn)備工作→鋼管轉(zhuǎn)運(yùn)至調(diào)壓井→鋼管、安裝平臺(tái)與龍門吊掛鉤→鋼管吊裝下放→載人吊籠下放、鋼管安裝→鋼管檢查驗(yàn)收與加固→焊接平臺(tái)提升與固定→防雨平臺(tái)下放與固定→鋼管環(huán)縫焊接工作→焊縫質(zhì)量檢查與驗(yàn)收→混凝土澆注→鋼管消缺補(bǔ)漆→鋼管驗(yàn)收。

5.2.1 鋼管吊裝

每次單節(jié)鋼管吊裝下放，安裝吊籠直徑略小于鋼管內(nèi)徑，安裝吊籠置于鋼管內(nèi)跟隨鋼管一起從調(diào)壓井由龍門吊下放。吊裝時(shí)用4根鋼絲繩通過(guò)平衡梁底部?jī)蓚?cè)的兩組吊耳與鋼管四周的四個(gè)吊耳進(jìn)行連接。將安裝平臺(tái)上鋼絲繩掛到平衡梁中間主鉤上，起升主鉤，將作業(yè)平臺(tái)隨鋼管吊起，然后整體下放至豎井內(nèi)。

5.2.2 載人吊籠下放與安裝調(diào)整

鋼管下放快至安裝位置時(shí)，施工人員在從調(diào)壓井乘載人小吊籠下降到達(dá)安裝平臺(tái)上。在作業(yè)平臺(tái)上對(duì)鋼管進(jìn)行安裝調(diào)整，通過(guò)壓碼、楔鐵、千斤頂?shù)裙ぞ邔?duì)管節(jié)進(jìn)行壓縫，調(diào)整環(huán)縫錯(cuò)位。利用吊線錘的方法，控制鋼管垂直度。在各項(xiàng)檢查合格后即可進(jìn)行點(diǎn)焊加固工作。利用工字鋼在管外與洞壁之間打支撐加固，以防混凝土澆注過(guò)程中鋼管偏移。

5.2.3 焊接平臺(tái)就位

在每個(gè)循環(huán)鋼管安裝完成后。將安裝平臺(tái)提出井外，并將之前上一個(gè)循環(huán)固定的焊接平臺(tái)提升。在提升過(guò)程中注意將焊接平臺(tái)與鋼管焊縫位置錯(cuò)開以便進(jìn)行焊接工作。利用龍門吊將焊接平臺(tái)提升并在鋼管內(nèi)壁焊接托板固定。

焊接吊籠的固定：在焊接平臺(tái)頂部設(shè)置4個(gè)規(guī)格為10t的鎖定掛鉤，與壓力鋼管邊沿鎖定作為保護(hù)措施。每間隔2層平臺(tái)距離，焊接4個(gè)鎖定托板。總共焊接12塊托板作為焊接吊籠的定位鎖定與承重作用。

5.2.4 防雨平臺(tái)布置

由于豎井深度高差大，洞壁的滲水嚴(yán)重。因此進(jìn)行焊接工作的防水措施相當(dāng)重要，最初計(jì)劃每裝一個(gè)循環(huán)就在鋼管口鋪設(shè)一層防水布，由于滲水落差很大，防水布搭設(shè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且易損壞。后來(lái)設(shè)計(jì)了一個(gè)防雨平臺(tái)。起到隔絕洞壁滲水作用，保障焊接工作正常進(jìn)行。

切割花紋鋼板拼接焊制成一個(gè)直徑約為Φ4500mm的圓形平臺(tái)，平臺(tái)中間開一個(gè)邊長(zhǎng)為1m的正方形過(guò)人孔。在平臺(tái)周邊開一個(gè)排水孔并接上排水軟管。

工作時(shí)將防水平臺(tái)用鏈條葫蘆掛在安裝平臺(tái)下面，在焊接平臺(tái)提升并定位固定之后，利用龍門吊將防水平臺(tái)整體吊入豎井內(nèi)下放至鋼管口上方0.5m處，將防雨平臺(tái)外邊沿與洞壁之間用塑料防雨布封住，通過(guò)防水平臺(tái)承接井內(nèi)滲水，利用排水軟管將其排出。

工作平臺(tái)互相配合總示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

厄瓜多爾美納斯豎井安裝工程，采用了合理技術(shù)方案，取得了顯著成效。

（1）采用移動(dòng)式起重機(jī)，解決了豎井鋼管垂直起吊問題，提高了效率，加快了進(jìn)度。

（2）設(shè)置的安裝、焊接平臺(tái)，解決了搭設(shè)排架的難題，節(jié)省了施工材料，降低了施工難度，提高了工作效率。

（3）設(shè)立防雨平臺(tái)代替之前鋪設(shè)防雨布的繁瑣工序，保障了焊接工作能及時(shí)無(wú)誤的進(jìn)行，縮短了工期。

（4）載人吊籠有效的解決了人員上下的問題，做到了人、物分離吊裝，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

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