壓力鋼管長豎井安裝實踐與分析

夏 純，趙田偉

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 概述

以禮河為金沙江右岸支流，流域共建有4座梯級電站，以禮河四級電站（小江水力發電廠）為其中最下游一級電站，白鶴灘水庫蓄水后淹沒原以禮河四級水電站的尾部廠房及部分引水系統，以禮河四級電站復建工程將沿用原電站首部調節池、泄洪槽、輸水隧洞（含管橋）、調壓室等，新建引水隧洞、尾水隧洞、地下廠房、地面出線場等。以禮河四級電站復建后總裝機容量為130 MW，按其裝機容量確定為中型三等工程。

以禮河四級電站復建工程壓力鋼管共布置1條引水壓力鋼管，從原四級的引水鋼管引入上平洞，經1號豎井、中平洞、2號豎井、下平洞、引水支管等部位后進入主廠房，下平洞布置1個主岔管、2個次岔管分流后進入4條引水支洞進入球閥和機組內，其中共布置2段引水豎井，1號引水豎井共布置69節壓力鋼管，管節的管壁厚度為14 mm～22 mm；2號豎井共布置72節壓力鋼管，管節管壁厚度為32 mm～36 mm。

2 施工特點

深豎井壓力鋼管吊裝時采用吊裝輔助設施和部分工裝，會對起吊系統的吊裝荷載能力有較大的要求，同時深豎井要求吊裝用的鋼絲繩長度較長，鋼絲繩長度較長時即使使用市場上已有的防扭鋼絲繩進行吊裝也會存在吊物旋轉的問題，壓力鋼管吊裝中旋轉速度過快會產生偏心力，同時會降低鋼絲繩的使用壽命，存在較大的安全隱患。壓力鋼管安裝施工措施要求其達到安裝部位后需進行軸線調整等施工工序，故要求其具備可旋轉的能力。本文所述施工工藝從吊裝安全性能入手，以安全第一為施工原則，決定采用雙卷機吊裝方法，兩臺卷揚機配備了同步控制裝置，保證操作臺發出指令時，兩臺卷揚機同時做出統一動作。另外采用雙平衡梁和旋轉吊鉤配合的方式，可滿足壓力鋼管安裝的質量控制措施要求。人員上下運輸采用新的一套吊裝系統，此吊裝系統配備了穩繩和防墜器，能確保搭載作業人員的罐籠在牽引鋼絲繩破斷瞬間保護罐籠不下墜，為施工環境提供良好的安全保障措施。

3 吊裝系統

3.1 吊裝工藝原理

本文所述的吊裝系統主要由雙卷揚機起吊系統和1套操作控制臺組成，控制系統統一指揮兩臺卷揚機同時完成進行起落的動作，保證鋼絲繩吊裝的平衡梁能平穩上升和降落。吊裝工裝由平衡梁一、旋轉吊鉤、平衡梁二等構件組成，保證了平衡梁降落后具備可旋轉的功能，還可將卷揚機的雙吊點形式轉換到下部平衡梁二與壓力鋼管之間的4吊點形式，保證了壓力鋼管吊裝過程的安全穩定性。讀者可根據實際施工吊裝管節的重量計算構件的選型并通過相關的受力計算分析，確保構件有足夠的強度保證施工安全。吊裝各構件組裝示意圖詳見圖1和圖2所示。

圖1 壓力鋼管吊裝主視圖

圖2 吊具側視圖

3.2 起吊系統制作和安裝

3.2.1 起吊系統施工工藝流程

施工準備→吊裝工裝的加工制作、吊具的購買→現場吊裝工裝的整體組裝→吊裝工裝與吊具的組裝配合→壓力鋼管試吊試驗→壓力鋼管的正式吊裝及安裝作業。

3.2.2 施工準備

施工準備主要包含以下工作內容：

（1）熟悉壓力鋼管圖紙及豎井開挖支護相關圖紙，并對施工現場進行實際測量；

（2）對吊裝過程采用的吊具、平衡梁、旋轉吊鉤等進行受力分析并進行選型；

（3）吊裝工裝的加工制作、吊具的購買。

對吊具的選型分析和吊裝工裝的制作需從現場施工環境和吊裝重物等方面進行綜合考慮，吊具和工裝選用應采用合理的安全吊裝系數以保證吊裝安全性。吊裝工裝制作過程中需與制作施工人員做好相關的技術交底工作，確保施工質量。

3.2.3 現場吊裝工裝的整體組裝

吊裝工裝分為平衡梁一、旋轉吊鉤、平衡梁二及附件等發貨至現場，需在現場進行整體組裝，組裝時需注意以下事項：

（1）平衡梁一與旋轉吊鉤的起吊軸應配合良好并保證旋轉吊鉤可靈活轉動；

（2）平衡梁二與旋轉吊鉤組裝時應注意吊鉤與吊耳板的組裝處的配合；避免因接觸面過小導致平衡梁二的吊耳板發生變形，降低平衡梁二的使用壽命；

（3）組裝后對吊裝工裝的整體尺寸進行檢測，并與實際施工空間進行復核，保證吊裝工裝能滿足現場施工需求。

3.2.4 壓力鋼管試吊試驗

吊裝工裝與起吊鋼絲組裝完成后，為檢驗吊裝的安裝性能，需先進行壓力鋼管試吊試驗，試吊試驗需完善以下工作：

（1）壓力鋼管選擇安裝工作中重量相對較重的管節進行試驗，以檢驗整個吊具的吊裝安全和穩定性，條件允許還可以增加一定的配重進行試驗；

（2）試驗前、中、后均應注意施工環境中的危險源，做好相應的防范措施，保證吊裝試驗順利進行；

（3）試吊試驗后，對吊裝工裝的鋼構件變形、焊縫和旋轉吊鉤的起吊軸、吊鉤等部位進行檢測，確保試驗對鋼構件和吊鉤部件未產生永久變形。

4 壓力鋼管安裝

4.1 壓力鋼管吊裝

壓力鋼管吊裝系統負荷試驗通過驗收后，開始進行壓力鋼管正式吊裝及安裝作業，壓力鋼管運輸采用10 t叉車倒運到豎井頂部上游側，利用洞室頂部的天錨和電動葫蘆進行翻作業，將原水平的壓力鋼管翻身為豎直狀態。通過運輸臺車將壓力鋼管緩慢運至豎井中心位置，最后由卷揚機吊裝系統將鋼管緩慢提起，再將軌道運輸臺車拉出，壓力鋼管降至安裝施工部位即可完成吊裝作業。

4.2 壓力鋼管內施工平臺使用

壓力鋼管吊至安裝工作面后施工人員乘坐防墜罐籠下降到壓力鋼管靠近下游側上方100 mm左右處，施工人員由布置在鋼管管壁施工爬梯下至施工平臺；利用施工平臺完成壓力鋼管安裝的后續工作，安裝施工平臺使用方法如下所述：

（1）施工人員利用尼龍繩將7 m長手拉葫蘆的吊鉤拉至吊裝系統平衡梁二下方掛鉤處；

（2）緩慢提升起吊系統，將施工平臺4 m鋼鏈處鋼板卡松開；

（3）調整壓力鋼管軸線，將吊裝鋼管平穩下落至安裝高程；

（4）起吊系統將施工平臺調至安裝管節管口，施工人員將4 m鋼鏈條處鋼板卡重新掛在壓力鋼管上方管口處；

（5）繼續下落施工平臺，待4 m鋼鏈條受力后，將起點系統平衡梁二下方的7 m手拉葫蘆吊鉤松開，至此完成施工平臺的上移和安裝工作。施工平臺示意圖見圖3所示。

圖3 壓力鋼管安裝施工平臺示意圖

4.3 壓力鋼管組裝

壓力鋼管安裝調至規范要求尺寸后，進行壓力鋼管的對縫工作，為保證安裝過程中盡量減少相鄰管節管口錯邊量，方便施工過程調整，采用10 t千斤頂及Φ89×4鋼管制作管節頂桿，頂桿見圖4所示。

圖4 頂桿示意圖

壓力鋼管組裝加固完成，質檢人員和監理人員驗收合格后進入下步施工工序。

4.4 壓力鋼管焊接

壓力鋼管焊縫需嚴格按照焊接工藝守則執行，作業時應嚴格控制以下幾點：

（1）擬焊面及坡口兩側各20 mm范圍內的氧化皮、鐵銹、油污及其他雜物清除干凈，每一焊道焊完后及時清理，檢查合格后再焊。

（2）裝配中的錯邊采用卡具校正，不得采用錘擊或其他損壞鋼板的器具校正。

（3）對高強鋼和板厚較厚的管節嚴格按照焊接工藝評定進行焊前預熱和焊后消氫處理，并做好相關的施工記錄。

（4）焊接消氫完成后，及時進行焊縫外觀飛濺、焊瘤等缺陷處理，經質檢人員檢驗焊縫外觀合格后進入下步施工工序。

（5）焊縫冷卻時長達到規范要求后，方可進行焊縫無損檢測，檢測合格后完成壓力鋼管安裝的主要施工工作內容。

5 結語

在以禮河四級電站復建工程2段豎井壓力鋼管安裝施工中，采用本文所述安裝施工工藝未發生任何安全生產事故和質量缺陷事件，保證了施工過程中的安全性，極大地降低了危險因素，本施工工藝操作簡單，易于上手，減少了其他施工設備和材料的投入，縮短了施工周期，降低了施工管理成本，為其他類似深豎井壓力鋼管的安裝提供相關施工經驗。