豎井頂部空間受限的壓力鋼管安裝方法研究

趙田偉

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概述

以禮河四級電站位于白鶴灘水電站蓄水庫區內，庫區回水將淹沒其尾水系統、地下廠房及部分引水隧洞，以禮河四級電站復建工程屬于移民項目工程，復建工程主要建設工程為尾水系統工程、地下廠房工程、引水系統工程及相關配套路徑等工程項目。引水隧洞1 號豎井上端高程為EL 1 344.7 m，上下彎段半徑為10 m，豎井垂直高度為212.069 m（含彎管段管節數量共89 節），下口與引水中平洞上游側連通；2 號豎井上端與引水中平洞下游側連通，高程為1 076.735 m，上下彎段半徑同為10 m，豎井垂直高度為217.615 m（含彎管段管節數量共92 節）。2 條引水豎井壓力鋼管內徑均為Φ2 800 mm，因受壓不一致，管壁厚度14 mm~32 mm，鋼管材質從上端的Q345R 轉變為600 MPa 級鋼材，加勁環高度均為150 mm，材質為Q345R。

引水2 號豎井頂部開挖空間為（長×寬×高）16 m×8 m×9 m，因該部位圍巖以Ⅳ類為主，構造破碎帶為Ⅴ類，圍巖不能自穩，變形破壞嚴重，在高度方向不具備向上擴挖條件。洞室開挖形式為圓拱門形式，上游為平洞開挖方向，下游側開挖空間距離豎井開挖邊緣約4 m，豎井頂部預埋2 個10 t 吊點方便設備安裝，在如此有限空間內完成壓力鋼管安裝成為了以禮河四級電站復建工程引水隧洞壓力鋼管安裝的重難點。

2 施工難點分析

（1）施工空間有限，投入設備較多，施工布置緊湊

施工現場布置緊湊主要體現在兩個方面，一是豎井頂部部位，壓力鋼管運輸到位后對施工環境和施工工序綜合分析，在豎井頂部主要存在工序有：鋼管運輸后的翻身作業，管口漆的打磨，壓力鋼管吊起及平緩下落等，需要布置主要吊裝的起吊設備，翻身用的吊裝設備，翻身后的的運輸臺。根據電力建設施工相關強制性條文，在深豎井安裝時人員上下需單獨布置吊籠，且吊籠上需按要求配置穩繩裝置和防墜器裝置，穩繩與穩車需配套投入使用。二是根據施工工序要求，壓力鋼管安裝吊裝就位后，需進行壓縫、點焊加固、打底焊、清根、焊接、焊縫打磨、無損檢測、防腐涂裝等多個工序，投入的設備有千斤頂2臺、手工焊機1 臺、氣保焊機4 臺、CO2氣體擺放空間、空壓機1 臺、氣刨機1 臺、無損檢測等設備，而壓力鋼管內徑為2.8 m，焊接和無損檢測、防腐涂裝時必須沿管壁預留一定的空間方便人員同行，壓力鋼管外側需進行混凝土澆筑，不具備設備擺放等條件，故壓力鋼管內設備的擺放空間也相對集中緊湊。

（2）壓力鋼管在垂直方向的空間受限

按照起重安全吊裝要求，吊裝鋼絲繩夾角不得超過120°，則可以計算吊鉤到壓力鋼管管口平面的距離最小為1.4 m，加上壓力鋼管的高度3 m，運輸臺車常規高度0.7 m，軌道高度0.14 m，不計算吊鉤及以上高度為：1.4+4+0.7+0.14=6.24 m。在吊鉤側面需布置人員上下運輸的罐籠，高度約2.5 m，罐籠距離頂部安全空間預留0.3 m，則至此達到罐籠頂部高度（含安全距離）高度為：6.24+2.5+0.3=9.04 m，高度已超過開挖高度9 m。除此外，高度方向還有吊裝設備的吊裝高度0.5 m，轉輪或卷筒高度、支架梁的厚度等，故在高度方向空間的利用也是壓力鋼管安裝的重難點之一。

3 受限空間內壓力鋼管安裝方法

3.1 現場施工平面空間緊湊處置方法

針對豎井頂部投入設備較多，與壓力鋼管施工工序所需場地等情況會導致豎井頂部空間狹小，首先確定壓力鋼管整體的吊裝設備采用了絞車及吊架的組合方式，主要因素為：

（1）施工成本控制。若采用整體門機進行吊裝，則需與設備制造廠進行溝通協商，專門定制符合現場施工條件的門機，則該門機需單獨設計制造并進行相關的型式檢驗等流程，不利于施工成本控制，且門機從設計、制造、運輸、安裝等周期較長，不利于現場施工管理成本的控制。采用絞車和吊架的組合形式，可以直接采購市面通用的絞車，吊架制作要求也沒有門機相關的金屬結構制作要求高，可以有效的降低施工直接成本和管理成本。

（2）優化使用空間。采用門機的安裝方式可以減少運輸臺車的投入工作，但是門機使用時對巖錨梁的基礎強度要求很嚴格，需單獨澆筑巖錨梁以承載壓力鋼管重量、門機整體重量，不利于現場整體緊湊的施工空間。若采用門機作為吊裝方案，深豎井要求投入較長的吊裝鋼絲繩，則門機的小車需配置直徑較大的卷筒才能滿足鋼絲繩的纏繞需求，降低了壓力鋼管在垂直方向上的有效使用空間。采用絞車作為主吊裝設備，可將絞車布置在干擾不到壓力鋼管安全吊裝的遠處，利用吊架上的定滑輪改變吊裝鋼絲繩的走向，極大的減小了吊架頂部空間需求。

（3）提高了安全因素。按照安全相關規定，門機不能直接載人完成豎井上下吊裝作業，故罐籠只能通過固定式吊架配合穩繩、絞車來完成工作。若在露天環境或空間足夠的情況下，可同時投入門機及罐籠的吊架保證安全，但在狹小空間內為了保證施工安全，最佳的方式為采用固定式吊架與2 套絞車配合的形式完成壓力鋼管和施工人員的上下吊裝作業。

壓力鋼管吊裝時受力較大，故鋼絲繩需以頂部吊架的橫梁作為主要的受力構件，為避免吊裝用鋼絲繩與豎井吊架接觸摩擦，需將壓力鋼管吊裝用絞車布置于遠處以保障鋼絲繩和吊架有足夠的施工空間。罐籠整體重量為760 kg 左右，壓力鋼管安裝工序最大載人數量為6 人，按照每人70 kg 計算，罐籠牽引重量為760+70×6=1 180 kg，牽引繩可采取在豎井吊架靠近下游梁上布置鋼絲繩定滑輪，可保證罐籠的牽引鋼絲繩和穩繩的鋼絲繩在運行過程匯總不受到損傷。這樣就可以將穩車、罐籠的起吊卷揚機布置在豎井下游側。

為避免在豎井安裝過程中，上方人員的其他動作會導致雜物掉落到深豎井內，對井內的施工人員和設備產生安全隱患，可將運輸臺車改造為豎井頂部的蓋板，在壓力鋼管運輸時作為運輸臺車的作用，安裝時可作井口安全防護蓋板，具體見圖1 所示。

圖1 豎井頂部運輸部件封閉示意圖

綜上所述，現場設備擺放布置如圖2。

圖2 受限空間內吊裝設備擺放布置示意圖

3.2 壓力鋼管垂直吊裝方向空間緊湊處置方法

采用吊架吊裝壓力鋼管后，則頂部轉輪含支架重量約400 kg，采用頂部的錨點配合地面卷揚吊裝的方式，距離頂部預留500 mm 吊裝空間。豎井頂部設計高度為7.1 m，吊架梁厚度為0.3 m，罐籠距離頂部預留0.65 m，罐籠高度為2.5 m。壓力鋼管吊裝為減省空間采用平衡梁吊裝的方式進行吊裝，從吊點到壓力鋼管管口平面高度為1 m，同時為節省施工空間將罐籠布置于下游側，壓力鋼管吊裝就位后，人員上下時可采用平衡梁作為過渡平臺，方便罐籠抵達鋼管處進行施工，可減少罐籠底部與管口之間的距離至0.8 m。至此垂直高度方向占用高度為：0.5+0.3+0.65+2.5+0.8+3.0=8.05 m，壓力鋼管底部預留空間供運輸臺車及軌道高度等布置。為保證壓力鋼管有足夠的起吊空間，將常規的外置式輪子設計為內嵌式減少空間占用，可由原來的高度0.7 m 降低至0.35 m，詳見圖3 所示。

圖3 主輪內嵌式運輸臺車

為保證軌道施工強度滿足壓力鋼管及運輸小車的承載力，在底部開挖深度為0.4 m，并預埋一根截面積為0.2×0.2 的鋼梁，鋼梁安裝完成后澆筑C30的混凝土，鋼梁頂部安裝43 kg 的軌道，軌頂比地面高出約0.1 m。至此整個豎井頂部壓力鋼管吊裝整體空間布置完成，總體高度為：8.05+0.35+0.1=8.5 m，預留了0.5 m 壓力鋼管提升高度。整體布置詳見圖4 所示。

圖4 壓力鋼管垂直空間布置示意圖

3.3 壓力鋼管內部空間布置緊湊處理方法

豎井開挖直徑為4 m，壓力鋼管內徑為2.8 m，加勁環高度為0.15 m，故壓力鋼管外側有效施工空間為0.45 m，空間無法滿足設備、工器具的擺放，故在壓力鋼管內部設置雙層平臺，用于各種施工器械的擺放，具體詳見圖5 所示。

圖5 壓力鋼管內部平臺示意圖

4 結論

水電站建設施工現場標準布置是施工管理的基礎工作，具有一定的復雜性，它不僅需要施工過程中各個方面各個環節相互協調,還需要多方面共同合作。本文論述的是在受地質環境影響條件下，豎井頂部受限的鋼管安裝作業區域，無法利用大型的起吊機械完成施工作業的情況下，確定安全合理的施工方案，科學合理進行現場施工平面布置，保障了壓力鋼管安裝順暢開展。本文所述的施工平面布置方法，科學合理分析現場施工條件和施工工序需求布置，最大程度保障了壓力鋼管安裝施工任務安全高效順利開展，可為讀者提供相關類似難點的解決思路。