引水發(fā)電洞壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸與安裝方法

徐進(jìn)忠

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

1 工程概況

北疆某水利樞紐工程電站裝機(jī)容量140MW，電站采用一洞四機(jī)供水方式。發(fā)電引水系統(tǒng)由進(jìn)口引渠段、閘井段、發(fā)電洞洞身段和岔管段組成。

壓力鋼管起始進(jìn)水口閘室樁號(hào)發(fā)0 +009，終止樁號(hào)發(fā)0+417.719(其中洞內(nèi)樁號(hào)為發(fā)0+031.263 ～發(fā)0+413.719)。后接主岔管至樁號(hào)發(fā)0 +429.001。分成兩條岔管到樁號(hào)0 +436.772，再各分成兩條支管，通過一次副廠房進(jìn)入主廠房分別與蝶閥相連接。

2 壓力鋼管安裝工程特點(diǎn)

壓力鋼管安裝工程特點(diǎn)主要有3 點(diǎn):

1)壓力鋼管及岔管管徑大，全部須在現(xiàn)場(chǎng)制作安裝。壓力鋼管的內(nèi)徑D =7 600 mm，板厚δ =28 mm，鋼管總長(zhǎng)399.211 m。主要材料采用16MnR。

岔管采用Y－卜形組合結(jié)構(gòu)、主岔為Y 形，2個(gè)支岔為卜型，兩個(gè)支岔分為4個(gè)支管同水輪發(fā)電機(jī)蝶閥相連接［1］。

2)施工區(qū)域小，交叉作業(yè)多。

3)管節(jié)大，噸位重，吊裝環(huán)節(jié)多，起重吊裝和運(yùn)輸方案關(guān)系著施工安全與工程的順利開展［2］。

3 鋼管制作工藝方案

壓力鋼管的制作安裝，由于本工程鋼管徑較大(D =7.6 m)，設(shè)計(jì)工藝分三片下料、卷制成瓦片然后再對(duì)圓、焊接成制造單元管。

鋼管瓦片在加工廠房?jī)?nèi)制作，由汽車運(yùn)輸?shù)皆诠さ刂圃靾?chǎng)地進(jìn)行對(duì)圓、縱縫焊接、組對(duì)加勁環(huán)等后續(xù)工序;兩節(jié)制造單元管組焊為一節(jié)安裝單元管［3－4］。

4 壓力鋼管安裝方案

壓力鋼管安裝方案可以歸納為4個(gè)方面:洞外運(yùn)輸方法、洞內(nèi)壓力鋼管運(yùn)輸方案、洞內(nèi)主管段安裝和岔管段安裝。

4.1 洞外運(yùn)輸方法

壓力鋼管每節(jié)安裝單元節(jié)重量約為24.0 t，運(yùn)輸工具為30 t平板汽車，吊裝為50 t汽車吊及扒桿。

將安裝單元節(jié)立放在平板汽車上，用鋼板將鋼管與運(yùn)輸車輛焊接固定，鋼管最大高度約4 m，嚴(yán)重超高。

鋼管重量大，車輛重心偏高，為防止車輛在行駛過程中的顛簸，使鋼管擺動(dòng)過大，車輛重心不穩(wěn)，鋼管將車輛帶翻。

在鋼管兩側(cè)焊接側(cè)向支撐架，用于鋼管擺動(dòng)過大時(shí)支承車輛，防止車輛側(cè)翻［5］。

鋼管加勁環(huán)外邊直徑達(dá)到8.2 m，嚴(yán)重超寬，在鋼管運(yùn)輸時(shí)應(yīng)在加勁環(huán)外邊綁扎紅布或其他醒目標(biāo)志，防止掛碰其他車輛。

4.2 洞內(nèi)壓力鋼管運(yùn)輸方案

引水發(fā)電洞壓力鋼管安裝洞內(nèi)直線長(zhǎng)度為402.719 m，鋼管由上平段、斜井上彎段、斜井直段、下彎段、及下平段組成。

典型的鋼管安裝節(jié)制造結(jié)構(gòu)尺寸為4 m一節(jié)，鋼管筒體外徑為Ф7 656 mm，加勁外徑為Ф8 256 mm。洞內(nèi)設(shè)計(jì)開挖直徑為Ф9 056 mm，鋼管安裝空間位置僅為700 mm，如果算上加勁環(huán)所占空間，鋼管安裝空間位置僅為400 mm，鋼管安裝空間十分狹小。

因此給鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸、測(cè)量、鋼管調(diào)整、組對(duì)、焊接、檢驗(yàn)、防腐等工作造成很大的困難與不便。經(jīng)過多方的研究洞內(nèi)具體運(yùn)輸方案為洞內(nèi)鋪設(shè)鋼軌與臺(tái)車相結(jié)合的運(yùn)輸方案。具體情況如下:

為保證管體運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，必須保證鋼管管體一定的跨度支撐，即拖架弦長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)管體中心形成的夾角≥60°支撐才能比較穩(wěn)定［6－7］。

由于洞內(nèi)空間比較狹小，施工方將臺(tái)車運(yùn)輸軌道中心距設(shè)為3 m是比較合適的。由于洞面開挖為圓形界面，在此弧面上根本架設(shè)不住能荷載30 t的軌道。

因此軌道鋪設(shè)基礎(chǔ)必須處理牢固，結(jié)合洞內(nèi)混凝土墊層找平情況，最后將軌道工作基礎(chǔ)面設(shè)置在混凝土墊層找平面。

軌道選用22 kg/m規(guī)格軌道，軌道底部每1 m埋設(shè)δ 16 －200 ×200。

鋼墊板板一塊，軌道基礎(chǔ)面直線度要求每米≤10 mm。

臺(tái)車由4個(gè)滾輪與30#槽鋼組對(duì)焊接而成，臺(tái)車有效荷載為40 t，臺(tái)車上設(shè)有可拆卸弧形拖架。洞內(nèi)運(yùn)輸臺(tái)車由5 t卷揚(yáng)機(jī)牽引沿軌道運(yùn)行［8］。其鋼管在臺(tái)車上就位運(yùn)輸圖見圖1。

鋼管的運(yùn)輸過程為:

1)鋼管由30 t平板車立著運(yùn)輸至發(fā)電洞洞口，在洞口由50 t汽車吊配合30 t扒桿將鋼管吊離運(yùn)輸平板車并翻身至平躺位置，最后由30 t扒桿吊裝至運(yùn)輸臺(tái)車弧形拖架上。

2)臺(tái)車通過設(shè)在洞口5 t卷揚(yáng)機(jī)與設(shè)在洞內(nèi)下彎處的倒向滑通過鋼絲繩托運(yùn)至安裝位置。

3)鋼管由臺(tái)車運(yùn)輸至安裝位置，用4個(gè)16t 千斤頂在4個(gè)角方位將管體頂離拖架，鋼管前端下墊設(shè)方木以加強(qiáng)穩(wěn)定，拆掉弧形拖架，推出臺(tái)車。

4)臺(tái)車推至洞口完成臺(tái)車整個(gè)洞內(nèi)的運(yùn)輸過程。

圖1 鋼管在臺(tái)車上就位運(yùn)輸圖

4.3 洞內(nèi)主管段安裝

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件所限，采用倒裝法施工方案，即上平段——上彎段——斜井段——下彎段——下平段——出口段。

斜井段與上平洞段是安裝的難點(diǎn)，里程由發(fā)0 +009.000—發(fā)0 +064.681，包括下彎段安裝節(jié)6 節(jié)，斜井段5 節(jié)，上彎段6 節(jié)，水平段1 節(jié)，共計(jì)18 節(jié)，安裝重量約為352 t。

鋼管由洞身段638.035 高程通過下彎段45°轉(zhuǎn)角至斜井段，斜井段通過1∶1坡22.554 m至上彎段，經(jīng)上彎轉(zhuǎn)角至上平段668.800 高程，高差30.765 m。

洞內(nèi)客觀安裝空間十分狹小，高差大，坡比大，鋼管安裝噸位與管徑都較大。倒裝法施工中全部管節(jié)自出口進(jìn)洞，從下向上運(yùn)輸，從上向下安裝。鋼管運(yùn)輸、安裝難度較大，施工中采用鋼軌軌道3 臺(tái)卷揚(yáng)同步拉運(yùn)。

發(fā)電洞出口一臺(tái)，進(jìn)口兩臺(tái)。始裝節(jié)為上平段第一節(jié)鋼管，其安裝程序?yàn)?

1)將始裝節(jié)的管口按測(cè)控網(wǎng)測(cè)定的里程點(diǎn)位置初步調(diào)整好，依據(jù)上、下、左、右中心線用千斤頂調(diào)整其高程和縱向中心。

2)初步調(diào)整好后，再對(duì)里程、高程、縱向中心線及傾斜度進(jìn)行綜合細(xì)調(diào)。始裝節(jié)管口中心偏差控制在2 mm，其他部位也控制在規(guī)范允許之內(nèi)。為了保證鋼管安裝軸線、高程符合設(shè)計(jì)要求，每節(jié)鋼管安裝時(shí)都進(jìn)行測(cè)量。

3)調(diào)整合格后進(jìn)行加固，鋼管加固采用在加勁環(huán)四周均布9個(gè)支撐點(diǎn)，均采用L125 ×10 角鋼，一端焊在加勁環(huán)上，另一端支撐在巖壁上。確保了每個(gè)已安裝就位的管節(jié)達(dá)到自穩(wěn)。

4)驗(yàn)收合格后進(jìn)行后續(xù)鋼管安裝。為了保證焊接質(zhì)量，制作了焊接臺(tái)車，便于焊接與打磨。

斜井段與上平洞段安裝完成后，立即組織澆筑內(nèi)襯混凝土，且必須等混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才開始安裝水平段。

為保證鋼管安裝位置的精確度在混凝土澆筑時(shí)應(yīng)從鋼管頂部向兩側(cè)同時(shí)澆筑，保證鋼管兩側(cè)受力均勻。

下平段鋼管最后一個(gè)安裝節(jié)在制造時(shí)長(zhǎng)度加長(zhǎng)100 ～200 mm，其作用相當(dāng)于湊合節(jié)。伸縮節(jié)安裝調(diào)整到位后根據(jù)實(shí)際安裝長(zhǎng)度切割與伸縮節(jié)連接的管口，然后進(jìn)行安裝。

4.4 岔管段安裝

岔管安裝，本來是用已架設(shè)30 t扒桿，采取利用50 t吊車及30 t扒桿進(jìn)行直接吊裝就位安裝，依次安裝主管、主岔、支岔及分支管。

但由于工期，為了確保一次副廠房在2008年封頂，按照節(jié)點(diǎn)工期推算，要求在岔管安裝過程中，必須先進(jìn)行副廠房底部小支管安裝，然后依次進(jìn)行主管、主岔管、支岔管安裝。

副廠房移交土建施工后，存在鋼管安裝與土建混凝土回填施工交叉作業(yè)，岔管工作面變得非常狹小，采取了增加25t 汽車吊，放入岔管安裝基坑，退步起吊安裝的方法。實(shí)施倒裝后，最后一節(jié)合口管節(jié)難以安裝就位，為了解決這一問題，采取了包管的合口方式。

主岔管外支撐采用弧形托架支撐和工字鋼支撐，弧形托架支撐支撐在距管口300 mm處，并在弧面內(nèi)加墊5 mm橡皮，以滿足振動(dòng)消應(yīng)的需要。工字鋼支撐在鋼管下半圓處，并與基礎(chǔ)連接牢固。

5 結(jié) 語

在洞內(nèi)安裝空間位置僅為700 mm，采用鋪設(shè)軌道臺(tái)車運(yùn)輸Ф 7 656 mm的壓力鋼管，很好地解決了空間狹小運(yùn)輸大徑管的問題。

在安裝過程中，由于施工條件的原因，主管段和岔管段都采取了倒裝法。這樣雖然增加了施工難度，但通過采取相應(yīng)的技術(shù)措施爭(zhēng)取了壓力鋼管安裝工期，為后續(xù)工程施工提前了45 d 左右的時(shí)間。為工程建設(shè)的順利實(shí)施提供了可靠保障，使工程達(dá)到預(yù)期效果。

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