老撾NN5水電站斜井壓力鋼管安裝技術(shù)

牛支現(xiàn)

（陜西省水利機(jī)械設(shè)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(xué)、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(shù)難題，是對斜井壓力鋼管安裝方法的一種創(chuàng)新和嘗試，可以作為同類斜井壓力鋼管安裝方法的指導(dǎo)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(diào)壓井下部，采用“一管兩機(jī)”的供水方式，即一根主管經(jīng)一個(gè)岔管分為兩根支管，分別向兩臺(tái)水輪機(jī)組供水發(fā)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(gè)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(jié)長度2.5m，彎管長度均為10.9m，共包含直管節(jié)52節(jié)，彎管節(jié)12節(jié)。鋼管內(nèi)徑3.5m，管壁厚20mm～22mm，管節(jié)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(jié)重約5.7t。隧洞開挖為圓形斷面，開挖尺寸4.7m，噴護(hù)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(jié)重，工期短，工程量大，安裝空間小等特點(diǎn)，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(jié)進(jìn)洞運(yùn)輸、卸車變位、斜井運(yùn)輸、安裝調(diào)整、支撐加固、環(huán)縫焊接、無損檢測、防腐刷漆等八道工序。

安裝時(shí)先將管節(jié)用汽車運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)，利用頂軌移動(dòng)小車卸車并對管節(jié)進(jìn)行變位，卷揚(yáng)機(jī)牽引斜井滑動(dòng)架將管節(jié)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(diào)整管節(jié)位置及高度，到達(dá)設(shè)計(jì)位置后用壓馬對口，手工電弧焊焊接管節(jié)之間環(huán)縫，超聲波無損檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量，最后對檢測合適的焊縫進(jìn)行防腐處理。

3 管節(jié)運(yùn)輸

3.1 進(jìn)洞運(yùn)輸

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

3.2 洞內(nèi)水平運(yùn)輸與變位

在上平段末端靠近斜井口的洞頂上設(shè)置15#工字鋼作為頂軌，頂軌設(shè)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(dòng)小車軌道，設(shè)置2組移動(dòng)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(jié)的一個(gè)起吊點(diǎn)。移動(dòng)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(tái)小車整體承載3.2t，小車各部件尺寸為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。兩臺(tái)移動(dòng)小車用鋼絲繩做整體軟連接，運(yùn)動(dòng)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(yùn)輸管節(jié)到安裝工作面后，由設(shè)置在洞頂移動(dòng)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(jié)水平，管節(jié)被吊起后，運(yùn)輸汽車駛離，完成管節(jié)卸車。

圖2 管節(jié)水平運(yùn)輸及變位

圖3 滑動(dòng)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 受力分析

調(diào)整上游側(cè)倒鏈的起吊高度，使管節(jié)上游側(cè)降低，形成管口上游低，下游高的狀態(tài)，當(dāng)管節(jié)軸線與水平成約60°夾角時(shí)停止調(diào)整，施加外力牽引細(xì)鋼絲繩使移動(dòng)小車向下游移動(dòng)到斜井口。通過這段工裝能夠完成管節(jié)卸車，并使管節(jié)由水平變位到與安裝軸線大體一致的位置，為斜井軌道運(yùn)輸做好準(zhǔn)備，這樣管節(jié)在到達(dá)安裝位置后只需要進(jìn)行簡單的調(diào)正即可達(dá)到設(shè)計(jì)位置。管節(jié)水平運(yùn)輸及變位見圖2。

3.3 斜井軌道運(yùn)輸

計(jì)算機(jī)模擬管節(jié)在斜井中運(yùn)輸?shù)膶?shí)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(jié)在斜井軌道運(yùn)輸時(shí)出現(xiàn)晃動(dòng)或側(cè)翻。軌距值選取時(shí)也不易太大，防止安裝的軌道使管節(jié)抬升過高，導(dǎo)致管節(jié)上部空間不足，滑動(dòng)架無法從管節(jié)底部拉出。

選取125槽鋼作滑動(dòng)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(dòng)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(jié)構(gòu)，并與洞底錨筋焊接。

斜井運(yùn)輸牽引選用牽引力8t，線速度5m/min～15m/min的可調(diào)速固定式卷揚(yáng)機(jī)，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(jī)構(gòu)。

管節(jié)上游加勁環(huán)設(shè)四個(gè)吊點(diǎn)，四根等長吊繩連接吊點(diǎn)與主繩，移動(dòng)頂軌小車將管節(jié)吊運(yùn)到井口后，將輔助軌道支撐到位，卷揚(yáng)機(jī)牽引滑動(dòng)架到管節(jié)正下方，同時(shí)拉動(dòng)兩個(gè)倒鏈將管節(jié)下放到滑動(dòng)架上，并將滑動(dòng)架和管節(jié)用鋼繩捆綁牢固，解除滑動(dòng)架固定在軌道上的鋼繩，卷揚(yáng)機(jī)主繩牽引四根吊繩起吊管節(jié)，使管節(jié)上移200mm，同時(shí)使頂軌小車起吊倒鏈吊爪脫扣，卷揚(yáng)機(jī)牽引管節(jié)利用管節(jié)自重沿軌道慢慢下降，滑動(dòng)到安裝位置。

滑動(dòng)架為焊接件，整體結(jié)構(gòu)，主要工作部位滑槽為兩根[125槽鋼，且在滑槽內(nèi)嵌木條增加摩擦系數(shù)，以減小卷揚(yáng)機(jī)主繩牽引力和定滑輪吊點(diǎn)拉力。滑動(dòng)架結(jié)構(gòu)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(jīng)實(shí)測單根錨筋拉拔力大于5t。工字鋼兩米間距受力5t時(shí)強(qiáng)度及變形滿足實(shí)際要求。洞頂水平移動(dòng)小車根據(jù)以往安裝經(jīng)驗(yàn)制造，滿足受力與強(qiáng)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(diǎn)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(jié)重量G=6t，動(dòng)摩擦系數(shù)f'=0.2）

取滑輪組效率μ=0.8，主繩實(shí)際牽引力計(jì)算為T/μ=4.6÷0.8=5.75t，計(jì)入動(dòng)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(shù)為 15÷6.45=2.3，減速機(jī)構(gòu)單繩拉力為6.45÷3=2.15t，鋼絲繩允許拉力為5t，安全系數(shù)為5÷2.15=2.3。定滑輪錨筋、鋼絲繩及卷揚(yáng)機(jī)滿足施工需求。受力分析見圖4。

圖5 工作平臺(tái)示意圖

5 管節(jié)安裝、加固與焊接

鋼管下降到位后，解除滑動(dòng)架與管節(jié)捆綁鋼絲繩，用倒鏈及千斤將管節(jié)同時(shí)牽引和頂起，調(diào)整管節(jié)位置大體到設(shè)計(jì)位置，用洞壁錨筋將管節(jié)固定后，將吊繩松開，卷揚(yáng)機(jī)牽引滑動(dòng)架上升，使滑動(dòng)架從管節(jié)底部脫離?；瑒?dòng)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(jié)運(yùn)輸。管節(jié)校正好后，用工字鋼將加勁環(huán)與洞壁周圍錨筋剛性連接，管節(jié)對中使用紅外激光指向儀發(fā)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(nèi)坡口，管外焊接完成后，管內(nèi)氣刨清根打磨后焊接成型。焊接結(jié)束后打磨除銹，為后序無損檢測提供工作面。

鋼管對接環(huán)縫打磨除銹完成后進(jìn)行無損檢測，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行環(huán)縫的二次除銹，經(jīng)除銹后的鋼管在2h內(nèi)完成涂裝，保證鋼管涂層質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 工作平臺(tái)架的設(shè)置

工作平臺(tái)架為3層鋼架管整體移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，每層架管上搭設(shè)木板作為工作平臺(tái)，預(yù)留爬梯人孔口，并在平臺(tái)架上安裝3級滾輪，每層平臺(tái)間設(shè)置鋼爬梯連通，安裝鐵絲網(wǎng)人孔蓋。上層平臺(tái)為安裝平臺(tái)，供管節(jié)安裝對中、設(shè)備放置、錨筋布設(shè)，管節(jié)加固用；中層平臺(tái)為焊接平臺(tái)，供設(shè)備放置、焊接作業(yè)使用；下層平臺(tái)為檢測平臺(tái)，供打磨、檢測、防腐工作使用。若安裝與焊接強(qiáng)度不匹配，則可設(shè)置兩段工作平臺(tái)架。

管節(jié)內(nèi)壁焊接工作平臺(tái)架支撐塊，支撐工作平臺(tái)整體重量，工作架上升移動(dòng)時(shí)，連接塊自然移動(dòng)到下層平臺(tái)，在打磨工序時(shí)割除。工作架上移時(shí)通過主卷揚(yáng)機(jī)牽引，一般在管節(jié)下放到位后即可進(jìn)行，一次牽引高度為一層高（上升一個(gè)管節(jié)高）。工作平臺(tái)的保險(xiǎn)裝置為根Ф16鋼絲繩，用掛鉤固定于最高一級管節(jié)上口。工作架上移時(shí)人員離開平臺(tái)，去掉保險(xiǎn)繩，等工作架移動(dòng)到位后，將保險(xiǎn)繩掛放到位置，檢查各部無異常后，人員進(jìn)入工作面。

因管壁外空間比較小，外工作平臺(tái)使用加勁環(huán)與錨筋焊接后，鋪設(shè)木板搭建臨時(shí)平臺(tái)人員佩戴安全帶，安全繩，進(jìn)行管節(jié)安裝，加固及管外支撐，完成管外環(huán)縫的焊接。

工作平臺(tái)示意圖見圖5。

7 結(jié)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(yīng)用到2#斜井的壓力鋼管安裝，安裝技術(shù)指標(biāo)及施工進(jìn)度符合工程要求，保證了施工質(zhì)量和安裝進(jìn)度，得到了業(yè)主的好評，實(shí)踐證明此安裝方法科學(xué)合理，安全措施得當(dāng)有效，縮短了施工工期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了安全系數(shù)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(dāng)之處敬請不吝賜教。陜西水利