江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口壓力鋼管安裝施工技術(shù)

陳 林

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口壓力鋼管安裝施工技術(shù)

陳 林

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

介紹了江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段異型、大尺寸壓力鋼管安裝施工技術(shù)以及鋼管的布置型式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方案策劃與安裝中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的解決辦法，對(duì)類似鋼管安裝施工具有一定的參考意義。

異型壓力鋼管；安裝；關(guān)鍵技術(shù)；解決辦法；溧陽(yáng)抽水蓄能電站

1 工程概況

江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的水泵/水輪機(jī)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組，其引水系統(tǒng)為一管三機(jī)布置，引水鋼管從上庫(kù)至機(jī)組由上水庫(kù)進(jìn)出/水口隧洞段鋼管、上平段鋼管、豎井鋼管、下平段鋼管、岔管及水平支管組成。

上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段的鋼管包括直管段(J1-J11)、彎管段(J12-J29)和漸變段(J30-J39),其中彎管段和漸變段鋼管為異形鋼管，布置型式見圖1。從布置型式看，其鋼管布置型式較為特殊，鋼管斷面尺寸呈由小變大再變小，斷面形狀多樣且鋼管外形尺寸大，中間部位的鋼管不能整節(jié)運(yùn)輸就位，鋼管需采取瓦片制作在洞內(nèi)拼裝成節(jié)。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的通道有兩條：第一條通過施工支洞到上平段鋼管再到達(dá)彎管段和漸變段底部；第二條通過上庫(kù)庫(kù)底的臨時(shí)道路到達(dá)直管段頂部平臺(tái)(高程為200 m)，兩條通道均不能滿足鋼管最大管節(jié)整節(jié)運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｓ捎诘谝粭l通道主要作為上平段、豎井土建施工及鋼管安裝的通道，如果從這條通道運(yùn)輸鋼管，施工干擾大。由于地質(zhì)條件差，該部位的土建開挖采取全斷面型鋼支護(hù)和系統(tǒng)錨桿支護(hù)，在洞內(nèi)布置“天錨”等起吊裝置困難且安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需選取安全可靠的吊裝及運(yùn)輸設(shè)備以保證鋼管運(yùn)輸進(jìn)洞和洞內(nèi)運(yùn)輸。

2 安裝方案策劃

2.1 鋼管設(shè)計(jì)特點(diǎn)

從鋼管布置圖看，其設(shè)計(jì)具有兩大特點(diǎn)：其一，鋼管的斷面尺寸由小變大、再變小，為“兩端小、中間大”，鋼管的三維立體圖見圖2。直管段鋼管斷面形狀為圓形，管壁內(nèi)徑為9 200 mm；彎管段鋼管斷面形狀為長(zhǎng)橢圓形，最大管節(jié)外形尺寸長(zhǎng)9 768 mm，寬9 768 mm，高2 000 mm，漸變段鋼管斷面形狀為長(zhǎng)橢圓形，最小管節(jié)外形尺寸長(zhǎng)13 970 mm，寬9 884 mm，高2 838 mm；其二，彎管段的彎管不同于常規(guī)的同心圓彎管，該管彎段設(shè)計(jì)成“三心圓”異形彎管，斷面呈現(xiàn)三個(gè)圓心(鋼管軸線中心和上、下部分圓心)。該彎管體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，HD值大，外形尺寸大。上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段的鋼管設(shè)計(jì)目的是為了防止機(jī)組在抽水工況下水流流出進(jìn)/出口產(chǎn)生較大的偏流現(xiàn)象。

2.2 鋼管安裝的難點(diǎn)

隧洞式壓力鋼管所采用的一般安裝方法是：在洞外將鋼管組拼焊接成節(jié)，用運(yùn)輸車以平躺的方式運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)卸車、翻身，然后用運(yùn)輸臺(tái)車運(yùn)輸就位、調(diào)整、定位、固定、焊接。而根據(jù)該電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段壓力鋼管的布置型式、特點(diǎn)和交通條件以及隧洞的地質(zhì)條件，該部位的鋼管采用常規(guī)的安裝方法不行：首先，如果將鋼管在洞外組拼成節(jié)，由于該鋼管“兩頭小、中間大”的布置特點(diǎn)，其中間大斷面尺寸的鋼管就不能運(yùn)輸進(jìn)洞；其次，如果采用瓦片運(yùn)輸進(jìn)洞，在洞內(nèi)水平組拼成節(jié)，需要在洞內(nèi)擴(kuò)挖較大的施工場(chǎng)地以用于管節(jié)拼裝和布置起吊設(shè)備。由于該隧洞的地質(zhì)條件差，洞內(nèi)擴(kuò)挖施工難度大，將增加工程量；另外，布置起吊設(shè)備的吊點(diǎn)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且在洞內(nèi)水平組拼工序復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)(特別是管節(jié)的翻身)。綜上所述，需研究、探索一套新的安裝方法。

圖1 上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段的鋼管布置圖

圖2 上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段鋼管三維立體圖

2.3 鋼管安裝方案策劃

結(jié)合鋼管布置型式和特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們研究、制定了一套適用于該類型鋼管的安裝方案。

由于鋼管外形尺寸大、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆肥芟?，鋼管分?個(gè)瓦片制作，在制造廠進(jìn)行管節(jié)的預(yù)組拼和相鄰管節(jié)的預(yù)組拼；在豎井底部垂直擴(kuò)挖小部分作為鋼管洞內(nèi)組拼的場(chǎng)地，在豎井頂部和井底設(shè)置拼裝平臺(tái)，安裝布置鋼管水平運(yùn)輸軌道和牽引設(shè)備，采用汽車起重機(jī)進(jìn)行鋼管瓦片的卸車、組拼及垂直吊裝。

各部位鋼管安裝方法如下：

(1)漸變段和彎管段鋼管(J26-J29)安裝：鋼管瓦片用運(yùn)輸汽車通過庫(kù)底臨時(shí)道路運(yùn)至豎井頂部卸車，在拼裝平臺(tái)將鋼管的4個(gè)瓦片兩兩拼焊成一體，然后用汽車起重機(jī)吊裝至井底進(jìn)行整節(jié)組拼，鋼管在洞內(nèi)采用豎立拼裝，將兩節(jié)鋼管拼裝成一大節(jié)后，安裝鋼管水平運(yùn)輸滑移支腿，用牽引設(shè)備將鋼管拖移就位后進(jìn)行調(diào)整、焊接等安裝工作。

(2)彎管段鋼管(J20-J25)安裝：已裝鋼管澆筑混凝土后，在混凝土上拼裝鋼管，水平滑移到已裝鋼管上，在鋼管底部焊接擋塊，采用支撐翻轉(zhuǎn)法將鋼管就位后進(jìn)行調(diào)整、焊接等安裝工作。

(3)彎管段鋼管(J12-J19)采用直接吊裝鋼管瓦片到已裝鋼管上拼裝。

(4)直管段安裝：在豎井頂部拼裝平臺(tái)上將瓦片拼裝成節(jié)，整體吊裝就位，然后進(jìn)行調(diào)整、焊接等安裝工作。

3 針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題采取的解決辦法

3.1 鋼管吊裝方式——汽車起重機(jī)吊裝

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，選用汽車式起重機(jī)作為鋼管的吊裝設(shè)備，按鋼管各管節(jié)參數(shù)要求選取汽車式起重機(jī)型號(hào)；采用汽車式起重機(jī)作為吊裝設(shè)備，具有準(zhǔn)備時(shí)間短，進(jìn)場(chǎng)時(shí)機(jī)靈活、費(fèi)用低、安全可靠等特點(diǎn)。

彎肘段最重件的重量為22 t，漸變段最重件的重量為15.5 t，直管段最重件的重量為12.5 t，吊車工作最大作業(yè)半徑為15 m；鋼管吊裝選用130 t汽車式起重機(jī)，汽車式起重機(jī)性能參數(shù)為：配重45 t，工作半徑為14 m、臂長(zhǎng)為21 m時(shí)吊重為29 t；工作半徑為16 m、臂長(zhǎng)為21 m時(shí)吊重為23 t，滿足所有鋼管吊裝要求。汽車式起重機(jī)作業(yè)時(shí)平面布置情況見圖3。

圖3 汽車起重機(jī)平面布置圖

3.2 鋼管在洞內(nèi)拼裝——豎立拼裝

根據(jù)鋼管的布置型式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及隧洞開挖尺寸，大部分鋼管整節(jié)運(yùn)輸進(jìn)洞受限。因此鋼管需要分瓣進(jìn)洞，在洞內(nèi)進(jìn)行組拼。鋼管組拼有平躺和豎立拼裝兩種方式。平躺拼裝操作容易，拼裝質(zhì)量易保證，但場(chǎng)地占用大，拼裝后需翻身、需布置吊裝設(shè)備；而豎立拼裝在操作難易和拼裝質(zhì)量上保證難度相對(duì)要大一些，但其拼裝場(chǎng)地較小，拼裝后不用翻身，不需要布置吊裝設(shè)備。項(xiàng)目部綜合兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況決定，鋼管洞內(nèi)拼裝采用豎立拼裝方式，在豎井底部(彎管段)擴(kuò)挖一塊場(chǎng)地作為鋼管拼裝場(chǎng)地，擴(kuò)挖布置情況見圖4。鋼管制作時(shí)進(jìn)行管節(jié)的預(yù)拼裝，瓦片間布置定位裝置以保證拼裝質(zhì)量；在豎井頂部拼裝平臺(tái)將鋼管拼裝成兩瓣(上、下部分)，先將下半部分吊裝到井底調(diào)整固定，再將上半部分吊裝與下半部分進(jìn)行組拼。

3.3 鋼管在洞內(nèi)水平運(yùn)輸——滑支腿滑移

鋼管在洞內(nèi)水平運(yùn)輸有兩種方式供選擇：滾動(dòng)臺(tái)車運(yùn)輸和滑支腿運(yùn)輸。項(xiàng)目部從承載、穩(wěn)定性、靈活性等綜合考慮后最終選擇第二種方案。滾動(dòng)臺(tái)車運(yùn)輸過程中存在臺(tái)車穩(wěn)定性問題以及臺(tái)車承載能力較小等；滑支腿采用型鋼及鋼板加強(qiáng)與鋼管焊接成一體，剛性強(qiáng)，承載力大、穩(wěn)定性好。漸變段的鋼管運(yùn)輸有一段上坡，此時(shí)可將滑支腿做成前低后高，以防止其在上坡時(shí)鋼管向后傾倒而使運(yùn)輸更為穩(wěn)定；滑支腿制作的高低可根據(jù)每一節(jié)鋼管安裝高程計(jì)算，就位后鋼管的高程調(diào)整量小，進(jìn)而縮短了安裝調(diào)整時(shí)間；另外，如果采用臺(tái)車運(yùn)輸，在鋼管就位后,需將臺(tái)車抽出后才能拼

圖4 豎井底部擴(kuò)挖布置圖 (單位：m)

裝下節(jié)鋼管；而用支腿運(yùn)輸鋼管,則只需將鋼管拖運(yùn)出拼裝工位就能進(jìn)行下一節(jié)鋼管的拼裝,進(jìn)而提高了鋼管安裝速度。鋼管就位后,支腿可不拆除而用于鋼管的底部支撐，從而減少了支撐的安裝時(shí)間?；热S結(jié)構(gòu)見圖5。

3.4 部分彎管管節(jié)就位方式——翻轉(zhuǎn)就位

部分彎管采用豎拼，其運(yùn)輸靠近已裝管節(jié)，不能直接就位，遂采用翻轉(zhuǎn)的方法將鋼管就位，在已裝管節(jié)的底部焊接支撐板，作為鋼管翻轉(zhuǎn)的支點(diǎn)。在需就位的鋼管底部用千斤頂向上頂升，在需就位的鋼管和已裝鋼管頂部間加裝手拉葫蘆對(duì)拉，使鋼管翻轉(zhuǎn)，在鋼管翻轉(zhuǎn)接近向下傾翻前，在鋼管頂部加裝頂桿裝置，防止鋼管在翻轉(zhuǎn)時(shí)突然下墜而造成人員、設(shè)備發(fā)生安全事故。

4 結(jié) 語(yǔ)

江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口隧洞段壓力鋼管布置型式新穎、體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形尺寸大、地質(zhì)條件差，給鋼管的安裝帶來(lái)了一定難度。但通過采用鋼管分瓣吊裝進(jìn)洞、洞內(nèi)豎拼、滑支腿水平運(yùn)輸、翻轉(zhuǎn)就位等技術(shù)，使鋼管安全、順利、按期安裝完成，從而為此類型的鋼管安裝積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)類似工程具有一定的參考意義。

圖5 滑支腿三維結(jié)構(gòu)圖

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV52；TV743；TV547

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1001-2184(2017)03-0045-03

陳 林(1977-),男，重慶江北人，高級(jí)工程師，從事水電站機(jī)組安裝、金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝技術(shù)與管理工作.