付智慧 陳超
【摘要】隨著地下埋藏式大型壓力鋼管直徑越來(lái)越大,安裝也面臨眾多技術(shù)難題,其中,壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸安裝是首先考慮的問(wèn)題。在巴基斯坦N-J水電工程穿河段壓力鋼管的運(yùn)輸與安裝過(guò)程中,成功地采用了一種壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸專用液壓臺(tái)車進(jìn)行施工。該液壓臺(tái)車結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小,且除運(yùn)輸功能外,自身還具備調(diào)整功能,大大提高了施工效率,節(jié)約了項(xiàng)目成本,可為類似工程提供借鑒。本文對(duì)此種設(shè)備在壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸與安裝中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】液壓臺(tái)車;N-J水電工程;壓力鋼管;運(yùn)輸;安裝
巴基斯坦尼魯姆—杰魯姆(Neelum-Jhelum)水電工程(簡(jiǎn)稱“N-J水電工程”)為長(zhǎng)隧洞引水式水電站。該水電站在尼魯姆河上建立攔水壩和取水口,經(jīng)過(guò)軸線長(zhǎng)達(dá)28. 6 km 的引水隧洞將河水引入地下電站廠房,利用其間河水的天然落差發(fā)電,尾水經(jīng)尾水洞匯入杰魯姆河。該工程的引水隧洞為單雙洞混合式,共設(shè)置 5 條施工支洞。其中部分雙洞采用TBM掘進(jìn),掘進(jìn)長(zhǎng)度為2×11. 5 km;另有部分雙洞,即穿河段,采用壓力鋼管襯砌,襯砌長(zhǎng)度為2×732m(左、右洞各732 m)。襯砌用的壓力鋼管單節(jié)長(zhǎng)度為 12 m,規(guī)格為6660×30 mm(外徑×壁厚,不含加勁環(huán)),單節(jié)總重量達(dá)73 t ,共122節(jié)。
1、壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸與安裝方案的研究
壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸常用的方法是采用平板拖車拖運(yùn),但此種拖運(yùn)方式需要較大的空間,因此隧洞前期開(kāi)挖量較大,工程成本較高;此外平板拖車自身不具備調(diào)整功能,壓力鋼管運(yùn)輸至搭接位置后需要門(mén)塔機(jī)或纜機(jī)配合調(diào)整才能完成搭接,不僅增加了工程成本,而且操作復(fù)雜。
另外,不同于普通襯砌用的鋼模臺(tái)車,此項(xiàng)目所需壓力鋼管運(yùn)輸設(shè)備要求能頻繁運(yùn)行。針對(duì)N-J水電工程穿河段壓力鋼管安裝項(xiàng)目實(shí)際情況,我公司委托三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院廖湘輝教授設(shè)計(jì)、并依托公司內(nèi)部生產(chǎn)能力制造了一種壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸專用液壓臺(tái)車。此設(shè)備不僅能負(fù)責(zé)壓力鋼管由卸車部位運(yùn)輸?shù)桨惭b部位的運(yùn)輸行走工作,同時(shí)還可完成鋼管在安裝過(guò)程中上下左右前后六個(gè)調(diào)整動(dòng)作。
2、液壓臺(tái)車的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及動(dòng)作流程
2.1 主要結(jié)構(gòu)
本液壓臺(tái)車主要由行走支撐系統(tǒng)、頂升支撐系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、聯(lián)系結(jié)構(gòu)等四大部分組成。其中行走支撐系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、輔助支撐(從動(dòng)輪等);頂升支撐系統(tǒng)包括頂升支撐軸瓦、頂升支撐墊片;液壓系統(tǒng)包括鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)油缸、雙級(jí)頂升油缸、液壓馬達(dá)、液壓泵站、液壓管路等;聯(lián)系結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)聯(lián)系梁、縱向聯(lián)系梁和縱向伸縮梁等。
2.2 工作原理
運(yùn)輸、調(diào)整、頂升系統(tǒng)的行走通過(guò)設(shè)置在軌道上的四組由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的行走輪來(lái)完成。行走液壓馬達(dá)設(shè)置了制動(dòng)回路以及平衡調(diào)速回路,保證鋼管運(yùn)輸過(guò)程中的平穩(wěn)運(yùn)行。行走液壓馬達(dá)還設(shè)置了角度位移傳感器以檢測(cè)馬達(dá)的運(yùn)行狀態(tài),可以在鋼管安裝時(shí)對(duì)鋼管的前后距離進(jìn)行微調(diào)。
在安裝時(shí)調(diào)整鋼管上下和左右的距離是通過(guò)臺(tái)車上的頂升油缸來(lái)完成的。頂升油缸的升降可以調(diào)整鋼管的上下距離,軌道兩側(cè)的兩組油缸的形成差可以調(diào)整鋼管中心線的左右偏移。頂升油缸還設(shè)置了行程位置檢測(cè)傳感器,方便調(diào)整時(shí)的精確控制。
臺(tái)車的液壓控制系統(tǒng)設(shè)置在小車上,隨著小車移動(dòng)??紤]到設(shè)備運(yùn)行距離較遠(yuǎn),若采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要鋪設(shè)較長(zhǎng)的纜線,故其動(dòng)力部分是通過(guò)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的方式為液壓系統(tǒng)提供壓力油。液壓系統(tǒng)的控制閥組分別設(shè)置了帶電磁閥控制的自動(dòng)控制閥組和帶多路換向控制閥操作的手動(dòng)控制回路,兩套回路可以相互切換,互為備用。
液壓系統(tǒng)中的液壓絞車及行走液壓馬達(dá)均設(shè)置了碟簧復(fù)位的液壓剎車以及液壓控制的平衡閥鎖定回路,兩種裝置形成雙保險(xiǎn),保證絞車和行走液壓馬達(dá)的制動(dòng)。液壓系統(tǒng)中還設(shè)置了各級(jí)壓力的安全保護(hù)溢流閥,可在絞車卡死、行走液壓馬達(dá)過(guò)載、油缸工作壓力過(guò)大等不正常工況下有效保護(hù)系統(tǒng)。
2.3 動(dòng)作流程
液壓臺(tái)車的動(dòng)作流程如下:100噸液壓平板車運(yùn)輸壓力鋼管到卸車位→卸車門(mén)架起吊系統(tǒng)連接→壓力鋼管提升→100噸液壓平板車離開(kāi)→液壓臺(tái)車到鋼管下就位→壓力鋼管下降→液壓臺(tái)車承載壓力鋼管→運(yùn)輸?shù)桨惭b部位→壓力鋼管調(diào)整→液壓臺(tái)車回位→下一個(gè)工作過(guò)程。
2.4液壓臺(tái)車運(yùn)輸、調(diào)整具體步驟
⑴臺(tái)車就位:將臺(tái)車沿軌道開(kāi)到壓力鋼管下方,前后移動(dòng)液壓臺(tái)車使鋼管臺(tái)車頂升油缸與鋼管托架停在鋼管重心對(duì)稱位置上。
⑵臺(tái)車承載鋼管:下降卸車門(mén)架液壓卷?yè)P(yáng)機(jī),將壓力鋼管放置在液壓臺(tái)車上,解除壓力鋼管起吊繩索。
⑶壓力鋼管運(yùn)輸:壓力鋼管放置完成后,啟動(dòng)臺(tái)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),將壓力鋼管運(yùn)輸?shù)綁毫︿摴馨惭b部位。
⑷壓力鋼管調(diào)整:根據(jù)對(duì)液壓臺(tái)車控制臺(tái)的具體操作,實(shí)現(xiàn)四個(gè)頂升油缸整體升降和單個(gè)頂升油缸的獨(dú)立升降。通過(guò)頂升油缸動(dòng)作的組合完成鋼管上下左右四個(gè)方位對(duì)接的精細(xì)調(diào)整。壓力鋼管的前后調(diào)整由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作來(lái)完成。
⑸臺(tái)車回位:壓力鋼管調(diào)整完成,并進(jìn)行壓力鋼管加固后,頂升油缸收回到下限,鋼管托架與鋼管分離,且低于壓力鋼管的加勁環(huán),這樣液壓臺(tái)車即可從壓力鋼管下方沿軌道回到卸車位,為下一個(gè)工作循環(huán)做準(zhǔn)備。
3、施工情況簡(jiǎn)介
N-J水電工程采用壓力鋼管襯砌的穿河段隧洞分為左右兩洞。其中,左洞地質(zhì)狀況較好,壓力鋼管安裝順序?yàn)閺纳嫌沃料掠雾槾伟惭b。右洞由于有28米斷層帶,是事故多發(fā)地段,為縮短廊道支護(hù)與混凝土澆筑之間的時(shí)間,監(jiān)理工程師要求調(diào)整右洞安裝順序:先安裝斷層帶位置的3節(jié)鋼襯(第23/24/25節(jié)),安裝完后立即進(jìn)行混凝土襯砌,解決安全隱患后,再安裝其余鋼襯。
考慮到先安裝斷層帶鋼襯后將形成三個(gè)作業(yè)面,且斷層帶位置鋼襯將影響焊接煙霧和液壓臺(tái)車上柴油機(jī)煙霧的及時(shí)排除,在這種情況下,為加快施工進(jìn)度,并改善施工環(huán)境,同時(shí)也鑒于前兩臺(tái)液壓臺(tái)車在施工中極為得力,公司在原柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓臺(tái)車的基礎(chǔ)上又制造了一臺(tái)電驅(qū)液壓臺(tái)車投入此項(xiàng)目,主要用于右洞上游第1至22節(jié)鋼襯的運(yùn)輸及調(diào)整(在此施工段內(nèi),液壓臺(tái)車運(yùn)行距離較短,僅需200米配套電纜即可)。三臺(tái)液壓臺(tái)車在在整個(gè)施工過(guò)程中運(yùn)行良好,發(fā)揮了重要作用,為保證項(xiàng)目施工進(jìn)度奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
結(jié)語(yǔ):
綜上所述,這種集運(yùn)輸與調(diào)整功能于一體的液壓臺(tái)車,在巴基斯坦N-J水電工程穿河段壓力鋼管運(yùn)輸與安裝中的應(yīng)用取得了成功,為后期類似的大直徑管道運(yùn)輸與安裝工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn),提供了參考。同時(shí),作為一種對(duì)環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)的設(shè)備,液壓臺(tái)車不僅可以用于水利水電建設(shè)工程中壓力鋼管的安裝與運(yùn)輸,還可以通過(guò)適當(dāng)改造,在多種管道安裝領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn):
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[2]廖湘輝,三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授.液壓臺(tái)車設(shè)計(jì)方案說(shuō)明,2014.
[3]N-J水電工程監(jiān)理工程師.N-J水電工程穿河段壓力鋼管右洞安裝變更方案,2015.
[4]N-J項(xiàng)目部壓力鋼管廠.N-J水電工程穿河段壓力鋼管安裝方案,2015.