斜坡段壓力鋼管“順安法 ”安裝技術(shù)研究

李 新，張文潔，吳崢斌，朱房釗

（1.北方國(guó)際合作股份有限公司，北京100040；2.廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞523710）

1 工程概況

Xeset3水電站位于老撾南部沙拉彎?。≒.SARAVAN），湄公河支流Xedon河的支流Xeset河上。Xeset3水電站為低閘壩引水式電站，主要任務(wù)為發(fā)電，并兼顧下游河段環(huán)境生態(tài)用水等要求。電站引用流量18.06 m3/s，利用毛水頭162 m，裝機(jī)2臺(tái)，裝機(jī)容量23 MW，Xeset3水電站工程的主要建筑物有：跨流域引水工程、Xeset河首部樞紐工程、1352.86 m的引水明渠，1277.16 m的壓力引水混凝土涵管、調(diào)壓井、1030.49 m的引水壓力鋼管（管內(nèi)徑2300 mm）、地面發(fā)電廠房、開(kāi)關(guān)站、115 kV輸電線路工程、運(yùn)行村及施工道路與橋梁工程。

Xeset3水電站的引水壓力鋼管布置在調(diào)壓井后，水頭落差主要集中在引水壓力鋼管段，80%的水頭落差集中在PS 0+613.955鎮(zhèn)墩至發(fā)電廠房斜坡段的引水壓力鋼管，Xeset3水電站的壓力鋼管布置見(jiàn)圖1。

2 安裝工藝的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

根據(jù)水電站引水壓力鋼管特點(diǎn)：引水壓力鋼管的作用是輸送水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的引用水，斜坡段順?biāo)鞣较驈纳嫌沃料掠瓮暾武摴苤饕晒潭ú课讳摴埽ㄦ?zhèn)墩內(nèi)、外鋼管）、伸縮節(jié)、帶活動(dòng)支腳部位鋼管組成，見(jiàn)圖2。

圖1 Xeset3水電站的壓力鋼管布置

圖2 斜坡段完整段壓力鋼管安裝示意圖

斜坡段引水壓力鋼管完整段鋼管（指兩鎮(zhèn)墩之間的鋼管）在安裝、運(yùn)行過(guò)程中，段內(nèi)鋼管的自重和水的重量大部分由下游處鎮(zhèn)墩支承，伸縮節(jié)是用于補(bǔ)償因溫度、受力等產(chǎn)生的徑向、軸向的位移，在安裝、運(yùn)行過(guò)程中，不承受段內(nèi)鋼管的自重、水的重量。

“順安法”（順?biāo)鞣较蜓由熹摴馨惭b方法）安裝中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是：①改變安裝過(guò)程鋼管自重的支承方式，由原下游鎮(zhèn)墩支承改為由上游鎮(zhèn)墩承拉；②解決安裝過(guò)程中，必須利用伸縮節(jié)承擔(dān)段內(nèi)鋼管的部分自重，即伸縮節(jié)要起到傳力作用，伸縮節(jié)又要保證伸縮節(jié)內(nèi)具有伸縮功能的波紋不受影響。

3 安裝工藝的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）斜坡段“順安法”與傳統(tǒng)安裝工藝“逆安法”相比，安裝工藝采用先安裝上游固定部位鋼管（鎮(zhèn)墩內(nèi)、外鋼管），待固定部位鋼管的二期混凝土強(qiáng)度符合要求后，再進(jìn)行伸縮節(jié)的安裝，伸縮節(jié)安裝完畢經(jīng)驗(yàn)收合格后，順?biāo)鞣较蜓由彀惭b其他管節(jié)鋼管，與“逆安法”安裝工序幾乎完全相反。

（2）“順安法”安裝工藝具有先安裝“伸縮節(jié)”，實(shí)現(xiàn)“伸縮節(jié)”零累積糾偏安裝誤差的好處，更加優(yōu)化了伸縮節(jié)運(yùn)行參數(shù)，具有明顯“先安零糾偏”優(yōu)勢(shì)。

（3）斜坡段“順安法”與傳統(tǒng)安裝工藝相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是具有成倍增加安裝工作面的功能。即“一變二”功能，選定了“順安法”的始裝節(jié)鋼管開(kāi)始安裝后，也可以利用“順安法”的始裝節(jié)鋼管為始裝節(jié)，采用“逆安法”進(jìn)行安裝，可根據(jù)施工需要靈活調(diào)整、增加工作面，特別有利于加快施工進(jìn)度。

（4）“門(mén)型鋼板加固法”，解決了“伸縮節(jié)”在斜坡段“順安法”安裝鋼管過(guò)程“伸縮節(jié)”承擔(dān)段內(nèi)鋼管的部分自重，又保證了伸縮節(jié)內(nèi)具有伸縮功能的波紋不受影響。具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單，施工安全、方便，操作簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)圖3。

圖3 門(mén)型鋼板加固示意圖

門(mén)型加固鋼板安全驗(yàn)算：

門(mén)型加固鋼板材質(zhì)為Q345 C，厚度14 mm，板寬150 mm，采用4塊同規(guī)格鋼板進(jìn)行加固，選安全系數(shù)為 2，許用拉應(yīng)力 [σ]=172.5 MPa。

采用“順安法”安裝最重壓力鋼管段坡為：1：3.5，所有鋼管的自重97.4 t，不考慮支腿摩擦力，選取動(dòng)載荷系數(shù)1.2，則伸縮節(jié)將受到壓力鋼管拉力為N=32.1 t。

σ’=N/F=32.1×104/4×150×14×10-6=38.2 MPa

選安全系數(shù)為2，

σ’=38.2×2=76.4 MPa ＜ [σ]=172.5 MPa

以上計(jì)算，可見(jiàn)加固鋼板構(gòu)件都是足夠安全的。

（5）Xeset3水電站的壓力鋼管原施工方案是傳統(tǒng)安裝工藝“逆安法”，有2個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)：

1）第1工作面是從已安裝好的發(fā)電廠房進(jìn)水段管PS 1+006.405開(kāi)始安裝至另一始裝節(jié)PS 0+715.395進(jìn)行湊合；

2）第2工作面是始裝節(jié)PS 0+715.395安裝至另調(diào)壓井PS 0+010.00。

（6）Xeset3水電站的壓力鋼管安裝創(chuàng)新采用了“順安法”，并結(jié)合“逆安法”進(jìn)行安裝，可以有4個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)，大大加快安裝進(jìn)度，同時(shí)大幅減少電焊工、裝配工的窩工情況：

1）第1工作面是從已完成的調(diào)壓井PS 0+010.00為始裝節(jié)開(kāi)始，采用了“順安法”，向下延伸安裝至PS 0+604.331鋼管進(jìn)人孔附近進(jìn)行湊合；

2）第2工作面為始裝節(jié)PS 0+715.395，采用傳統(tǒng)安裝工藝“逆安法”，向上延伸安裝至PS 0+604.331鋼管進(jìn)人孔附近進(jìn)行湊合；

3）第3工作面為始裝節(jié)PS 0+715.395，采用了“順安法”，向下延伸安裝至PS 0+828.934鋼管進(jìn)人孔附近進(jìn)行湊合；

4）第4工作面是從已安裝好的發(fā)電廠房進(jìn)水段管PS 1+006.405，采用“逆安法”，向上延伸安裝至PS 0+828.934鋼管進(jìn)人孔附近進(jìn)行湊合。

4 安裝工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 斜坡段“順安法”安裝工藝流程

斜坡段“順安法”完整段鋼管（指2鎮(zhèn)墩之間的鋼管）安裝工藝流程圖見(jiàn)圖4。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

施工人員在鋼管安裝前，首先需認(rèn)真仔細(xì)研讀施工圖紙及有關(guān)技術(shù)文件?，F(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)要求確認(rèn)水平高程點(diǎn)，軸線坐標(biāo)（坐標(biāo)點(diǎn)）樁號(hào)。由于始裝節(jié)為鎮(zhèn)墩內(nèi)彎管，利用CAD軟件繪制始裝節(jié)彎頭安裝圖，確定彎頭拐點(diǎn)中心、上下游管底里程及高程，便于放樣安裝。

圖4 斜坡段“順安法”完整段鋼管安裝工藝流程圖

4.2.2 鋼管安裝高程、軸線放線

管線高程、坐標(biāo)點(diǎn)樁號(hào)組成的管段，管線用全站儀及土建施工單位提供的坐標(biāo)點(diǎn)放線。每個(gè)支墩都要放上管線中心點(diǎn)，并標(biāo)上釘頭高程。既有利于安裝測(cè)量，也可甄別誤差較大的點(diǎn)位，提高安裝精度。

4.2.3 始裝節(jié)安裝

始裝節(jié)為鎮(zhèn)墩內(nèi)彎頭。使用25 t吊機(jī)吊裝彎頭，一條鋼絲繩用一個(gè)5 t手拉葫蘆連接彎頭下管口吊耳，另一條直接連接彎頭上管口吊耳。吊起彎頭，利用葫蘆調(diào)整彎頭角度，調(diào)整至接近設(shè)計(jì)斜度即可。將彎頭緩緩吊至事先已做好的支架上，利用彎頭管口點(diǎn)調(diào)整定位彎頭。根據(jù)已放好的中心線對(duì)應(yīng)鋼管中心點(diǎn)洋沖眼，調(diào)整彎頭中軸線及角度。復(fù)測(cè)管口高程，達(dá)到規(guī)范要求后，用型鋼等材料加固管節(jié)。始裝節(jié)必須加固牢靠，防止混凝土澆筑時(shí)或后續(xù)管節(jié)壓縫時(shí)產(chǎn)生位移。

優(yōu)先發(fā)展設(shè)計(jì)業(yè)，加速開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)電子產(chǎn)品更新?lián)Q代，引導(dǎo)行業(yè)內(nèi)的良性競(jìng)爭(zhēng)，創(chuàng)造良好的企業(yè)發(fā)展環(huán)境。培養(yǎng)人才，對(duì)行業(yè)內(nèi)的人才提供適當(dāng)?shù)膬?yōu)惠(政策)，加強(qiáng)微電子教育對(duì)中小學(xué)的滲透，為未來(lái)創(chuàng)造潛在的微電子人才類(lèi)從業(yè)者。

經(jīng)檢查固定牢固后，將鎮(zhèn)墩外鋼管運(yùn)至安裝位置，以彎頭為基準(zhǔn)調(diào)整鎮(zhèn)墩外鋼管的中心和高程，同時(shí)用千斤頂和拉緊器調(diào)整相鄰兩管口的間隙，管口壓縫采用壓馬和楔子板壓縫，壓縫一般從上中心向下分2個(gè)工作面進(jìn)行，同時(shí)，要注意鋼板錯(cuò)邊和環(huán)縫間隙。將2節(jié)鋼管組成大節(jié)后，應(yīng)重新復(fù)核中心線偏差和傾斜度，將始裝節(jié)的上、下游管口的幾何中心誤差調(diào)整至5 mm以內(nèi)（運(yùn)用中垂線原理，采用水平儀、吊線球、鋼卷尺）。用型鋼將鋼管固定于預(yù)埋的錨筋上。加固完，再?gòu)?fù)測(cè)中心線、高程、里程和傾斜，作好記錄。為保證管道不發(fā)生位移，可先澆筑二期混凝土，澆注前應(yīng)對(duì)該段的焊接進(jìn)行檢測(cè)，合格后方可澆筑。

4.2.4 伸縮節(jié)安裝

伸縮節(jié)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝時(shí)要注意：盡量減少壓縫應(yīng)力，防止伸縮節(jié)內(nèi)套管產(chǎn)生彈性變形致使伸縮節(jié)的間隙變動(dòng)、漏水；在伸縮節(jié)與相鄰管節(jié)連接時(shí)，用活動(dòng)支架與千斤頂把伸縮節(jié)頂至需要高程，待管口中心及高程等調(diào)整合格并加固后進(jìn)行壓縫；當(dāng)鋼管全部環(huán)縫焊完，才能將鋼管的連接板割除，否則因焊接收縮，會(huì)使內(nèi)套管外移過(guò)多；伸縮節(jié)下游管節(jié)焊接完成后，如圖3焊接門(mén)型加固鋼板；伸縮節(jié)前后管節(jié)的支撐、門(mén)型鋼板及出廠限位螺栓，應(yīng)在下游鎮(zhèn)墩混凝土澆筑完后割除，讓伸縮節(jié)自由伸縮，并檢查其變形、變位情況。

4.2.5 帶活動(dòng)支腳鋼管安裝

帶活動(dòng)支腳鋼管安裝可采用25 t吊機(jī)一步吊裝到位（或利用鋼管臺(tái)車(chē)運(yùn)輸?shù)轿唬没顒?dòng)支架及千斤頂直接吊裝固定。安裝要注意各節(jié)管下中心的吻合和管口傾斜，即將其下中心對(duì)準(zhǔn)前一節(jié)鋼管的下中心。如有偏移，可用千斤頂頂轉(zhuǎn)鋼管，配合點(diǎn)焊法蘭螺栓進(jìn)行管口對(duì)中。待管口中心及高程等調(diào)整合格并加固后，方可進(jìn)行壓縫。管口壓縫采用壓馬和楔子板壓縫，壓縫一般從上中心向下分兩個(gè)工作面進(jìn)行，同時(shí)，要注意鋼板錯(cuò)邊和環(huán)縫間隙。安裝質(zhì)量符合有關(guān)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。管節(jié)安裝2至3節(jié)后，必須檢查調(diào)整，以免誤差積累，造成以后處理困難。下游鎮(zhèn)墩內(nèi)外管節(jié)安裝過(guò)程與上述安裝方法基本一致。

4.2.6 油漆、清掃

管道內(nèi)外支架切除，拆除鋼管上的卡具、吊耳和其他臨時(shí)構(gòu)件時(shí)，嚴(yán)禁使用錘擊法，應(yīng)用碳弧刨或氧氣—乙炔焰在其離管壁3 mm以上處切除，嚴(yán)禁損傷母材。切除后，鋼管內(nèi)壁上殘留的痕跡和焊疤，再用砂輪機(jī)磨平，并認(rèn)真檢查有無(wú)微裂紋。檢查合格后采用手工涂刷對(duì)切除部位進(jìn)行補(bǔ)漆，刷漆前應(yīng)將鋼管表面油污，焊渣，鐵銹，清除干凈，涂刷時(shí)不能出現(xiàn)漏涂，流掛，皺皮，表面應(yīng)光滑。

5 施工安全措施

（1）建立現(xiàn)場(chǎng)安全管理機(jī)構(gòu)，設(shè)立專(zhuān)職管理人員，落實(shí)各級(jí)安全責(zé)任制，樹(shù)立“安全為了生產(chǎn)，生產(chǎn)必須安全”的方針。

（3）堅(jiān)持每周一安全檢查，每月安全防火、衛(wèi)生大檢查一次。針對(duì)事故隱患苗頭，制訂整改計(jì)劃，限期完成，把整改項(xiàng)目責(zé)任落實(shí)到個(gè)人。

（4）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)戴安全帽，不得穿裙子拖鞋、高跟鞋。

（5）臨時(shí)照明要可靠，并具有足夠的亮度，應(yīng)裝設(shè)漏電開(kāi)關(guān)。

（6）高空安裝工作時(shí)，要系好安全帶、扣好保險(xiǎn)扣，工作高空就位后要有臨時(shí)固定措施，各類(lèi)工具、材料、配件應(yīng)采取防止高處墜落的安全措施。

（7）電焊工必須遵從焊接作業(yè)的安全規(guī)定、《氧氣、乙炔氣使用的安全操作規(guī)程》、《電焊機(jī)使用的安全操作規(guī)程》。

（8）腳手架搭設(shè)應(yīng)牢固可靠。腳手架搭設(shè)有工作平臺(tái)，上下嚴(yán)禁交叉作業(yè)。

（9）要防止觸電，防止從高空墜落。

（10）吊裝時(shí)要有專(zhuān)人指揮，吊物下嚴(yán)禁站人。

（11）壓力鋼管施工處于旱季，我單位將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況搭設(shè)防曬防雨蓬，做好作業(yè)人員的防曬、防中署工作，同時(shí)作好施工場(chǎng)地的排水工作。

（12）鋼管在傾斜段安裝時(shí)，鋼管運(yùn)輸臺(tái)車(chē)要設(shè)置防滑、防翻裝置，臺(tái)車(chē)運(yùn)鋼管時(shí)傾斜段臺(tái)車(chē)下方不得有人。

（13）在立體交叉施工時(shí)，必須加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，統(tǒng)一安排，在交叉施工完畢，各方必須自行清理垃圾和廢料，做到文明施工，交叉作業(yè)必須按照“安全管理制度”執(zhí)行、制定，實(shí)施有效的安全保障措施，保證安全施工。

6 效益及應(yīng)用前景

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

PS 0+715.395作為始裝節(jié)，上游管節(jié)安裝采用“逆安法”，下游管節(jié)采用“順安法”。工作面“一變二”，使焊接作業(yè)與安裝作業(yè)分開(kāi)，避免交叉作業(yè)時(shí)相互干擾，提高工作效率、縮短工期。

以Xeset3水電站引水鋼管安裝工程為例，比原施工方案共縮短工期21 d，可以節(jié)約安裝人工費(fèi)：400元/人×21 d×12人=100800元，每個(gè)伸縮節(jié)增加投入加固材料及人工費(fèi)：材料費(fèi)450元，人工費(fèi)600元，共加固4個(gè)伸縮節(jié)合計(jì)：（450+600）×4=4200元，共節(jié)約成本：100800-4200=96600元。

6.2 社會(huì)效益

Xeset3水電站引水鋼管安裝工程應(yīng)用該安裝工藝，按原工期計(jì)劃完成鋼管的安裝任務(wù)，2016年6月17日按計(jì)劃進(jìn)行了壓力鋼管充水試驗(yàn)，試驗(yàn)合格，實(shí)現(xiàn)了Xeset3水電站首臺(tái)機(jī)組提前半年發(fā)電目標(biāo)，取得了顯著社會(huì)效益，樹(shù)立了良好的社會(huì)形象。

6.3 應(yīng)用前景

斜坡段“順安法”安裝工藝已經(jīng)在老撾Xeset3水電站引水鋼管安裝中成功推廣、應(yīng)用，隨著老撾越來(lái)越多此類(lèi)電站工程的開(kāi)工建設(shè)，該安裝工藝將在水電站鋼管安裝中發(fā)揮更大的作用。