壓力管道豎井段鋼管安裝及質(zhì)量控制研究

沈曉勇，施 蕾

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州，450000)

引言

水電站壓力鋼管的安裝受地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境等因素影響，豎井壓力鋼管的安裝所面臨的風(fēng)險(xiǎn)和困難極大[1-6]，因此，為保證豎井壓力鋼管安裝的安全，選擇安全、高效、經(jīng)濟(jì)的安裝技術(shù)方案就顯得尤為重要[7-8]。以古瓦水電站為工程背景，同時(shí)制定出施工安全控制要點(diǎn)和工藝流程，從而保證壓力鋼管安裝質(zhì)量，保證水電站的安全運(yùn)行。

1 工程概況

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，下游為娘擁水電站。攔河大壩位于下游約620m處，河段壩址控制集水面積3089萬km2，平均流量43.4m3/s，水庫正常蓄水位3398m，相應(yīng)庫容為2.396億m3，總庫容為2.458億m3，調(diào)節(jié)庫容22276萬m3，具年調(diào)節(jié)能力。主體電站裝機(jī)容量201MW(三組)，多年平均年發(fā)電量8.078億kW·h。

2 豎井安裝關(guān)鍵布置方法

2.1 施工道路

下彎管部分管節(jié)從制作廠經(jīng)沿河公路、進(jìn)場(chǎng)交通洞、下平段施工支洞、下平段運(yùn)至豎井下彎安裝點(diǎn)。其余部分壓力鋼管、人員、設(shè)備、材料由進(jìn)場(chǎng)永久公路經(jīng)4#施工道路至蝶閥交通洞到上平段，最后進(jìn)入豎井工作面。

2.2 供電設(shè)置

豎井段壓力鋼管安裝使用的電源采用土建布置于壓力管道下平段的三相四線制電源點(diǎn)。用ZC-YJV223×95+1×75銅芯電纜線連接到豎井臺(tái)車上，臺(tái)車上配備1個(gè)電源箱，總控制開關(guān)為600A。豎井工作面附近采用2盞1kW投光燈照明。豎井吊裝設(shè)備及豎井上平段至豎井吊裝點(diǎn)的照明電源使用蝶閥交通洞洞口業(yè)主高壓線上“T”接提供高壓電；洞內(nèi)用電采用三相四線制。

2.3 豎井起吊裝置布置

2.3.1 井口段擴(kuò)挖

壓力管道鋼管安裝前先在井口安裝吊運(yùn)設(shè)施。為滿足吊運(yùn)設(shè)施安裝空間，對(duì)豎井井口段進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)挖。自(管)0+145m樁號(hào)向內(nèi)，底板以i=0.2833%坡度漸變擴(kuò)挖底板，漸變9m長(zhǎng)后，水平擴(kuò)挖底板，直至內(nèi)部25.1m處。初期支護(hù)按IV類圍巖參數(shù)進(jìn)行：施工系統(tǒng)錨桿φ22，L=3.0m，間排距1.5m。

2.3.2 鋼管安裝吊運(yùn)系統(tǒng)

吊運(yùn)系統(tǒng)使用雙梁門式起重機(jī)，最大吊重10t，軌道間距6.4m、凈高4.7m，共布置3臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，其中1臺(tái)10t卷揚(yáng)機(jī)作為起重卷揚(yáng)機(jī)。吊運(yùn)設(shè)施既能垂直運(yùn)輸，又能水平運(yùn)輸，滿足施工人員、設(shè)備及材料運(yùn)輸工作。安裝吊運(yùn)設(shè)施之前先澆筑軌道梁，(管)0+145m樁號(hào)向內(nèi)9m～25.1m部位底板兩側(cè)澆筑軌道梁，共2根。軌道梁長(zhǎng)16.1m、寬0.7m、高0.7m，頂面高程3262.55m，使用C30混凝土澆筑，軌道梁主筋使用φ22鋼筋，每根梁布置12根，箍筋使用φ12鋼筋，每根梁布置81根。軌道使用34kg/m鋼軌，鋪設(shè)在軌道梁上，軌道中心間距6.4m。

3 豎井鋼管安裝綜合設(shè)置

3.1 豎井鋼管安裝工作平臺(tái)布置

如圖1所示，鋼管安裝工作平臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)骨架設(shè)置，用I20工字鋼作為主梁，L75角鐵作為主梁間連接，φ25鋼筋作為平臺(tái)底層基礎(chǔ)，上鋪設(shè)2cm木板搭設(shè)平臺(tái)。平臺(tái)共分四層：探傷平臺(tái)、焊接平臺(tái)、組裝平臺(tái)、防護(hù)平臺(tái)。每層平臺(tái)間距和每節(jié)鋼管長(zhǎng)度一致，為2.2m。平臺(tái)之間設(shè)置鋼筋樓梯，作為工人上下通道。

圖1 分層平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

為運(yùn)輸及安裝方便，工作平臺(tái)分兩節(jié)，每節(jié)3.3m。平臺(tái)在制作廠完成制作，在安裝點(diǎn)牢固焊接成整體。安裝平臺(tái)通過設(shè)置于鋼管內(nèi)壁的12個(gè)吊耳，鎖定于鋼管內(nèi)。安裝平臺(tái)在制作廠制作完成后，進(jìn)行10t載重試驗(yàn)，通過試驗(yàn)后才能用于安裝實(shí)際施工。安裝平臺(tái)重量約1.598t。

3.2 豎井載人吊籃布置

使用φ25鋼筋制作一個(gè)高1.2m、直徑2.4m的鋼筋網(wǎng)吊籃，吊籃底部采用2cm木板鋪設(shè)。分四個(gè)吊點(diǎn)，由起重鋼絲繩吊運(yùn)。提升吊籃設(shè)置一條工作鋼絲繩連接門機(jī)卷揚(yáng)設(shè)備，一條安全鋼絲繩固定于門機(jī)機(jī)架上。吊籃另設(shè)安全鎖。安全鎖通過安全鋼絲繩連接，當(dāng)工作鋼絲繩斷裂或卷揚(yáng)機(jī)滑車時(shí)，安全鎖自動(dòng)快速地鎖定安全鋼絲繩，保證提升吊籃不墜落，保證施工人員安全。

為防止供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題或提升系統(tǒng)出現(xiàn)問題而造成井下人員無法上井的現(xiàn)象發(fā)生，在安裝完成的鋼管內(nèi)設(shè)置安全爬梯，爬梯安裝具體要求如下：

(1)爬梯與鋼管面凈距離不小于0.15m，使用φ25、L=3m的錨桿與鋼管連接牢固；

(2)爬梯四周設(shè)置φ16環(huán)形護(hù)欄，間距0.4m；

(3)每10m設(shè)置休息平臺(tái)，使用φ25鋼筋制作框架，φ16鋼筋制作護(hù)欄進(jìn)行防護(hù)，底部花紋鋼板，并預(yù)留人行通道口方便上下攀爬。

3.3 豎井防墜布置

本工程豎井長(zhǎng)度達(dá)到180余米，為保障豎井鋼管安裝施工人員安全和防止施工中造成的物體墜落對(duì)彎管下游施工人員造成傷害，豎井工作平臺(tái)與鋼管內(nèi)壁間隙設(shè)計(jì)為15cm，保證施工人員不會(huì)從平臺(tái)與鋼管間隙墜落，同時(shí)保證無大物件從平臺(tái)墜落。在豎井下彎管口10m、15m、20m位置設(shè)置3道墜物攔截網(wǎng)，攔截網(wǎng)采用鋼結(jié)構(gòu)加木板布置。同時(shí)，在豎井下管口30m處設(shè)置警示圍欄，防止無關(guān)人員進(jìn)入防墜區(qū)域。防墜圍欄與鋼管牢固焊接，在豎井鋼管安裝完畢后割除，然后將鋼管上的焊補(bǔ)磨平，并做防腐處理。

4 壓力管道豎井段鋼管安裝施工工藝流程

4.1 鋼管安裝準(zhǔn)備

(1)點(diǎn)線測(cè)量：以測(cè)區(qū)內(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)為起點(diǎn)，延伸測(cè)放出鋼管道中心線、里程點(diǎn)和高程線，各點(diǎn)線分別在底板、洞壁上定位。點(diǎn)、線必須明顯標(biāo)示嚴(yán)加保護(hù)，一旦被侵蝕或移位應(yīng)以原始點(diǎn)為準(zhǔn)再重新測(cè)放。

(2)將上彎管處洞頂部適當(dāng)擴(kuò)挖，彎管垂直下方向待豎井段鋼管安裝完成后再開挖，詳細(xì)開挖參數(shù)如圖2所示。豎井口布置10t門式起重機(jī)，用于豎井壓力鋼管吊裝。

(3)豎井口用于豎井壓力鋼管吊裝及人員上下的10t門式起重機(jī)布置完畢，通過驗(yàn)收。

(4)載人吊籃布置完畢，通過驗(yàn)收。

4.2 鋼管吊裝就位

根據(jù)古瓦水電站廠區(qū)樞紐標(biāo)施工總進(jìn)度規(guī)劃，豎井壓力鋼管安裝及運(yùn)輸順序依次為：下平段上游(定位節(jié))→豎井下彎段→豎井上段→豎井上彎段；壓力鋼管豎井段和上平段主管運(yùn)輸線路為：壓力鋼管拼裝廠→蝶閥室交通洞→卸車點(diǎn)。

壓力鋼管豎井段主管運(yùn)輸車輛達(dá)到豎井口上游5m卸車點(diǎn)后，利用設(shè)置在豎井口10t門式起重機(jī)將豎井鋼管緩緩吊至安裝工作面，并如此循環(huán)。吊裝鋼管前，先用載人吊籃將施工人員緩慢載至防護(hù)平臺(tái)上，人員進(jìn)入組裝平臺(tái)確認(rèn)安全后，再吊裝鋼管。鋼管吊至安裝位置50cm高度內(nèi)，安裝人員才能從組裝平臺(tái)進(jìn)入安裝平臺(tái)，輔助鋼管就位。

4.3 鋼管安裝

豎井下彎段鋼管共計(jì)110節(jié)。

(1)鋼管主管在洞外制作廠處進(jìn)行組圓，組圓完成后通過運(yùn)輸將鋼管運(yùn)至安裝工位進(jìn)行洞內(nèi)安裝。

(2)安裝順序：豎井下彎段→豎井上段→豎井上彎段。

(3)調(diào)整鋼管的中心，高程，對(duì)接尺寸等參數(shù)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到要求后開始環(huán)縫焊接，焊接完成后進(jìn)行探傷檢查。

(4)每次鋼管組裝、焊接、探傷工作完成后，利用10t門機(jī)提升一次安裝工作平臺(tái)，提升高度為2.2m，如此循環(huán)。

(5)現(xiàn)場(chǎng)鋼管的安裝環(huán)縫均采用手工電弧焊焊接。

4.4 鋼管外壁加固

如圖3所示，外壁采用L45角鐵進(jìn)行加固，采用角鐵將錨桿與壓力鋼管進(jìn)行焊接連接的方式。

圖3 豎井鋼管加固示意

5 質(zhì)量控制體系

豎井鋼管安裝質(zhì)量控制如表1所示，為壓力鋼管安裝施工安全，新增一臺(tái)雙梁門式起重機(jī)，新增一臺(tái)載人吊籃，新增一個(gè)安全吊裝平臺(tái)，新增一套安全爬梯，新增豎井下彎管口防墜圍欄。

表1 主要增加工程量

為了防止在豎井段開挖施工過程中3264.4m平臺(tái)上石塊等物體掉入豎井。在鎖口混凝土之上安裝防護(hù)欄，防護(hù)欄使用φ16mm制作，高度1.2m，沿井口環(huán)形布置。防護(hù)欄底部設(shè)置30cm高的彩鋼踢腳板，防止小型工器具、石塊等跌落。

為防止鋼管安裝施工中的墜物對(duì)下游人員造成傷害，在豎井下彎管口10m、15m、20m位置設(shè)置3道墜物攔截網(wǎng)，攔截網(wǎng)采用鋼結(jié)構(gòu)加木板加安全網(wǎng)布置。同時(shí)，在豎井下管口30m處設(shè)置警示圍欄，防止無關(guān)人員進(jìn)入防墜區(qū)域。

6 結(jié)論

壓力管道安裝的質(zhì)量控制是由許多因素決定的。在施工中，施工前的準(zhǔn)備，施工中的監(jiān)督管理，以及施工后的檢查和檢測(cè)，可以使施工質(zhì)量達(dá)到理想的效果。施工企業(yè)要根據(jù)各部門的特點(diǎn)，制定并實(shí)施一套經(jīng)濟(jì)、高效、可行的質(zhì)量控制體系，以達(dá)到整個(gè)工程的預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)，進(jìn)一步提高工程質(zhì)量管理水平。