豎井頂部空間受限的壓力鋼管安裝方法研究

趙田偉

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概述

以禮河四級(jí)電站位于白鶴灘水電站蓄水庫(kù)區(qū)內(nèi)，庫(kù)區(qū)回水將淹沒其尾水系統(tǒng)、地下廠房及部分引水隧洞，以禮河四級(jí)電站復(fù)建工程屬于移民項(xiàng)目工程，復(fù)建工程主要建設(shè)工程為尾水系統(tǒng)工程、地下廠房工程、引水系統(tǒng)工程及相關(guān)配套路徑等工程項(xiàng)目。引水隧洞1 號(hào)豎井上端高程為EL 1 344.7 m，上下彎段半徑為10 m，豎井垂直高度為212.069 m（含彎管段管節(jié)數(shù)量共89 節(jié)），下口與引水中平洞上游側(cè)連通；2 號(hào)豎井上端與引水中平洞下游側(cè)連通，高程為1 076.735 m，上下彎段半徑同為10 m，豎井垂直高度為217.615 m（含彎管段管節(jié)數(shù)量共92 節(jié)）。2 條引水豎井壓力鋼管內(nèi)徑均為Φ2 800 mm，因受壓不一致，管壁厚度14 mm~32 mm，鋼管材質(zhì)從上端的Q345R 轉(zhuǎn)變?yōu)?00 MPa 級(jí)鋼材，加勁環(huán)高度均為150 mm，材質(zhì)為Q345R。

引水2 號(hào)豎井頂部開挖空間為（長(zhǎng)×寬×高）16 m×8 m×9 m，因該部位圍巖以Ⅳ類為主，構(gòu)造破碎帶為Ⅴ類，圍巖不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重，在高度方向不具備向上擴(kuò)挖條件。洞室開挖形式為圓拱門形式，上游為平洞開挖方向，下游側(cè)開挖空間距離豎井開挖邊緣約4 m，豎井頂部預(yù)埋2 個(gè)10 t 吊點(diǎn)方便設(shè)備安裝，在如此有限空間內(nèi)完成壓力鋼管安裝成為了以禮河四級(jí)電站復(fù)建工程引水隧洞壓力鋼管安裝的重難點(diǎn)。

2 施工難點(diǎn)分析

（1）施工空間有限，投入設(shè)備較多，施工布置緊湊

施工現(xiàn)場(chǎng)布置緊湊主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是豎井頂部部位，壓力鋼管運(yùn)輸?shù)轿缓髮?duì)施工環(huán)境和施工工序綜合分析，在豎井頂部主要存在工序有：鋼管運(yùn)輸后的翻身作業(yè)，管口漆的打磨，壓力鋼管吊起及平緩下落等，需要布置主要吊裝的起吊設(shè)備，翻身用的吊裝設(shè)備，翻身后的的運(yùn)輸臺(tái)。根據(jù)電力建設(shè)施工相關(guān)強(qiáng)制性條文，在深豎井安裝時(shí)人員上下需單獨(dú)布置吊籠，且吊籠上需按要求配置穩(wěn)繩裝置和防墜器裝置，穩(wěn)繩與穩(wěn)車需配套投入使用。二是根據(jù)施工工序要求，壓力鋼管安裝吊裝就位后，需進(jìn)行壓縫、點(diǎn)焊加固、打底焊、清根、焊接、焊縫打磨、無(wú)損檢測(cè)、防腐涂裝等多個(gè)工序，投入的設(shè)備有千斤頂2臺(tái)、手工焊機(jī)1 臺(tái)、氣保焊機(jī)4 臺(tái)、CO2氣體擺放空間、空壓機(jī)1 臺(tái)、氣刨機(jī)1 臺(tái)、無(wú)損檢測(cè)等設(shè)備，而壓力鋼管內(nèi)徑為2.8 m，焊接和無(wú)損檢測(cè)、防腐涂裝時(shí)必須沿管壁預(yù)留一定的空間方便人員同行，壓力鋼管外側(cè)需進(jìn)行混凝土澆筑，不具備設(shè)備擺放等條件，故壓力鋼管內(nèi)設(shè)備的擺放空間也相對(duì)集中緊湊。

（2）壓力鋼管在垂直方向的空間受限

按照起重安全吊裝要求，吊裝鋼絲繩夾角不得超過(guò)120°，則可以計(jì)算吊鉤到壓力鋼管管口平面的距離最小為1.4 m，加上壓力鋼管的高度3 m，運(yùn)輸臺(tái)車常規(guī)高度0.7 m，軌道高度0.14 m，不計(jì)算吊鉤及以上高度為：1.4+4+0.7+0.14=6.24 m。在吊鉤側(cè)面需布置人員上下運(yùn)輸?shù)墓藁\，高度約2.5 m，罐籠距離頂部安全空間預(yù)留0.3 m，則至此達(dá)到罐籠頂部高度（含安全距離）高度為：6.24+2.5+0.3=9.04 m，高度已超過(guò)開挖高度9 m。除此外，高度方向還有吊裝設(shè)備的吊裝高度0.5 m，轉(zhuǎn)輪或卷筒高度、支架梁的厚度等，故在高度方向空間的利用也是壓力鋼管安裝的重難點(diǎn)之一。

3 受限空間內(nèi)壓力鋼管安裝方法

3.1 現(xiàn)場(chǎng)施工平面空間緊湊處置方法

針對(duì)豎井頂部投入設(shè)備較多，與壓力鋼管施工工序所需場(chǎng)地等情況會(huì)導(dǎo)致豎井頂部空間狹小，首先確定壓力鋼管整體的吊裝設(shè)備采用了絞車及吊架的組合方式，主要因素為：

（1）施工成本控制。若采用整體門機(jī)進(jìn)行吊裝，則需與設(shè)備制造廠進(jìn)行溝通協(xié)商，專門定制符合現(xiàn)場(chǎng)施工條件的門機(jī)，則該門機(jī)需單獨(dú)設(shè)計(jì)制造并進(jìn)行相關(guān)的型式檢驗(yàn)等流程，不利于施工成本控制，且門機(jī)從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝等周期較長(zhǎng)，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工管理成本的控制。采用絞車和吊架的組合形式，可以直接采購(gòu)市面通用的絞車，吊架制作要求也沒有門機(jī)相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)制作要求高，可以有效的降低施工直接成本和管理成本。

（2）優(yōu)化使用空間。采用門機(jī)的安裝方式可以減少運(yùn)輸臺(tái)車的投入工作，但是門機(jī)使用時(shí)對(duì)巖錨梁的基礎(chǔ)強(qiáng)度要求很嚴(yán)格，需單獨(dú)澆筑巖錨梁以承載壓力鋼管重量、門機(jī)整體重量，不利于現(xiàn)場(chǎng)整體緊湊的施工空間。若采用門機(jī)作為吊裝方案，深豎井要求投入較長(zhǎng)的吊裝鋼絲繩，則門機(jī)的小車需配置直徑較大的卷筒才能滿足鋼絲繩的纏繞需求，降低了壓力鋼管在垂直方向上的有效使用空間。采用絞車作為主吊裝設(shè)備，可將絞車布置在干擾不到壓力鋼管安全吊裝的遠(yuǎn)處，利用吊架上的定滑輪改變吊裝鋼絲繩的走向，極大的減小了吊架頂部空間需求。

（3）提高了安全因素。按照安全相關(guān)規(guī)定，門機(jī)不能直接載人完成豎井上下吊裝作業(yè)，故罐籠只能通過(guò)固定式吊架配合穩(wěn)繩、絞車來(lái)完成工作。若在露天環(huán)境或空間足夠的情況下，可同時(shí)投入門機(jī)及罐籠的吊架保證安全，但在狹小空間內(nèi)為了保證施工安全，最佳的方式為采用固定式吊架與2 套絞車配合的形式完成壓力鋼管和施工人員的上下吊裝作業(yè)。

壓力鋼管吊裝時(shí)受力較大，故鋼絲繩需以頂部吊架的橫梁作為主要的受力構(gòu)件，為避免吊裝用鋼絲繩與豎井吊架接觸摩擦，需將壓力鋼管吊裝用絞車布置于遠(yuǎn)處以保障鋼絲繩和吊架有足夠的施工空間。罐籠整體重量為760 kg 左右，壓力鋼管安裝工序最大載人數(shù)量為6 人，按照每人70 kg 計(jì)算，罐籠牽引重量為760+70×6=1 180 kg，牽引繩可采取在豎井吊架靠近下游梁上布置鋼絲繩定滑輪，可保證罐籠的牽引鋼絲繩和穩(wěn)繩的鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程匯總不受到損傷。這樣就可以將穩(wěn)車、罐籠的起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在豎井下游側(cè)。

為避免在豎井安裝過(guò)程中，上方人員的其他動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致雜物掉落到深豎井內(nèi)，對(duì)井內(nèi)的施工人員和設(shè)備產(chǎn)生安全隱患，可將運(yùn)輸臺(tái)車改造為豎井頂部的蓋板，在壓力鋼管運(yùn)輸時(shí)作為運(yùn)輸臺(tái)車的作用，安裝時(shí)可作井口安全防護(hù)蓋板，具體見圖1 所示。

圖1 豎井頂部運(yùn)輸部件封閉示意圖

綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備擺放布置如圖2。

圖2 受限空間內(nèi)吊裝設(shè)備擺放布置示意圖

3.2 壓力鋼管垂直吊裝方向空間緊湊處置方法

采用吊架吊裝壓力鋼管后，則頂部轉(zhuǎn)輪含支架重量約400 kg，采用頂部的錨點(diǎn)配合地面卷?yè)P(yáng)吊裝的方式，距離頂部預(yù)留500 mm 吊裝空間。豎井頂部設(shè)計(jì)高度為7.1 m，吊架梁厚度為0.3 m，罐籠距離頂部預(yù)留0.65 m，罐籠高度為2.5 m。壓力鋼管吊裝為減省空間采用平衡梁吊裝的方式進(jìn)行吊裝，從吊點(diǎn)到壓力鋼管管口平面高度為1 m，同時(shí)為節(jié)省施工空間將罐籠布置于下游側(cè)，壓力鋼管吊裝就位后，人員上下時(shí)可采用平衡梁作為過(guò)渡平臺(tái)，方便罐籠抵達(dá)鋼管處進(jìn)行施工，可減少罐籠底部與管口之間的距離至0.8 m。至此垂直高度方向占用高度為：0.5+0.3+0.65+2.5+0.8+3.0=8.05 m，壓力鋼管底部預(yù)留空間供運(yùn)輸臺(tái)車及軌道高度等布置。為保證壓力鋼管有足夠的起吊空間，將常規(guī)的外置式輪子設(shè)計(jì)為內(nèi)嵌式減少空間占用，可由原來(lái)的高度0.7 m 降低至0.35 m，詳見圖3 所示。

圖3 主輪內(nèi)嵌式運(yùn)輸臺(tái)車

為保證軌道施工強(qiáng)度滿足壓力鋼管及運(yùn)輸小車的承載力，在底部開挖深度為0.4 m，并預(yù)埋一根截面積為0.2×0.2 的鋼梁，鋼梁安裝完成后澆筑C30的混凝土，鋼梁頂部安裝43 kg 的軌道，軌頂比地面高出約0.1 m。至此整個(gè)豎井頂部壓力鋼管吊裝整體空間布置完成，總體高度為：8.05+0.35+0.1=8.5 m，預(yù)留了0.5 m 壓力鋼管提升高度。整體布置詳見圖4 所示。

圖4 壓力鋼管垂直空間布置示意圖

3.3 壓力鋼管內(nèi)部空間布置緊湊處理方法

豎井開挖直徑為4 m，壓力鋼管內(nèi)徑為2.8 m，加勁環(huán)高度為0.15 m，故壓力鋼管外側(cè)有效施工空間為0.45 m，空間無(wú)法滿足設(shè)備、工器具的擺放，故在壓力鋼管內(nèi)部設(shè)置雙層平臺(tái)，用于各種施工器械的擺放，具體詳見圖5 所示。

圖5 壓力鋼管內(nèi)部平臺(tái)示意圖

4 結(jié)論

水電站建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)布置是施工管理的基礎(chǔ)工作，具有一定的復(fù)雜性，它不僅需要施工過(guò)程中各個(gè)方面各個(gè)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào),還需要多方面共同合作。本文論述的是在受地質(zhì)環(huán)境影響條件下，豎井頂部受限的鋼管安裝作業(yè)區(qū)域，無(wú)法利用大型的起吊機(jī)械完成施工作業(yè)的情況下，確定安全合理的施工方案，科學(xué)合理進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工平面布置，保障了壓力鋼管安裝順暢開展。本文所述的施工平面布置方法，科學(xué)合理分析現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工工序需求布置，最大程度保障了壓力鋼管安裝施工任務(wù)安全高效順利開展，可為讀者提供相關(guān)類似難點(diǎn)的解決思路。