大仰角長斜井壓力鋼管快速安裝技術(shù)

施秉亮，高麗萍

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

福建永泰抽水蓄能電站設(shè)置2 條引水系統(tǒng)，每條引水系統(tǒng)布置2 級55°長斜井，分別由上平洞、上斜井、中平洞、下斜井和下平洞組成。

斜井壓力鋼管每節(jié)長度3 m，設(shè)置3 圈加勁環(huán)，最重管節(jié)20.42 t。鋼管內(nèi)徑6 000 mm，壁厚由18 mm 漸變?yōu)?2 mm，材質(zhì)由Q345R 低合金鋼過渡為600 MPa 高強鋼，在下平洞通過一個Y 型岔管分為2 條高壓引支鋼管接入球閥和蝸殼。

2 斜井鋼管安裝

2.1 施工布置

斜井鋼管安裝布置有1 套起吊翻身系統(tǒng)，1 套牽引溜放系統(tǒng)，具體見圖1 所示。

圖1 現(xiàn)場施工布置示意圖

（1）起吊翻身系統(tǒng)

起吊翻身系統(tǒng)含2 臺5 t 卷揚機、2 套轉(zhuǎn)向錨點和2 套滑輪組，用于將鋼管從平板運輸車上卸車并翻身在鋼管運輸臺車上。

（2）牽引溜放系統(tǒng)

牽引溜放系統(tǒng)含1 臺30 t 卷揚機、1 臺8 t 卷揚機、1 套地輪系統(tǒng)、1 臺運輸臺車，用于將鋼管從卸車翻身場運輸至安裝位置。

2.2 鋼管卸車翻身

壓力鋼管運輸至洞內(nèi)翻身場后進行卸車翻身操作。

在中平洞翻身場設(shè)置兩個相同規(guī)格的吊點，吊點均布在引水隧洞兩側(cè)、2 號施工支洞頂部，兩吊點相距7 m，使用兩吊點共同起吊翻身，起吊時兩根鋼絲繩卸扣固定于鋼管腰部兩側(cè)偏上游15°位置（利用加勁環(huán)竄漿孔），卸扣固定牢靠后同時緩慢提升兩個吊點，鋼管吊起后由于重心偏向下游，在鋼管吊起的同時會自行進行翻身。

鋼管翻身使用主吊點和副吊點配合，將鋼管緩慢吊離車身后駛離車輛，車輛駛離后主吊點繼續(xù)緩慢起升，副吊點配合緩慢降落，直至管口軸向平行于軌道方向，點動操作主吊點卷揚機使鋼管自重全部受力于主吊點，檢查無異常后移除副吊點，移動鋼管運輸臺車至鋼管底部正中心位置，操作主吊點卷揚機緩慢降落鋼管，將鋼管垂直、平穩(wěn)放置于運輸臺車頂部，使用手拉葫蘆、工字鋼等附件將鋼管與臺車可靠固定。主、副錨點配合卸車翻身示意見圖2~圖5所示。

圖2 主副吊點配合鋼管卸車示意圖

圖3 主副吊點配合進行鋼管翻身示意圖

圖4 鋼管翻身后旋轉(zhuǎn)90°狀態(tài)示意圖（管軸向平行于軌道）

圖5 鋼管旋轉(zhuǎn)后垂直放置于運輸臺車上

2.3 鋼管牽引溜放

鋼管卸車完成后，鋼管加勁環(huán)與運輸臺車接觸部位焊接牢固，并在加勁環(huán)與臺車主梁處增加擋塊，擋塊與加勁環(huán)焊接牢固，鋼管就位后割除擋塊。鋼管上游側(cè)+Y 處布置一個5 t 手拉葫蘆，與溜放鋼絲繩處的卸扣連接，防止鋼管在溜放過程中發(fā)生傾覆，所有鋼絲繩與管壁接觸部位用管片保護。

在準(zhǔn)備進入入口時，將30 t 卷揚機鋼絲繩掛裝于運輸臺車定滑輪槽內(nèi)，溜放鋼絲繩固定在鋼管腰部中心，檢查鋼絲繩掛裝正確后點動操作8 t 牽引卷揚機，緩慢將鋼管牽引至上斜井鋼管安裝起點處，直至30 t 卷揚機系統(tǒng)已完全受力且鋼管依靠自身重力可向下自行移動時，操作30 t 卷揚機系統(tǒng)下移小段距離并解除8 t 牽引系統(tǒng)，斜井全程均采用30 t 卷揚機系統(tǒng)溜放鋼管至安裝工位。

在上彎段處布置多個可調(diào)節(jié)中心的拖輪裝置，鋼管溜放過程中出現(xiàn)中心偏移的情況，可帶動滾輪在左右方向有一定的活動余量，避免鋼絲繩在滾輪凹槽中偏向受力而出現(xiàn)磨損，從而提高施工作業(yè)效率，降低施工期間的安全隱患和節(jié)約施工成本。

圖6 拖輪裝置布置示意圖

圖7 拖輪裝置結(jié)構(gòu)示意圖

拖輪裝置在使用時將底座固定在預(yù)先埋設(shè)的混凝土墊層的鎖定板上，溜放鋼絲繩穿過滾輪卡槽，軸與滾輪的貼合面精加工后，保證滾輪繞軸自轉(zhuǎn)以及在軸上左右擺動時減小摩擦力，保證轉(zhuǎn)動順暢無卡阻。

2.4 鋼管安裝

為保證鋼管安裝過程中施工人員的安全，提高施工效率，減少資源投入，永泰抽蓄斜井壓力鋼管在安裝前設(shè)計一套可覆蓋2 條環(huán)縫的移動式全封閉施工平臺，上層平臺進行環(huán)縫焊接，下層平臺對已焊接環(huán)縫進行消缺、無損檢測、防腐等工作，上下兩條環(huán)縫同時施工，可減少交叉影響。

平臺通過4 個掛鉤固定在鋼管管口，溜放鋼管即將就位時取下其中2 個掛鉤掛在下一節(jié)管口上，掛穩(wěn)后再將后續(xù)2 個掛鉤移動至相應(yīng)位置，再將鋼管下放就位。

鋼管運輸至安裝工位后，使用4 個同型號、同規(guī)格的螺旋千斤頂將鋼管頂起至安裝高程，調(diào)整鋼管底部對縫錯臺滿足規(guī)范要求后，在鋼管底部焊接2~3 個同材質(zhì)的定位托板，頂部和側(cè)面使用手拉葫蘆將本節(jié)鋼管與前節(jié)鋼管捆綁固定，確認(rèn)鋼管已可靠固定于安裝工位后將臺車移出鋼管底部，用斜井溜繩或平洞牽引繩將臺車牽引至運輸起始點，準(zhǔn)備進行下節(jié)鋼管的運輸。

鋼管就位后采用一套調(diào)圓壓縫裝置，該裝置由轉(zhuǎn)動軸承、頂桿和液壓千斤頂?shù)冉M成。轉(zhuǎn)動軸承固定在施工平臺上，頂桿與轉(zhuǎn)動軸承連接后可覆蓋管口整個圓周，頂桿兩端設(shè)置兩個液壓千斤頂，通過液壓千斤頂對管口進行調(diào)整，調(diào)整管口圓度、錯臺、間隙等各項尺寸滿足規(guī)范要求后進行定位焊接。采用此裝置可避免楔子和壓碼使用，減少后期拆除工序，縮短安裝工期。

鋼管安裝完成后，采用全站儀對鋼管管口的高程、里程進行復(fù)核。但由于斜井上彎段處坡度較陡峭，常規(guī)測量腳架難以進行架設(shè)，使用固定支墩對壓力鋼管溜放影響較大等問題。在實際安裝過程中設(shè)計了一種用于斜井壓力鋼管安裝測量的可拆卸支墩裝置，該裝置搭設(shè)便捷、高效和安全，能保證壓力鋼管施工中定位精準(zhǔn)，極大的提升施工作業(yè)效率、節(jié)約施工成本。

管口測量滿足規(guī)范要求后即可進行外支撐加固。每節(jié)鋼管加固一圈，采用14 號槽鋼進行焊接，按底部2 根、側(cè)面2 根布置。

2.5 鋼管焊接

環(huán)縫采用X 型不對稱坡口，坡口角度60°，鈍邊2 mm，在鋼管腰部進行過渡，減少仰焊填充量。

為確保焊接質(zhì)量及變形控制，鋼管中心線以上部分先焊接內(nèi)側(cè)，在外側(cè)清根；中心線以下部分先焊接外側(cè)，在內(nèi)側(cè)清根。

圖8 可拆卸支墩結(jié)構(gòu)示意圖

壓力鋼管環(huán)縫焊接時采用多層、多道、對稱的焊接方式進行焊接，每段焊縫層間接頭處應(yīng)錯開，每道焊縫焊接完成后應(yīng)采用鋼絲刷或打渣器進行清理，清理檢查合格后進行下一道的焊接。

在焊縫的冷卻過程中用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產(chǎn)生塑性延伸變形，抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應(yīng)力和變形。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，焊接過程中也可采用風(fēng)錘不斷錘擊焊縫以達到除渣、層間消應(yīng)的目的。

2.6 無損檢測及防腐

鋼管環(huán)縫采用UT、TOFD、MT 進行檢測，檢測比例按照技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

安裝焊縫無損監(jiān)測合格后焊縫表面采用磨光機鋼絲輪手工除銹，除銹后按照防腐要求進行防腐作業(yè)。

3 實際安裝效果

目前，永泰壓力鋼管已全部安裝完成，合同工期與實際工期對比具體見表1。

表1 永泰壓力鋼管合同工期與實際工期對比表

由于前期受疫情影響，鋼管安裝前置工作未能按期完成，致使所有鋼管部位未能按期開始安裝，實際開始時間均往后延期。

但現(xiàn)場采取上述措施后，斜井段壓力鋼管工期均得到大幅提前，為后續(xù)永泰抽蓄電站4 臺機組提前發(fā)電打下堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

通過永泰抽水蓄能電站斜井壓力鋼管安裝施工進行總結(jié)，現(xiàn)已完成1 項施工工法和1 項專利，有3項專利正在申報，取得很好的技術(shù)效益。

在整個壓力鋼管安裝過程中安全、質(zhì)量、進度均處于受控狀態(tài)，施工質(zhì)量和安全得到了有效保障，極大節(jié)約施工成本，其社會效益與經(jīng)濟效益顯著，為后續(xù)斜井壓力鋼管安裝提供借鑒作用。