引水發電洞壓力鋼管洞內運輸與安裝方法

徐進忠

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊830000)

1 工程概況

北疆某水利樞紐工程電站裝機容量140MW，電站采用一洞四機供水方式。發電引水系統由進口引渠段、閘井段、發電洞洞身段和岔管段組成。

壓力鋼管起始進水口閘室樁號發0 +009，終止樁號發0+417.719(其中洞內樁號為發0+031.263 ～發0+413.719)。后接主岔管至樁號發0 +429.001。分成兩條岔管到樁號0 +436.772，再各分成兩條支管，通過一次副廠房進入主廠房分別與蝶閥相連接。

2 壓力鋼管安裝工程特點

壓力鋼管安裝工程特點主要有3 點:

1)壓力鋼管及岔管管徑大，全部須在現場制作安裝。壓力鋼管的內徑D =7 600 mm，板厚δ =28 mm，鋼管總長399.211 m。主要材料采用16MnR。

岔管采用Y－卜形組合結構、主岔為Y 形，2個支岔為卜型，兩個支岔分為4個支管同水輪發電機蝶閥相連接［1］。

2)施工區域小，交叉作業多。

3)管節大，噸位重，吊裝環節多，起重吊裝和運輸方案關系著施工安全與工程的順利開展［2］。

3 鋼管制作工藝方案

壓力鋼管的制作安裝，由于本工程鋼管徑較大(D =7.6 m)，設計工藝分三片下料、卷制成瓦片然后再對圓、焊接成制造單元管。

鋼管瓦片在加工廠房內制作，由汽車運輸到在工地制造場地進行對圓、縱縫焊接、組對加勁環等后續工序;兩節制造單元管組焊為一節安裝單元管［3－4］。

4 壓力鋼管安裝方案

壓力鋼管安裝方案可以歸納為4個方面:洞外運輸方法、洞內壓力鋼管運輸方案、洞內主管段安裝和岔管段安裝。

4.1 洞外運輸方法

壓力鋼管每節安裝單元節重量約為24.0 t，運輸工具為30 t平板汽車，吊裝為50 t汽車吊及扒桿。

將安裝單元節立放在平板汽車上，用鋼板將鋼管與運輸車輛焊接固定，鋼管最大高度約4 m，嚴重超高。

鋼管重量大，車輛重心偏高，為防止車輛在行駛過程中的顛簸，使鋼管擺動過大，車輛重心不穩，鋼管將車輛帶翻。

在鋼管兩側焊接側向支撐架，用于鋼管擺動過大時支承車輛，防止車輛側翻［5］。

鋼管加勁環外邊直徑達到8.2 m，嚴重超寬，在鋼管運輸時應在加勁環外邊綁扎紅布或其他醒目標志，防止掛碰其他車輛。

4.2 洞內壓力鋼管運輸方案

引水發電洞壓力鋼管安裝洞內直線長度為402.719 m，鋼管由上平段、斜井上彎段、斜井直段、下彎段、及下平段組成。

典型的鋼管安裝節制造結構尺寸為4 m一節，鋼管筒體外徑為Ф7 656 mm，加勁外徑為Ф8 256 mm。洞內設計開挖直徑為Ф9 056 mm，鋼管安裝空間位置僅為700 mm，如果算上加勁環所占空間，鋼管安裝空間位置僅為400 mm，鋼管安裝空間十分狹小。

因此給鋼管洞內運輸、測量、鋼管調整、組對、焊接、檢驗、防腐等工作造成很大的困難與不便。經過多方的研究洞內具體運輸方案為洞內鋪設鋼軌與臺車相結合的運輸方案。具體情況如下:

為保證管體運輸的穩定性，必須保證鋼管管體一定的跨度支撐，即拖架弦長所對應管體中心形成的夾角≥60°支撐才能比較穩定［6－7］。

由于洞內空間比較狹小，施工方將臺車運輸軌道中心距設為3 m是比較合適的。由于洞面開挖為圓形界面，在此弧面上根本架設不住能荷載30 t的軌道。

因此軌道鋪設基礎必須處理牢固，結合洞內混凝土墊層找平情況，最后將軌道工作基礎面設置在混凝土墊層找平面。

軌道選用22 kg/m規格軌道，軌道底部每1 m埋設δ 16 －200 ×200。

鋼墊板板一塊，軌道基礎面直線度要求每米≤10 mm。

臺車由4個滾輪與30#槽鋼組對焊接而成，臺車有效荷載為40 t，臺車上設有可拆卸弧形拖架。洞內運輸臺車由5 t卷揚機牽引沿軌道運行［8］。其鋼管在臺車上就位運輸圖見圖1。

鋼管的運輸過程為:

1)鋼管由30 t平板車立著運輸至發電洞洞口，在洞口由50 t汽車吊配合30 t扒桿將鋼管吊離運輸平板車并翻身至平躺位置，最后由30 t扒桿吊裝至運輸臺車弧形拖架上。

2)臺車通過設在洞口5 t卷揚機與設在洞內下彎處的倒向滑通過鋼絲繩托運至安裝位置。

3)鋼管由臺車運輸至安裝位置，用4個16t 千斤頂在4個角方位將管體頂離拖架，鋼管前端下墊設方木以加強穩定，拆掉弧形拖架，推出臺車。

4)臺車推至洞口完成臺車整個洞內的運輸過程。

圖1 鋼管在臺車上就位運輸圖

4.3 洞內主管段安裝

由于現場環境條件所限，采用倒裝法施工方案，即上平段——上彎段——斜井段——下彎段——下平段——出口段。

斜井段與上平洞段是安裝的難點，里程由發0 +009.000—發0 +064.681，包括下彎段安裝節6 節，斜井段5 節，上彎段6 節，水平段1 節，共計18 節，安裝重量約為352 t。

鋼管由洞身段638.035 高程通過下彎段45°轉角至斜井段，斜井段通過1∶1坡22.554 m至上彎段，經上彎轉角至上平段668.800 高程，高差30.765 m。

洞內客觀安裝空間十分狹小，高差大，坡比大，鋼管安裝噸位與管徑都較大。倒裝法施工中全部管節自出口進洞，從下向上運輸，從上向下安裝。鋼管運輸、安裝難度較大，施工中采用鋼軌軌道3 臺卷揚同步拉運。

發電洞出口一臺，進口兩臺。始裝節為上平段第一節鋼管，其安裝程序為:

1)將始裝節的管口按測控網測定的里程點位置初步調整好，依據上、下、左、右中心線用千斤頂調整其高程和縱向中心。

2)初步調整好后，再對里程、高程、縱向中心線及傾斜度進行綜合細調。始裝節管口中心偏差控制在2 mm，其他部位也控制在規范允許之內。為了保證鋼管安裝軸線、高程符合設計要求，每節鋼管安裝時都進行測量。

3)調整合格后進行加固，鋼管加固采用在加勁環四周均布9個支撐點，均采用L125 ×10 角鋼，一端焊在加勁環上，另一端支撐在巖壁上。確保了每個已安裝就位的管節達到自穩。

4)驗收合格后進行后續鋼管安裝。為了保證焊接質量，制作了焊接臺車，便于焊接與打磨。

斜井段與上平洞段安裝完成后，立即組織澆筑內襯混凝土，且必須等混凝土達到設計強度后，才開始安裝水平段。

為保證鋼管安裝位置的精確度在混凝土澆筑時應從鋼管頂部向兩側同時澆筑，保證鋼管兩側受力均勻。

下平段鋼管最后一個安裝節在制造時長度加長100 ～200 mm，其作用相當于湊合節。伸縮節安裝調整到位后根據實際安裝長度切割與伸縮節連接的管口，然后進行安裝。

4.4 岔管段安裝

岔管安裝，本來是用已架設30 t扒桿，采取利用50 t吊車及30 t扒桿進行直接吊裝就位安裝，依次安裝主管、主岔、支岔及分支管。

但由于工期，為了確保一次副廠房在2008年封頂，按照節點工期推算，要求在岔管安裝過程中，必須先進行副廠房底部小支管安裝，然后依次進行主管、主岔管、支岔管安裝。

副廠房移交土建施工后，存在鋼管安裝與土建混凝土回填施工交叉作業，岔管工作面變得非常狹小，采取了增加25t 汽車吊，放入岔管安裝基坑，退步起吊安裝的方法。實施倒裝后，最后一節合口管節難以安裝就位，為了解決這一問題，采取了包管的合口方式。

主岔管外支撐采用弧形托架支撐和工字鋼支撐，弧形托架支撐支撐在距管口300 mm處，并在弧面內加墊5 mm橡皮，以滿足振動消應的需要。工字鋼支撐在鋼管下半圓處，并與基礎連接牢固。

5 結 語

在洞內安裝空間位置僅為700 mm，采用鋪設軌道臺車運輸Ф 7 656 mm的壓力鋼管，很好地解決了空間狹小運輸大徑管的問題。

在安裝過程中，由于施工條件的原因，主管段和岔管段都采取了倒裝法。這樣雖然增加了施工難度，但通過采取相應的技術措施爭取了壓力鋼管安裝工期，為后續工程施工提前了45 d 左右的時間。為工程建設的順利實施提供了可靠保障，使工程達到預期效果。

［1］劉艷波. 貴州洪家渡水電站壓力鋼管洞內運輸［J］. 水電站設計，2004，20(04):54 －57.

［2］楊洪娜. 淺析壓力鋼管豎井混凝土澆筑垂直運輸方案［J］. 科技創新導報，2011(31):33 －34.

［3］於志杰. 錦屏二級水電站壓力鋼管加工廠布置方案選擇［J］. 四川水力發電，2009，28(S2):91 －92.

［4］王文忠. 木星土電站高水頭階梯形隧洞全襯砌大型壓力鋼管安裝技術研究與方案設計［J］. 水電站機電技術，2013，36(02):35 －39.

［5］易志，劉益勇. 大型地下電站引水洞壓力鋼管安裝方案對比分析［J］. 水力發電，2014，40(02):79 －82.

［6］王文忠. 木星土水電站豎井全襯砌大型壓力鋼管安裝技術與方案設計［J］. 水利技術監督，2012(06):36 －40.

［7］龔新疆，潘永萍.16MnR 鋼在壓力鋼管制作安裝中的施工方案［J］. 新疆有色金屬，2008(05):66 －69.

［8］文位忠，王兆勝，趙琦，包小燕. 拉西瓦水電站引水隧洞壓力鋼管制造安裝方案及實施［J］. 西北水電，2010(02):42 －46.