江蘇溧陽抽水蓄能電站上水庫進/出水口壓力鋼管安裝施工技術

陳 林

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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江蘇溧陽抽水蓄能電站上水庫進/出水口壓力鋼管安裝施工技術

陳 林

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

介紹了江蘇溧陽抽水蓄能電站上水庫進/出水口隧洞段異型、大尺寸壓力鋼管安裝施工技術以及鋼管的布置型式、結構特點和安裝方案策劃與安裝中幾個關鍵技術問題的解決辦法，對類似鋼管安裝施工具有一定的參考意義。

異型壓力鋼管；安裝；關鍵技術；解決辦法；溧陽抽水蓄能電站

1 工程概況

江蘇溧陽抽水蓄能電站安裝6臺單機容量為250 MW的水泵/水輪機電動/發電機組，其引水系統為一管三機布置，引水鋼管從上庫至機組由上水庫進出/水口隧洞段鋼管、上平段鋼管、豎井鋼管、下平段鋼管、岔管及水平支管組成。

上水庫進/出水口隧洞段的鋼管包括直管段(J1-J11)、彎管段(J12-J29)和漸變段(J30-J39),其中彎管段和漸變段鋼管為異形鋼管，布置型式見圖1。從布置型式看，其鋼管布置型式較為特殊，鋼管斷面尺寸呈由小變大再變小，斷面形狀多樣且鋼管外形尺寸大，中間部位的鋼管不能整節運輸就位，鋼管需采取瓦片制作在洞內拼裝成節。進入施工現場的通道有兩條：第一條通過施工支洞到上平段鋼管再到達彎管段和漸變段底部；第二條通過上庫庫底的臨時道路到達直管段頂部平臺(高程為200 m)，兩條通道均不能滿足鋼管最大管節整節運輸的要求。由于第一條通道主要作為上平段、豎井土建施工及鋼管安裝的通道，如果從這條通道運輸鋼管，施工干擾大。由于地質條件差，該部位的土建開挖采取全斷面型鋼支護和系統錨桿支護，在洞內布置“天錨”等起吊裝置困難且安全風險較大，需選取安全可靠的吊裝及運輸設備以保證鋼管運輸進洞和洞內運輸。

2 安裝方案策劃

2.1 鋼管設計特點

從鋼管布置圖看，其設計具有兩大特點：其一，鋼管的斷面尺寸由小變大、再變小，為“兩端小、中間大”，鋼管的三維立體圖見圖2。直管段鋼管斷面形狀為圓形，管壁內徑為9 200 mm；彎管段鋼管斷面形狀為長橢圓形，最大管節外形尺寸長9 768 mm，寬9 768 mm，高2 000 mm，漸變段鋼管斷面形狀為長橢圓形，最小管節外形尺寸長13 970 mm，寬9 884 mm，高2 838 mm；其二，彎管段的彎管不同于常規的同心圓彎管，該管彎段設計成“三心圓”異形彎管，斷面呈現三個圓心(鋼管軸線中心和上、下部分圓心)。該彎管體型結構復雜，HD值大，外形尺寸大。上水庫進/出水口隧洞段的鋼管設計目的是為了防止機組在抽水工況下水流流出進/出口產生較大的偏流現象。

2.2 鋼管安裝的難點

隧洞式壓力鋼管所采用的一般安裝方法是：在洞外將鋼管組拼焊接成節，用運輸車以平躺的方式運輸到洞內卸車、翻身，然后用運輸臺車運輸就位、調整、定位、固定、焊接。而根據該電站上水庫進/出水口隧洞段壓力鋼管的布置型式、特點和交通條件以及隧洞的地質條件，該部位的鋼管采用常規的安裝方法不行：首先，如果將鋼管在洞外組拼成節，由于該鋼管“兩頭小、中間大”的布置特點，其中間大斷面尺寸的鋼管就不能運輸進洞；其次，如果采用瓦片運輸進洞，在洞內水平組拼成節，需要在洞內擴挖較大的施工場地以用于管節拼裝和布置起吊設備。由于該隧洞的地質條件差，洞內擴挖施工難度大，將增加工程量；另外，布置起吊設備的吊點存在一定的安全風險，而且在洞內水平組拼工序復雜、時間長(特別是管節的翻身)。綜上所述，需研究、探索一套新的安裝方法。

圖1 上水庫進/出水口隧洞段的鋼管布置圖

圖2 上水庫進/出水口隧洞段鋼管三維立體圖

2.3 鋼管安裝方案策劃

結合鋼管布置型式和特點以及現場實際情況，我們研究、制定了一套適用于該類型鋼管的安裝方案。

由于鋼管外形尺寸大、現場運輸道路受限，鋼管分為4個瓦片制作，在制造廠進行管節的預組拼和相鄰管節的預組拼；在豎井底部垂直擴挖小部分作為鋼管洞內組拼的場地，在豎井頂部和井底設置拼裝平臺，安裝布置鋼管水平運輸軌道和牽引設備，采用汽車起重機進行鋼管瓦片的卸車、組拼及垂直吊裝。

各部位鋼管安裝方法如下：

(1)漸變段和彎管段鋼管(J26-J29)安裝：鋼管瓦片用運輸汽車通過庫底臨時道路運至豎井頂部卸車，在拼裝平臺將鋼管的4個瓦片兩兩拼焊成一體，然后用汽車起重機吊裝至井底進行整節組拼，鋼管在洞內采用豎立拼裝，將兩節鋼管拼裝成一大節后，安裝鋼管水平運輸滑移支腿，用牽引設備將鋼管拖移就位后進行調整、焊接等安裝工作。

(2)彎管段鋼管(J20-J25)安裝：已裝鋼管澆筑混凝土后，在混凝土上拼裝鋼管，水平滑移到已裝鋼管上，在鋼管底部焊接擋塊，采用支撐翻轉法將鋼管就位后進行調整、焊接等安裝工作。

(3)彎管段鋼管(J12-J19)采用直接吊裝鋼管瓦片到已裝鋼管上拼裝。

(4)直管段安裝：在豎井頂部拼裝平臺上將瓦片拼裝成節，整體吊裝就位，然后進行調整、焊接等安裝工作。

3 針對幾個關鍵技術問題采取的解決辦法

3.1 鋼管吊裝方式——汽車起重機吊裝

根據施工現場的條件，選用汽車式起重機作為鋼管的吊裝設備，按鋼管各管節參數要求選取汽車式起重機型號；采用汽車式起重機作為吊裝設備，具有準備時間短，進場時機靈活、費用低、安全可靠等特點。

彎肘段最重件的重量為22 t，漸變段最重件的重量為15.5 t，直管段最重件的重量為12.5 t，吊車工作最大作業半徑為15 m；鋼管吊裝選用130 t汽車式起重機，汽車式起重機性能參數為：配重45 t，工作半徑為14 m、臂長為21 m時吊重為29 t；工作半徑為16 m、臂長為21 m時吊重為23 t，滿足所有鋼管吊裝要求。汽車式起重機作業時平面布置情況見圖3。

圖3 汽車起重機平面布置圖

3.2 鋼管在洞內拼裝——豎立拼裝

根據鋼管的布置型式、結構特點以及隧洞開挖尺寸，大部分鋼管整節運輸進洞受限。因此鋼管需要分瓣進洞，在洞內進行組拼。鋼管組拼有平躺和豎立拼裝兩種方式。平躺拼裝操作容易，拼裝質量易保證，但場地占用大，拼裝后需翻身、需布置吊裝設備；而豎立拼裝在操作難易和拼裝質量上保證難度相對要大一些，但其拼裝場地較小，拼裝后不用翻身，不需要布置吊裝設備。項目部綜合兩種方式的優缺點并結合現場實際情況決定，鋼管洞內拼裝采用豎立拼裝方式，在豎井底部(彎管段)擴挖一塊場地作為鋼管拼裝場地，擴挖布置情況見圖4。鋼管制作時進行管節的預拼裝，瓦片間布置定位裝置以保證拼裝質量；在豎井頂部拼裝平臺將鋼管拼裝成兩瓣(上、下部分)，先將下半部分吊裝到井底調整固定，再將上半部分吊裝與下半部分進行組拼。

3.3 鋼管在洞內水平運輸——滑支腿滑移

鋼管在洞內水平運輸有兩種方式供選擇：滾動臺車運輸和滑支腿運輸。項目部從承載、穩定性、靈活性等綜合考慮后最終選擇第二種方案。滾動臺車運輸過程中存在臺車穩定性問題以及臺車承載能力較小等；滑支腿采用型鋼及鋼板加強與鋼管焊接成一體，剛性強，承載力大、穩定性好。漸變段的鋼管運輸有一段上坡，此時可將滑支腿做成前低后高，以防止其在上坡時鋼管向后傾倒而使運輸更為穩定；滑支腿制作的高低可根據每一節鋼管安裝高程計算，就位后鋼管的高程調整量小，進而縮短了安裝調整時間；另外，如果采用臺車運輸，在鋼管就位后,需將臺車抽出后才能拼

圖4 豎井底部擴挖布置圖 (單位：m)

裝下節鋼管；而用支腿運輸鋼管,則只需將鋼管拖運出拼裝工位就能進行下一節鋼管的拼裝,進而提高了鋼管安裝速度。鋼管就位后,支腿可不拆除而用于鋼管的底部支撐，從而減少了支撐的安裝時間。滑支腿三維結構見圖5。

3.4 部分彎管管節就位方式——翻轉就位

部分彎管采用豎拼，其運輸靠近已裝管節，不能直接就位，遂采用翻轉的方法將鋼管就位，在已裝管節的底部焊接支撐板，作為鋼管翻轉的支點。在需就位的鋼管底部用千斤頂向上頂升，在需就位的鋼管和已裝鋼管頂部間加裝手拉葫蘆對拉，使鋼管翻轉，在鋼管翻轉接近向下傾翻前，在鋼管頂部加裝頂桿裝置，防止鋼管在翻轉時突然下墜而造成人員、設備發生安全事故。

4 結 語

江蘇溧陽抽水蓄能電站上水庫進/出水口隧洞段壓力鋼管布置型式新穎、體型結構復雜、外形尺寸大、地質條件差，給鋼管的安裝帶來了一定難度。但通過采用鋼管分瓣吊裝進洞、洞內豎拼、滑支腿水平運輸、翻轉就位等技術，使鋼管安全、順利、按期安裝完成，從而為此類型的鋼管安裝積累了經驗，同時對類似工程具有一定的參考意義。

圖5 滑支腿三維結構圖

(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV52；TV743；TV547

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1001-2184(2017)03-0045-03

陳 林(1977-),男，重慶江北人，高級工程師，從事水電站機組安裝、金屬結構制作及安裝技術與管理工作.