世界最深豎井壓力鋼管安裝方法創新研究

羅健

摘 要： 文章以現階段世界最深的豎井安裝項目-厄瓜多爾美納斯水電站豎井壓力鋼管安裝為例，重點分析施工方法和安裝工藝以及豎井壓力鋼管安裝工藝的創新點，實際應用取得了良好的效果，為高深豎井壓力鋼管安裝提供了寶貴經驗。

關鍵詞： 世界最深豎井;鋼管吊裝;創新;工作平臺

1 緒論

厄瓜多爾美納斯水電站為現階段世界最深的豎井安裝項目，洞內滲水嚴重，洞壁內鋼管安裝與焊接難度較大，工期時間緊。進行了安裝工藝優化，焊接、安裝、防雨3個平臺以及1個載人平臺的創新，本文主要介紹了克服豎井安裝過程中的各種困難以及各個平臺互相配合施工的方法。

2 工程概況

厄瓜多爾美納斯水電站引水壓力鋼管總長約730.7m，總重約3200.2t。按照安裝位置可分為上平段、豎井段與下平段三個部分。上平段鋼管設計長度50.66m，總重量117.9t;豎井段鋼管設計長度468.83m，鋼管內徑為3770mm;總重量2113.1t;下平段鋼管設計長度211.22m;重量969.2t。

3 施工小組設置

壓力鋼管安裝擬設立3個施工小組，其中，鋼管轉運、吊裝、調整與加固設為第1小組;鋼管焊接設為第2小組;保溫、打磨、無損檢測、焊縫補漆等設為第3小組。

4 施工準備與資源配置

4.1 施工準備

調壓井20t龍門式起重機安裝;壓力鋼管安裝平臺、焊接平臺、防雨平臺、載人吊籠的制作;檢查鋼管堆放場至調壓井道路滿足要求;豎井內施工電源準備、通訊裝置對講機等準備就緒;測量控制樣點布置完成。

4.2 資源配置

壓力鋼管安裝主要人力資源計劃：分為白班和晚。白班有安裝工3人，焊工8人，起重2人，門機操作手1人，探傷人員1人，電工1人，技術員1人;晚班有安裝工2人，焊工6人，起重1人，門機操作手1人，電工1人，技術員1人。

4.3 作業平臺

工作平臺以及吊籠是鋼管安裝重要設施，起到承載施工人員和必備設備的作用，所以必須具有可靠的安全性。本次施工尤以焊接吊籠尤為重要，6層焊接平臺高度為17m，自重約為7.35t，平臺上各種設備重約為5t。

4.3.1 基礎數據

焊接吊籠共有6層，總高17m，直徑3.57m。六層平臺實際重量約為7.35KN（計算重量G=50*150%=110KN），六層平臺總的載荷約為50KN（計算載荷P=50*150%=75KN），單層平臺的承載能力按（P+G）*100%=185KN計算。

4.3.2 主梁載荷、強度計算

材質：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa

承擔的工作載荷p=40%*P=30.0KN，承擔的自重載荷g=40%*G=44.0KN，計算長度L=2.949m，梁的計算線載荷q=（p+g）/L=25.1KN/m，跨中彎矩M=qL2/8=27.3KNm，上緣正應力σ=M/WUP=67.0MPa，下緣正應力σ=M/Wdown=105.3MPa，端部支座剪應力τ=（p+g）*S/I/t/2=29.5MPa。從以上數據可以主梁實際承受最大正應力與剪應力要小于標準值，滿足使用要求。

4.3.3 次梁載荷、強度計算

材質：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa

承擔的工作載荷p=40%*P/2=15.0KN，承擔的自重載荷g=40%*G/2=22.0KN，計算長度L=0.7m，梁的計算線載荷q=（p+g）/（2.5*L）=21.1kN/m，跨中彎矩M=0.125qL2/8=1.3kNm，上緣正應力σ=M/WUP=17.0MPa，下緣正應力σ=M/Wdown=28.7MPa，端部支座剪應力τ=0.625*q*L*S/I/t/2=9.9MPa。從以上數據可以次梁實際承受最大正應力與剪應力要小于標準值，滿足使用要求。

4.3.4 平臺連接立柱計算

立柱材料為Q235B工字鋼Ⅰ-16，允許拉應力[σ]=160MPa。截面積Ac=0.00181，數量n=4，包含自重載荷N=4*P+G=410kN。單根立柱的實際拉應力σ=N/n/AC=56.6MPa。從以上數據可以看出立柱承受實際拉應力小于標準值，滿足使用要求。

5 施工方法及安裝工藝

5.1 工藝原理

豎井鋼管利用布置在調壓井頂部的門式起重機，與安裝、焊接、防雨平臺互相配合自下而上依次安裝。門式起重機有兩個吊鉤，大鉤下滑輪組設置平衡梁，解決多吊點起降不均衡問題，利用大鉤起吊鋼管、安裝平臺或焊接平臺等。利用小鉤牽引載人吊籠來輸送人員。

5.2 工藝流程

安裝前準備工作→鋼管轉運至調壓井→鋼管、安裝平臺與龍門吊掛鉤→鋼管吊裝下放→載人吊籠下放、鋼管安裝→鋼管檢查驗收與加固→焊接平臺提升與固定→防雨平臺下放與固定→鋼管環縫焊接工作→焊縫質量檢查與驗收→混凝土澆注→鋼管消缺補漆→鋼管驗收。

5.2.1 鋼管吊裝

每次單節鋼管吊裝下放，安裝吊籠直徑略小于鋼管內徑，安裝吊籠置于鋼管內跟隨鋼管一起從調壓井由龍門吊下放。吊裝時用4根鋼絲繩通過平衡梁底部兩側的兩組吊耳與鋼管四周的四個吊耳進行連接。將安裝平臺上鋼絲繩掛到平衡梁中間主鉤上，起升主鉤，將作業平臺隨鋼管吊起，然后整體下放至豎井內。

5.2.2 載人吊籠下放與安裝調整

鋼管下放快至安裝位置時，施工人員在從調壓井乘載人小吊籠下降到達安裝平臺上。在作業平臺上對鋼管進行安裝調整，通過壓碼、楔鐵、千斤頂等工具對管節進行壓縫，調整環縫錯位。利用吊線錘的方法，控制鋼管垂直度。在各項檢查合格后即可進行點焊加固工作。利用工字鋼在管外與洞壁之間打支撐加固，以防混凝土澆注過程中鋼管偏移。

5.2.3 焊接平臺就位

在每個循環鋼管安裝完成后。將安裝平臺提出井外，并將之前上一個循環固定的焊接平臺提升。在提升過程中注意將焊接平臺與鋼管焊縫位置錯開以便進行焊接工作。利用龍門吊將焊接平臺提升并在鋼管內壁焊接托板固定。

焊接吊籠的固定：在焊接平臺頂部設置4個規格為10t的鎖定掛鉤，與壓力鋼管邊沿鎖定作為保護措施。每間隔2層平臺距離，焊接4個鎖定托板。總共焊接12塊托板作為焊接吊籠的定位鎖定與承重作用。

5.2.4 防雨平臺布置

由于豎井深度高差大，洞壁的滲水嚴重。因此進行焊接工作的防水措施相當重要，最初計劃每裝一個循環就在鋼管口鋪設一層防水布，由于滲水落差很大，防水布搭設費時費力且易損壞。后來設計了一個防雨平臺。起到隔絕洞壁滲水作用，保障焊接工作正常進行。

切割花紋鋼板拼接焊制成一個直徑約為Φ4500mm的圓形平臺，平臺中間開一個邊長為1m的正方形過人孔。在平臺周邊開一個排水孔并接上排水軟管。

工作時將防水平臺用鏈條葫蘆掛在安裝平臺下面，在焊接平臺提升并定位固定之后，利用龍門吊將防水平臺整體吊入豎井內下放至鋼管口上方0.5m處，將防雨平臺外邊沿與洞壁之間用塑料防雨布封住，通過防水平臺承接井內滲水，利用排水軟管將其排出。

工作平臺互相配合總示意圖

6 結語

厄瓜多爾美納斯豎井安裝工程，采用了合理技術方案，取得了顯著成效。

（1）采用移動式起重機，解決了豎井鋼管垂直起吊問題，提高了效率，加快了進度。

（2）設置的安裝、焊接平臺，解決了搭設排架的難題，節省了施工材料，降低了施工難度，提高了工作效率。

（3）設立防雨平臺代替之前鋪設防雨布的繁瑣工序，保障了焊接工作能及時無誤的進行，縮短了工期。

（4）載人吊籠有效的解決了人員上下的問題，做到了人、物分離吊裝，降低了安全風險。

參考文獻：

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