大仰角長斜井壓力鋼管快速安裝技術

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置2 條引水系統，每條引水系統布置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。

斜井壓力鋼管每節長度3 m，設置3 圈加勁環，最重管節20.42 t。鋼管內徑6 000 mm，壁厚由18 mm 漸變為52 mm，材質由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，1 套牽引溜放系統，具體見圖1 所示。

圖1 現場施工布置示意圖

（1）起吊翻身系統

起吊翻身系統含2 臺5 t 卷揚機、2 套轉向錨點和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

牽引溜放系統含1 臺30 t 卷揚機、1 臺8 t 卷揚機、1 套地輪系統、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翻身場后進行卸車翻身操作。

在中平洞翻身場設置兩個相同規格的吊點，吊點均布在引水隧洞兩側、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偏上游15°位置（利用加勁環竄漿孔），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90°狀態示意圖（管軸向平行于軌道）

圖5 鋼管旋轉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，鋼管加勁環與運輸臺車接觸部位焊接牢固，并在加勁環與臺車主梁處增加擋塊，擋塊與加勁環焊接牢固，鋼管就位后割除擋塊。鋼管上游側+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生傾覆，所有鋼絲繩與管壁接觸部位用管片保護。

在準備進入入口時，將30 t 卷揚機鋼絲繩掛裝于運輸臺車定滑輪槽內，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 卷揚機系統下移小段距離并解除8 t 牽引系統，斜井全程均采用30 t 卷揚機系統溜放鋼管至安裝工位。

在上彎段處布置多個可調節中心的拖輪裝置，鋼管溜放過程中出現中心偏移的情況，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磨損，從而提高施工作業效率，降低施工期間的安全隱患和節約施工成本。

圖6 拖輪裝置布置示意圖

圖7 拖輪裝置結構示意圖

拖輪裝置在使用時將底座固定在預先埋設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，保證滾輪繞軸自轉以及在軸上左右擺動時減小摩擦力，保證轉動順暢無卡阻。

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計一套可覆蓋2 條環縫的移動式全封閉施工平臺，上層平臺進行環縫焊接，下層平臺對已焊接環縫進行消缺、無損檢測、防腐等工作，上下兩條環縫同時施工，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 個掛鉤掛在下一節管口上，掛穩后再將后續2 個掛鉤移動至相應位置，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、同規格的螺旋千斤頂將鋼管頂起至安裝高程，調整鋼管底部對縫錯臺滿足規范要求后，在鋼管底部焊接2~3 個同材質的定位托板，頂部和側面使用手拉葫蘆將本節鋼管與前節鋼管捆綁固定，確認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，準備進行下節鋼管的運輸。

鋼管就位后采用一套調圓壓縫裝置，該裝置由轉動軸承、頂桿和液壓千斤頂等組成。轉動軸承固定在施工平臺上，頂桿與轉動軸承連接后可覆蓋管口整個圓周，頂桿兩端設置兩個液壓千斤頂，通過液壓千斤頂對管口進行調整，調整管口圓度、錯臺、間隙等各項尺寸滿足規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、里程進行復核。但由于斜井上彎段處坡度較陡峭，常規測量腳架難以進行架設，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，該裝置搭設便捷、高效和安全，能保證壓力鋼管施工中定位精準，極大的提升施工作業效率、節約施工成本。

管口測量滿足規范要求后即可進行外支撐加固。每節鋼管加固一圈，采用14 號槽鋼進行焊接，按底部2 根、側面2 根布置。

2.5 鋼管焊接

環縫采用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。

為確保焊接質量及變形控制，鋼管中心線以上部分先焊接內側，在外側清根；中心線以下部分先焊接外側，在內側清根。

圖8 可拆卸支墩結構示意圖

壓力鋼管環縫焊接時采用多層、多道、對稱的焊接方式進行焊接，每段焊縫層間接頭處應錯開，每道焊縫焊接完成后應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，從而減小焊接應力和變形。根據現場實際情況，焊接過程中也可采用風錘不斷錘擊焊縫以達到除渣、層間消應的目的。

2.6 無損檢測及防腐

鋼管環縫采用UT、TOFD、MT 進行檢測，檢測比例按照技術規范執行。

安裝焊縫無損監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。

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，為后續永泰抽蓄電站4 臺機組提前發電打下堅實基礎。

4 結語

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

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