周宁抽水蓄能电站斜井压力钢管运输和安装技术.pdf

105周宁抽水蓄能电站斜井压力钢管运输和安装技术黄云桂寇春阳/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘要】本文以周宁抽水蓄能电站工程为依托，对抽水蓄能电站超大型斜井压力钢管运输和安装施工方法进行了阐述，针对钢管的运输方式、斜井钢管的溜放系统、运输台车和作业台车的设计进行了简要介绍，对其他类似工程施工具有借鉴意义。【关键词】抽水蓄能斜井钢管溜放台车安装1工程概况周宁抽水蓄能电站为日调节抽水蓄能电站，电站安装4台单机容量为3 0 0 MW的可逆式水轮发电机组，设计年发电量为1 2 亿kWh，年平均抽水耗电量为1 6 亿kWh，主要开发任务为发电，并承担福建电网的调峰、填谷、调频、调相及备用等任务，必要时为华东电网提供支持，承担紧急事故备用等任务。引水系统下斜井压力钢管共两条，长度为308.48m，斜井角度为55，钢管管径为6.0 m。引水下斜井钢管包含下斜井上弯段钢管、下斜井钢管和下斜井下弯段钢管。上弯段钢管采用Q345R，钢管壁厚30mm。下斜井至下斜井下弯段钢管采用6 0 0 MPa级高强钢，钢管壁厚2 8 40 mm。钢管安装共计1 1 0 个安装单元。除上弯段首节采用单节运输安装外，其余钢管采用双节（两个设计单元节组焊为一个大节）为一单元进行运输，单元长度6 m，单元最重件3 8.8 t。周宁抽水蓄能电站下斜井压力钢管安装施工具有斜井角度大、安装空间狭窄、距离远、管节重、管壁厚的特点，且大部分为高强钢材质，在抽水蓄能电站斜井压力钢管安装中具有一定的特殊性和代表性。2安装工序与流程斜井压力钢管从钢管加工厂装车运输，运输车辆为特制液压升降低平板半挂车，车板在特殊限高隧洞路段可降低平板车车板，最低可降至离地0.2 m。钢管运输至施工支洞与钢管安装主洞交叉口的天锚卸车点进行卸车。钢管利用50 t天锚卸车，钢管在起吊过程中进行转向，使钢管轴线与引水隧洞轴线一致，用1 0 t卷扬机和滑轮组，将钢管吊装至运输台车上，随即运输车辆开至避车洞避车，待钢管牵引离开卸车点后再进行倒车调头。在下斜井上弯段起点处设置运输台车挡桩，将1 0 t卷扬机的钢丝绳绕过上弯段处导向轮反挂于钢管运输台车，实现钢管在中平段下游处的牵引，同时45t卷扬机钢丝绳挂于钢管尾部，与1 0 t卷扬机协同配合运输。运输至上弯管的圆弧轨道时，摘掉1 0 t卷扬机的牵引，由45t溜放卷扬机完成钢管溜放工作。将6 t绞车挂在载人台车上游侧吊耳上，将载人台车推至上斜井上弯段，载人台车依靠自身重力作用下滑，运输施工人员到安装部位进行钢管的安装。3施工方法工程斜井压力钢管采用分段安装回填混凝土循环施工方法。钢管安装一个浇捣单元后进行回填混凝土施工，钢管端部预留1 m不回填混凝土以便后续钢管环缝对接。钢管安装的主要施工重点包括钢管运输进洞、钢管在洞内的吊装、钢管在平洞段的牵引和斜井段溜放、斜井洞内的拼装和焊接等。3.1钢管公路运输段运输钢管从钢管加工厂装车，由特制液压升降低平板半挂车经过限高隧道运输至钢管中转堆放场，然后采用汽车吊将钢管吊装至普通低平板半挂车上并运输至各施工支洞钢管卸车点进行卸车。钢管在装车时，采用5t导106机电与金属结构链和钢丝绳将钢管与台车捆绑牢固，在钢索与钢管间加设软垫。钢管在钢管加工厂存放状态和运输到施工支洞天锚处的状态为管轴线处于水平状态。钢管单节长3 m，在钢管加工厂组焊成6 m大节整体运输。运输时将钢管按轴线方向平行于运输方向的方式叠放于低平板车车板中间，并在货台大梁与钢管之间用枕木垫实，然后并用4个3 t倒链加固。汽车车头采用50t载重车头，配备两个低平板：一个为特制液压升降低平板半挂车，配备车板液压升降及后轮转向功能，车板最低可降至钢管离地2 0 cm；另一个为普通低平板半挂车，车板高度1 m。3.2施工支洞内运输及卸车在施工支洞的顶部布置一个50 t天锚，用于钢管卸车和转向。天锚处需扩挖一圆锥形天锚坑，采用HRB400螺纹钢斜插人岩，入岩深度4.5m，外露0.5m，钻孔直径g50mm，分两排布置8 根。钢管运至天锚下，起吊卸车，钢管吊起旋转，然后置于轨道运输台车上。平板车将钢管运输到位卸车后，钢管通过天锚卸车后利用施工支洞终点处布置的1 5m长钢管运输避车洞进行避车，待钢管通过运输台车牵引至钢管安装工作面后汽车驶离，不会对施工支洞交通运输产生影响。洞内卸车天锚在钢管安装前进行天锚负荷试验，采用50 t吊物缓缓吊起2 0 cm高度，保持1 0 min。负荷试验采用的吊物由钢管制造用钢板按重量选配。3.3主洞钢管运输轨道及台车布置主洞内钢管运输采用轨道台车运输，钢管运输轨距按钢管直径的0.50.6 倍选取，钢管直径6 m，轨道中心距设计为3 m。轨道采用I20工字钢并布置砂浆锚杆、钢支撑和钢斜撑，砂浆锚杆（C250.5m）与轨道钢支撑焊接，然后再将轨道与轨道支撑焊接固定。轨道采用I20工字钢，为保证轨道的稳定性及安全，轨道间采用16号槽钢进行刚性连接，并在上弯段和下弯段对其进行混凝土施工加固，钢管安装轨道截面见图1。I20aL70X5轨道锚杆120a支撑支撑25500200斜井底板2006363200（a）斜井纵轨道纵剖面（b）斜井纵轨道横面图1钢管安装轨道截面图（单位：mm）台车主梁采用焊接工字梁，材质为Q345B，运输台车需按钢结构设计规范进行载荷验算。由于下斜井钢管安装空间狭窄，台车尽量按低高程设计。钢管放置在运输台车状况下，钢管中心轴线高程必须低于钢管安装高程。钢管通过轨道台车运输至安装工位后，采用液压千斤顶将钢管升高约5cm至安装高程。运输台车采用下沉式横拉杆设计，在降低了钢管运输高度的同时确保钢管运输到位时能顺利脱离台车。3.4钢管牵引和溜放钢管从天锚卸车点至斜井上弯段起点的运输通过卷扬机牵引完成，牵引系统由5t卷扬机、地锚、运输轨道、运输台车组成。钢管吊装至运输台车后，采用5t卷扬机将运输台车及钢管牵引至施工支洞与引水主洞交汇处后，用液压千斤顶顶高运输台车，将运输台车行走机构转向9 0，使台车行走方向转为向平洞下游侧行走方向。在斜井上弯段上游侧设置运输台车挡桩，钢管平洞运输完成后停在斜井上弯段前面1 m处。45t卷扬机钢丝绳挂于钢管尾部，与5t卷扬机协同配合运输。摘去运输台车挡桩，运输至上弯管与斜段交叉处能靠自身重力下溜时，摘掉5t卷扬机的牵引，由45t卷扬机完成斜管溜放工作。将6 t绞车钢丝绳挂在载人台车上游部吊耳上，通过装载机将载人台车推至上斜井上弯段，载人台车依靠自身重力作用下滑，运输施工人员到安装部位进行钢管的安装。3.5斜井钢管溜放安全技术措施由于在压力钢管安装过程中，钢管的斜井运输危险107周宁抽水蓄能电站斜井压力钢管运输和安装技术性高，钢管在斜井运输时采取了下列安全技术措施：（1）钢管运输的主牵引采用45t卷扬机进行，卷扬机的钢丝绳直径达到规范要求的安全系数。（2）为提高钢管斜井运输的可靠度，针对工程特点，45t卷扬机增加一个独立运行的卷筒（副卷筒），副卷筒上的钢丝绳选用与主卷筒相同的规格，副卷筒的规格也与主卷筒相同。增加副卷筒与其钢丝绳后，主牵引卷扬机既能单独使用主卷筒完成钢管斜井运输作业，也能单独使用副卷筒完成钢管斜井运输作业。（3）主牵引卷扬机设有安全制动器，当卷筒速度达到预设速度的1 50%时，安全制动器开始工作。（4）由于主卷扬机选用的钢丝绳直径较粗，洞内空间狭小，市场上没有合适的钢丝绳导向轮盘，项目部特别制作了导向轮盘以减小空间占用，见图2。（5）在斜井钢管运输过程中，钢管发生脱轨是比较危险的，为阻止钢管脱轨，布置一些导向机构，使钢丝绳处于隧洞中间，避免钢管偏心受力而发生脱轨。（6）钢管运输过程中保持平稳、缓慢，溜放速度为81 0 m/s，且始终处于监控状态，一旦发现有非正常状态，应立即停止，检查、排险完毕后再继续运输。（7）钢管运输时，除监控人员外，斜井内不得有人停留，确认人员全部撤离后方能运输。（8）钢管在运输过程中确保供电正常，不得中途断电，并且设置了备用电源。（9）根据现场实际情况，在斜井上弯段或台车上设置视频监控器（1 0）牵引钢丝绳固定在钢管管壁焊接的吊耳上，防坠落钢丝绳固定在钢管加劲环的串浆孔上。150$500280385(a）平面图(b）A 一A详图图2钢丝绳导向轮盘设计图（单位：mm）3.6钢管安装与加固钢管支撑以安装运输轨道为主要承重支点。考虑到混凝土浇筑过程中，混凝土凝固前对钢管有上浮力作用，拟以设计的主洞锚筋为主要拉结受力点，然后利用钢筋与压力钢管底部的加劲环进行焊接拉结，同时利用I20a工字钢6 3 5角钢在顶部和侧向与设计的主洞锚筋与加劲环焊接连接，使压力钢管不因受混凝土浇筑过程中浮力和侧向力影响而偏移。钢管支撑应由足够的强度和稳定性，钢管在安装过程中不发生位移和变形。安装临时支撑焊在加劲环和支撑环上。若须焊在管壁上，则应先在管壁上焊垫板，垫板尺寸不小于1 0 0 mm100mm10mm。在永久支撑满足施工图纸的要求时，才能拆除临时支撑。支撑附件的拆除不得伤及母材。3.7斜井钢管安装作业台车在斜井安装、焊接过程中采用安装作业台车进行施工，安装作业台车分上、中、下三层，分别设置压缝焊接平台、设备平台和检测返修平台。当下弯段的钢管安装完成后，在开始安装斜井直段第一个安装大节钢管后开始将安装作业台车运输到位。通过45t卷扬机将运输台车运输至钢管上方，然后用千斤顶将台车顶至钢管内，继续将台车运输到位后，将台车锁定至钢管内壁吊耳上。台车内部均设计有梯子，可以作为台车之间的通道。安装作业台车各平台间设置内部爬梯，作为各作业平台之间的通道。台车与钢管上管口内壁吊耳连接的钢丝绳连接采用双绳设计，底部设置防坠落钢丝网防止物件及人员坠落，四周设置防护栏杆。后续钢管安装时，安装作业台车的牵引采用45t溜放卷扬机进行，当钢管溜放到位并将运输台车拉至中平洞后，再进行安装作业台车的提升牵引，并将安装作业台车锁定至上节钢管内壁吊耳上。因管壁外空间较小，外平台使用加劲环与锚筋焊接固定后，铺设木板搭建临时平台，人员佩戴安全帽、安108机电与金属结构全带，进行管节安装、加固及管外支撑，完成管外环缝的焊接。4结语通过对钢管运输方案进行合理的工艺优化，同时设计了一整套斜井钢管牵引溜放系统、斜井钢管作业台车，克服了在陡倾角、狭窄空间超大型斜井工况下压力钢管运输和安装的施工困难。此安装方法在周宁抽水蓄能电站1 号和2 号下斜井压力钢管安装过程中取得了成功，安装技术指标和施工进度符合工程要求，得到了业主的好评。实践证明此安装方法科学合理，安装措施得当有效，降低了劳动强度，增加了安全系数，值得同类电站斜井压力钢管安装施工推广和借鉴。