硬梁包水电站洞内压力钢管安装施工技术研究与应用

硬梁包水电站洞内压力钢管安装施工技术研究与应用

路学军  杨  剑  李乾龙

中国水利水电第五工程局有限公司 四川 成都 610021

摘要：

压力钢管是从水库、压力前池向水轮机输送水量的水管，多数采用洞内埋设方式，其特点是集中了水电站大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力的冲击，因此与水轮机蜗壳基本采用钢管连接。鉴于压力钢管大部分都是在洞内埋设，尤其是超大直径的无法整节运输，且洞内无常规起吊设备，影响施工安全的因素也很多，如何顺利实现大直径压力钢管的洞内组拼及运输，需采取一些安全可靠、科学、合理的施工方法。本文较为详细地介绍了硬梁包水电站压力钢管洞内组装及安装方式，对同类型水电站压力钢管隧洞内安装施工提供借鉴。

关键词：引水隧洞；压力钢管；安装

1 引言

压力钢管管径设计综合考虑输水管线长度、河道落差、机组形式和容量等因素，最大的可达13米，最小的小于1米，现场制造及安装还得考虑制造厂的选址、运输通道、洞室结构等因素，一般来说，现场修建压力钢管制造厂位于工区内的，对于直径8米以下的压力钢管，可在厂内完成钢板下料、瓦片卷板、组圆、对接和焊接及防腐工作，整节运至安装现场，8米以上的还需考虑洞内通道拓宽，增加费用较多，影响洞内交通，多数采用瓦片出厂运输；若压力钢管制造厂位于工区外的，还要考虑公共道路的宽度和车流量（2.5米以上直径属于超宽运输），根据实际情况确定钢管的制作方式，多数水电站修建于山区，道路主要为省道及县道，平均宽度8-9m，对于直径小于5米的钢管可整节运输，大于5米钢管运输时只能单向通行，运输时段需要协调当地交通管理部门进行临时交通管制，以确保运输安全，该方案协调工作量大，会造成公路长时间堵车，可操作性不强。相比传统整节安装方式，瓦片洞内安装解决了管节整体运输的难题，可委托周边的专业制造厂进行瓦片的制造，节约现场制造厂的修建费用，但增加了现场瓦片组圆工序，因洞内空间受限、无效率高的起吊设备，使得瓦片组圆难度有一定程度的增加，需要创新性的施工方案去解决。

2压力钢管布置情况

硬梁包水电站位于四川省泸定县境内的大渡河干流上，总装机容量111.6万kW，闸址处安装1台3.6万kW轴流转桨式水轮发电机组，通过2条长约12.4km引水隧洞在下游地下厂房安装4台27万kW混流式水轮发电机组。采用单机单管供水，共设四条压力管道，由上平段、上弯段、竖井段、下弯段及下平段组成。其中下平段采用钢板衬砌，开挖洞径为10m，钢管外径（含加劲环）9m，内径为8.5m，在厂房处变径为7m与蜗壳进口端相接，钢管材质为Q345R，板厚为32mm～42mm，共计118节钢管，重量约2620t。

3 压力钢管组装方式确定

经过对制造厂位置、运输路径、钢管尺寸和储存等问题进行综合分析，认为压力钢管在制造厂内完成瓦片的制作、防腐和储存，待现场交面后将瓦片运至洞内完成组圆、纵缝焊接、组对和环缝焊接等工作，原因如下：1.制造厂至安装现场必须途径经省道211线道，路净宽平均为8m（含两侧走道），多数路段靠山侧为浆砌石挡墙，靠河侧为护栏或电线杆，安全距离较小，短时的交通管制都会造成较为严重的堵车现象。2.运至交通洞口后，运输车辆需倒向驶入，钢管距离两侧墙平均安全距离为0.5m，且钢管交通支洞路况差，弯道多，坡度陡，整节运输时重心偏移，极易产生车辆的失稳问题，运输难度和风险较高，运输前需对进场交通洞进行临时交通管制，势必对厂房其他作业面车辆运输产生极大影响。3.钢管厂的露天堆放场面积为4000㎡（150*26m），单节钢管占地面积约为65㎡，因此钢管厂最多能存放50节，安装工期较晚，届时多数钢管因无存放场地，造成钢管无法正常制作，影响后续安装。

4钢管组圆方式

4.1组圆平台布置

拟在交通洞与压力管道十字交叉处布置组圆工位，预制10m*10m*0.2m的混凝土平台，用于瓦片组圆，顶部布置4个天锚，安装电动倒链，用于压力钢管瓦片卸车、组装及单节翻身，如图4.1、4.2所示。在4个压力管道和交通洞内，铺设22kg/m运输轨道，轨距为4m，轨道上布置一辆台车，用于组圆后钢管运输。钢管组圆检查合格后，进行纵缝焊接和加劲环安装、焊接，然后对压力钢管进行翻身，运输至安装位置，与前一节进行对接拼装后进行焊接环缝。

图4.1平面施工布置图

图4.2组拼平台示意图

在1#和3#压力管道与交通洞十字口拼装平台上将对钢管进行翻身，模拟得出翻身最大直径9.5m，在两端预留0.5m的安全空间，经现场实测支洞最小处高度为10m，所以需在压力管道与交通洞十字口向下扩挖0.5m，以保证顶部和底板高度在10.5m以上，如图4.3所示。

图4.3压力管道扩挖示意图

平台扩挖后，其底部低于洞内高程，会产生积水。在平台中心最低处埋设直径100mm的排水管，在交通洞下游边墙处开挖一个2*0.5*0.5m积水坑，排水管连接积水坑，产生积水后通过水泵将积水抽到进场交通洞附近的排水沟，水泵设有液位开关，实现自动运行。

4.2瓦片组圆

1）将需要组装的瓦片按编号及水流方向依次吊至组装平台，1#点吊装1号瓦片，2#点吊装3号瓦片，3#、4#点吊装2号瓦片，如图4.4所示。

图4.4 瓦片吊装示意图

2）利用事先焊接的挡块上的压缝器顶紧瓦片下部将对接缝初步对正。检查对接缝的间隙是否符合要求，对装间隙按焊接试验确定的收缩量控制，以保证焊后钢管周长达到规范要求的允许偏差，否则利用组圆平台上的螺旋千斤顶（均匀布置在瓦片管壁内外侧）或调缝器调整瓦片使其间隙达到工艺图纸要求。不得用直接锤击或其它损坏钢板的器具进行校正，如图 4.5所示。

图 4.5组圆示意图

3）使用钢盘尺、间隙及错边量检查尺等检查钢管组装后的圆度、两端管口周长、纵缝处弧度、管口平面度、纵缝间隙以及错牙并调整至合格，进行焊缝定位焊接，定位焊缝应在管内壁的坡口内，正式焊接时，定位焊缝不得保留在纵缝内。

5钢管安装方式

在钢管外壁上焊4个吊耳，通过钢丝绳与电动倒链相连，挂钩完成后四个倒链同时向上将钢管上提升一定高度，然后通过A、B点的天锚同时提升钢丝绳，C、D点的天锚向下放钢丝绳，直到钢管调整至竖直方向，如图4.6所示。将台车移动到相应位置后落下压力钢管运输至安装位置。

图4.6压力钢管翻身示意图

台车为钢结构台车，由行走轮机构、滚轮、支承梁体结构组成，台车支承梁体采用型钢拼焊。轨道跨距为4m，支台车外形尺寸为长3.5mm、宽4.5m，高0.5m，底部安装有四台油缸，转向时四个油缸同时顶升使台车高度大于轨道高度，然后将车轮旋转90度完成转向，台车前进时采用行走减速电动机牵引，后退时通过调整相序改变受力方向，实现反方向行走，钢管通过台车和轨道运至安装位置，如图4.7所示。

图4.7  台车行走示意图 

环缝对接采用的压缝自动化装置，该工装由液压油缸、支臂和旋转饺座组成，能够实现钢管环缝对接360度环形方向同时顶伸，对齐两节钢管内壁的功能，安装在焊接台车上，实现洞内自动行走功能，环缝对接合格的点位及时进行点焊固定，全部对接完成后，使用测量仪器对管壁垂直度、中心高程、里程进行测量，符合规范要求后移走钢管运输台车，进行环缝焊接。

图4.3-6环缝对接示例图

结束语

随着科学技术不断进度，对于大直径压力钢管制造和安装，洞内瓦片组装一定是非常经济可行的施工方式，有着广阔的市场前景。

参考文献：

[1]梁金亮.金安桥水电站压力钢管制作与安装施工[J].云南水利发电，2012

[2]NB/T 35097.2-2017水电工程单元工程质量等级评定标准 第2部分：金属结构及启闭机安装工程[S]