王文忠

（葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091）

1 工程概況

木星土水電站是云南省迪慶州香格里拉縣東部尼汝河流域梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)的第四級(jí)電站，電站裝機(jī)2臺(tái)單機(jī)容量 60MW 水輪發(fā)電機(jī)組。電站發(fā)電引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞、阻抗式調(diào)壓井及壓力管道等組成，阻抗式調(diào)壓井后接壓力管道。壓力管道采用一洞一管二機(jī)階梯形軸線鋼板全襯砌全洞內(nèi)埋管布置形式，圓形過(guò)流斷面，為電站永久性主要建筑物。

壓力鋼管設(shè)計(jì)靜水頭421.1m，最大水頭520.0m；主管直徑Ф3.0m，軸線長(zhǎng)度1112.68m；岔管采用Y形月牙肋結(jié)構(gòu)型式，分岔角為70°；支管直徑Ф1.2m，軸線長(zhǎng)度131.85m；設(shè)計(jì)安裝總工程量2830.5t。設(shè)計(jì)靜水DH值1263.3m2，最大DH值達(dá)1560.0m2，屬于水利水電工程大型壓力鋼管。

按鋼管軸線布置和形式壓力鋼管分為：上平洞段、1#彎管段、上豎井段、2#彎管段、中平段、3#彎管段、下豎井段、4#彎管段、下斜井段、水平段、岔管段和支管水平段等部分組成。其中，上、下豎井段壓力鋼管安裝高度達(dá)114 m和200 m，分別相當(dāng)于38層和67層樓高，安裝工程量達(dá)186節(jié)（含上、下彎管段），約占整個(gè)工程壓力鋼管安裝工程量的三分之一。

2 豎井安裝技術(shù)方案規(guī)劃和布置

壓力鋼管安裝總體方案規(guī)劃和布置見(jiàn)圖1。

（1）安裝起始點(diǎn)選定。根據(jù)壓力鋼管管線布置技術(shù)特性，為便于始裝定位節(jié)的安裝定位和與彎管及后續(xù)直管管節(jié)進(jìn)行銜接，確保彎管和豎井直管管節(jié)安裝控制精度，選擇水平管節(jié)為始裝定位節(jié)。其中，上豎井選定2＃彎管段與中平洞連接處的第一節(jié)水平管節(jié)為始裝定位節(jié)（圖1所示2＃始裝定位節(jié)）。下豎井選定4＃彎管段與下斜洞連接處的第一節(jié)斜管節(jié)為始裝定位節(jié)（圖1所示3＃始裝定位節(jié)）。

（2）豎井壓力鋼管安裝順序：1）上豎井。從2＃始裝定位節(jié)開(kāi)始，自下游向上游沿 2＃彎管段向上→ 上豎井段→ 1＃彎管段 → 上平洞施工支洞方向，依次按順序進(jìn)行管節(jié)安裝。2）下豎井。從 3＃始裝定位節(jié)開(kāi)始，自下游向上游沿4＃彎管段向上 →下豎井段 → 3＃彎管段 → 中平洞施工支洞方向，依次按順序進(jìn)行管節(jié)安裝。

（3）調(diào)整節(jié)設(shè)置。由于上、下豎井鋼管軸線較長(zhǎng)、管節(jié)數(shù)量多、管節(jié)節(jié)間拼裝修割和環(huán)縫焊接收縮量較大，為防止上、下豎井段管節(jié)安裝過(guò)程中，因管節(jié)拼裝修割和環(huán)縫焊接收縮，造成豎井段管節(jié)高度出現(xiàn)偏差，故應(yīng)在上、下豎井段直管頂部與彎管段連接處，設(shè)置相應(yīng)的高度調(diào)整節(jié)?；?qū)⒇Q井直管頂部最后一節(jié)，直接選定為高度調(diào)整節(jié)，以滿足豎井直管與上彎管安裝整體幾何尺寸精度控制要求。

圖1 木星土水電站壓力鋼管始裝定位節(jié)、安裝順序及湊合節(jié)布置軸向剖面示意圖

3 上、下豎井壓力鋼管安裝設(shè)計(jì)

3.1 2#和4#下彎管段安裝

2#和4#下彎管段安裝是上、下豎井段管節(jié)安裝的基礎(chǔ)，也是保證兩豎井鋼管安裝精度和施工進(jìn)度的關(guān)鍵。其管節(jié)安裝應(yīng)在其相應(yīng)始裝節(jié)安裝完成，并已回填澆筑混凝土，且經(jīng)驗(yàn)收確認(rèn)合格后方可進(jìn)行。

下彎管段管節(jié)安裝可采用兩種方式，一種是按下彎管各管節(jié)安裝順序，預(yù)先將下彎管下半部分的各管節(jié)采用管節(jié)運(yùn)輸臺(tái)車和臨時(shí)天錨配合方式，先將管節(jié)拉入安裝部位，臨時(shí)固定牢固，然后先安裝 2#或 3#始裝節(jié)及下游側(cè)2～3節(jié)下平管段，待混凝土回填凝固后，再按由下向上順序，依次就位安裝已事先拉入的下彎管各待裝管節(jié)。預(yù)先拉入下彎段的管節(jié)數(shù)只要條件充許，原則上應(yīng)盡量多拉，最好能一次拉入下彎管管節(jié)數(shù)量的一半較好。下彎管段剩余上半部分的管節(jié)，采用豎井洞頂?shù)牡跹b系統(tǒng)依次吊裝就位。

第二種方式是在下彎管段正式安裝前，預(yù)先在下彎段底部沿彎管弧度敷設(shè)安裝好臨時(shí)軌道，然后先安裝 2#或 3#始裝節(jié)及下游側(cè) 2～3節(jié)下平管段，待混凝土回填凝固后，再采用豎井洞頂?shù)跹b系統(tǒng)將下彎管剩余各管節(jié)依次吊裝至下彎管處后，利用鋼管自重和弧形滑動(dòng)胎架與軌道摩擦，沿下彎段底部已敷設(shè)軌道依次滑移至管節(jié)安裝部位，然后按管節(jié)安裝順序依次進(jìn)行安裝焊接。下彎管段各管節(jié)沿底部弧形軌道下滑移動(dòng)時(shí)，可在彎管洞壁上游側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置一臨時(shí)輔助錨點(diǎn)，輔助牽引管節(jié)下滑移動(dòng)，以確保各彎管節(jié)下滑時(shí)的安全和減少自重下滑分力，見(jiàn)圖2。

3.2 上、下豎井段安裝

上、下豎井段管節(jié)安裝是整個(gè)壓力鋼管安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是制約整個(gè)安裝施工進(jìn)度的關(guān)鍵部位，具有超高空作業(yè)、安全風(fēng)險(xiǎn)大、安裝施工空間狹小、安裝工作量大等施工特點(diǎn)。

上、下豎井段管節(jié)安裝應(yīng)在2#和4#下彎管段鋼管全部安裝完成，且其外包混凝土已回填澆筑、固結(jié)24h后進(jìn)行。

3.2.1 豎井管節(jié)吊裝

由于上、下兩豎井分別高達(dá)114.0m和200.0m，如選用在豎井頂部布置橋機(jī)或礦井提升機(jī)起重吊裝方案，需增添相應(yīng)專用設(shè)備，一次性投入較大，設(shè)備制造安裝周期長(zhǎng)，且需增加土建豎井洞頂擴(kuò)挖和混凝土巖錨梁工作量較大，施工成本較高。

綜合對(duì)比各種起重吊裝方案安全可靠性、工作效率、操作簡(jiǎn)易性和設(shè)備采購(gòu)使用成本等因素，本工程推薦在豎井段管節(jié)起重安裝中，選用“天錨＋卷?yè)P(yáng)機(jī)” 吊裝方案。

圖2 2#（4#）下彎管段鋼管安裝示意圖

其優(yōu)點(diǎn)是：可充分利用現(xiàn)有土建施工條件、技術(shù)簡(jiǎn)單易行、安全可靠性較高，設(shè)備采購(gòu)使用成本經(jīng)濟(jì)，施工方式簡(jiǎn)單靈活、吊裝工效較高，起吊高度可不受起吊高度限制。見(jiàn)圖3所示。

圖3 114m（200m）豎井段鋼管安裝示意圖

為防止鋼管在豎井內(nèi)吊裝過(guò)程中，因鋼絲繩自旋力而發(fā)生鋼管旋轉(zhuǎn)造成起重鋼絲繩發(fā)生纏繞“死鉤”現(xiàn)象，豎井內(nèi)鋼管吊裝時(shí)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的“防止管節(jié)旋轉(zhuǎn)裝置”技術(shù)措施。

3.2.2 豎井管節(jié)安裝

豎井段管節(jié)安裝可按單節(jié)或二節(jié)一組一個(gè)吊裝單元方式進(jìn)行吊裝，安裝順序按自下向上依次逐節(jié)進(jìn)行拼裝及焊接。

為便于豎井鋼管安裝作業(yè)和提高工效，保障安裝操作人員人身安全，方便操作人員在豎井安裝時(shí)上下出入，豎井安裝施工采用“豎井專用工作臺(tái)車＋吊籠裝置”工作方式進(jìn)行管節(jié)的安裝和焊接。

圖4 1#（3#）上彎管段鋼管安裝示意圖

3.3 調(diào)整節(jié)安裝及1#和3#上彎管段安裝

豎井高度調(diào)整節(jié)應(yīng)根據(jù)上、下豎井鋼管安裝高程實(shí)際偏差，采用整節(jié)加長(zhǎng)鋼管或?qū)ｉT進(jìn)行配制。

1#和 3#上彎管段管節(jié)安裝應(yīng)在豎井鋼管全部安裝完成，且其外包混凝土已澆筑施工完成后進(jìn)行。

根據(jù)上彎管段施工特點(diǎn)，為便于上彎管段各管節(jié)吊裝就位，可將上彎管各管節(jié)分為1/3下段和2/3上段二部分，分別依次逐節(jié)進(jìn)行安裝。

1/3下段各管節(jié)起重吊裝，采用“管節(jié)運(yùn)輸臺(tái)車+洞頂天錨+卷?yè)P(yáng)機(jī)+手拉葫蘆”方式，按各管節(jié)安裝順序依次逐節(jié)或兩節(jié)一組進(jìn)行吊裝就位。

2/3上段各管節(jié)起重吊裝，可按各管節(jié)安裝順序依次逐節(jié)或兩節(jié)一組，采用“管節(jié)運(yùn)輸臺(tái)車+卷?yè)P(yáng)機(jī)（雙牽引）+弧形軌道+手拉葫蘆”方式，利用鋼管自重和滑動(dòng)支架與事先設(shè)置在上彎段底部的弧形軌道滑動(dòng)摩擦，均勻?qū)⒏靼惭b管節(jié)下滑落放至安裝部位。

上彎管起始段管節(jié)部分，可采用雙卷?yè)P(yáng)機(jī)或在對(duì)面方向設(shè)置臨時(shí)導(dǎo)向輪方法，以輔助牽引管節(jié)移動(dòng)和下滑。見(jiàn)圖4所示。

4 豎井安裝天錨吊裝裝置設(shè)計(jì)

4.1 豎井吊裝天錨設(shè)計(jì)

4.1.1 天錨起重量及有效起吊高度選定

按上豎井最大單管節(jié)重量2.493t，下豎井最大單管節(jié)重量2.888t，預(yù)留二節(jié)一組管節(jié)單元起重吊裝載荷能力，并考慮滑輪組、吊具、鋼絲繩重量、使用頻次和起重荷載系數(shù)及預(yù)留安全裕量等因素，選定上、下豎井吊裝天錨起重荷載能力≥15.0t。

天錨最小有效起吊高度選定，按滿足管節(jié)豎（立）裝或臥（橫）裝時(shí)，能有效吊起脫離運(yùn)載車輛，且起吊鋼絲繩夾角及滑輪組和運(yùn)載車輛上下均余有一定的空間安全裕度考慮。選定最小有效起吊高度≥8.5m。

最大有效起吊高度，按滿足豎井下彎管段最末端管節(jié)下放滑移和安裝到位選定，上豎井≥120m，下豎井≥210m。

4.1.2 天錨型式及位置設(shè)置

（1）型式。天錨選用由三根互成15o～30o夾角錨桿組成一組型式。錨桿采用 3根長(zhǎng)度 L=6.0～8.0m，Ф26.0～28.0mm螺紋鋼筯，在洞室頂部巖石上打孔注漿錨固后作為天錨的承載錨點(diǎn)，下部端部采用鋼板或型鋼進(jìn)行電焊聯(lián)接加固后作為天錨的起吊懸掛承載錨點(diǎn)。

（2）安裝高度和頂部擴(kuò)挖空間尺寸選定要求：1）滿足安全、高效、經(jīng)濟(jì)的原則。2）滿足天錨安裝、拆除和安全運(yùn)行的空間要求。3）滿足單管節(jié)卸車，豎井洞口地面兩節(jié)一組拼裝和整體吊裝高度和空間要求。4）滿足上、下豎井上彎管段采用天錨進(jìn)行吊裝的空間和位置要求。

（3）位置設(shè)置見(jiàn)圖1、2、3、4。

4.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組及鋼絲繩的選擇

4.2.1 洞內(nèi)卸車天錨起重卷?yè)P(yáng)機(jī)及滑輪組

按洞內(nèi)二節(jié)一組最大單元管節(jié)起重重量，上豎井 2.493×2（t），下豎井 2.888×2（t），下斜井段3.191×2（t），考慮吊具及鋼絲繩重量，選定洞內(nèi)最大單元管節(jié)卸車荷載7t。

考慮卸車天錨起重卷?yè)P(yáng)機(jī)使用的便捷性、靈活性、通用性和設(shè)備采購(gòu)使用成本等因素，推薦選用型號(hào)為JM-5型慢速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩額定速度10～18m/min，鋼絲繩直經(jīng)d≥22mm，卷筒容繩量≥100m。

天錨滑輪組按最大單元管節(jié)及吊索具重量 7t荷載考慮，選定采用16t滑輪組及2倍率鋼絲繩，作為導(dǎo)向和倍率轉(zhuǎn)換使用。

4.2.2 豎井吊裝起重卷?yè)P(yáng)機(jī)

（1）最大起重荷載及起升高度。上、下豎井管節(jié)安裝按采用單管節(jié)運(yùn)輸和吊裝方式，預(yù)留兩節(jié)一組管節(jié)單元吊裝載荷能力?？紤]吊具、平衡梁和鋼絲繩等重量，最大起重吊裝載荷分別為（4.986t＋0.5＋0.5＋1.0）=7.0（t）和（5.776＋0.5＋0.5＋1.5）=8.28（t）。最大升降高度，上豎井≥120m，下豎井≥210m。

（2）工作方式：1）運(yùn)行工況：空載上升、負(fù)載下降。2）工作方式：?jiǎn)螜C(jī)電動(dòng)、手動(dòng)操作。

（3）位置布置。豎井吊裝卷?yè)P(yáng)機(jī)的洞內(nèi)布置，應(yīng)以盡量不影響洞內(nèi)管節(jié)運(yùn)輸車輛安全通行和豎井管節(jié)吊裝安全操作為原則，可布置在洞內(nèi)兩側(cè)回車洞或?qū)ｉT開(kāi)挖的卷?yè)P(yáng)機(jī)洞室內(nèi)較為適宜。

（4）豎井吊裝起重卷?yè)P(yáng)機(jī)選擇?？紤]豎井吊裝起重卷?yè)P(yáng)機(jī)使用的安全可靠性、靈活便捷性、通用適應(yīng)性和吊裝工作效率及設(shè)備采購(gòu)使用成本等因素，推薦選用型號(hào)為 JK-5型快速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩額定速度19～34m/min，鋼絲繩直經(jīng)d≥22mm，卷筒容繩量上豎井≥250m，下豎井≥450m。

天錨滑輪組按二節(jié)一組最大單組管節(jié)及吊索具重量8.5t考慮，選定采用 16t滑輪組及2～3倍率鋼絲繩，作為起重倍率轉(zhuǎn)換使用。

（5）豎井吊裝卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝使用中應(yīng)注意事項(xiàng)：1）天錨、卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組安裝應(yīng)牢固可靠，安裝位置應(yīng)在一直線，中間無(wú)障礙、視線通透，便于操作人員視覺(jué)觀察。2）卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)設(shè)置升降高度指示、偏差顯示和過(guò)載保護(hù)等保護(hù)和警示裝置，卷筒上鋼絲繩的纏繞層數(shù)不應(yīng)超過(guò)廠家規(guī)定。3）豎井天錨吊裝系統(tǒng)安裝完畢后，應(yīng)按相關(guān)規(guī)定連同平衡梁一并進(jìn)行荷載試驗(yàn)和安全鑒定合格，并配置相應(yīng)的通訊、指揮和照明措施后，方可投入正式使用。

4.3 豎井管節(jié)吊裝防止旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)

為防止和解決鋼管管節(jié)在高豎井內(nèi)吊裝下放和空鉤提升過(guò)程中，因上、下滑輪組之間距離較大和鋼絲繩自旋力，引起系統(tǒng)鋼絲繩和滑輪組扭轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)，造成鋼絲繩纏繞死鉤情況，確保被吊裝管節(jié)安全、平穩(wěn)的提升和下放，必須設(shè)置相應(yīng)的防止管節(jié)吊裝旋轉(zhuǎn)裝置。

5 豎井鋼管安裝施工的測(cè)量、照明及通訊

（1）管口高程和中心測(cè)量與控制。上、下豎井管節(jié)安裝高程及水平度的測(cè)量與控制，采取長(zhǎng)鋼卷尺預(yù)先在豎井內(nèi)壁上分段布設(shè)若干固定的高程控制點(diǎn)，然后在安裝過(guò)程中，每安裝 2～3節(jié)用水準(zhǔn)儀對(duì)鋼管管口的高程及水平度進(jìn)行一次測(cè)量和調(diào)整?；虿捎酶呔燃す鉁y(cè)距儀(如：BOSCH GLM250 VF型)，由豎井底部安裝高程基準(zhǔn)點(diǎn)，直接對(duì)各安裝管節(jié)進(jìn)行測(cè)量和控制。

豎井鋼管安裝中心位置，采用高精度激光投點(diǎn)儀（如：XOS4-JZY-41型）進(jìn)行控制。將激光投點(diǎn)儀安置在豎井頂部（或底部），自上向下投點(diǎn)，并以此為基準(zhǔn)中心線控制鋼管安裝中心。投點(diǎn)儀應(yīng)定期用全站儀進(jìn)行復(fù)測(cè)，并用底部已安裝好的鋼管中心進(jìn)行校核，以控制鋼管中心安裝精度。

（2）施工照明。豎井洞內(nèi)安裝施工照明，采取在豎井頂部和底部各分別設(shè)置安裝 1～2組大功率投射燈，作為主要施工照明措施，同時(shí)在安裝作業(yè)平臺(tái)上輔以布置若干低壓手燈及高亮度手電筒進(jìn)行局部補(bǔ)充照明。

（3）施工通訊。豎井洞內(nèi)施工的上、下通訊，采用大功率對(duì)講機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。為確保洞內(nèi)通訊暢通，每個(gè)工作面的對(duì)講機(jī)配置數(shù)量不宜少于2臺(tái)。

6 結(jié) 語(yǔ)

木星土水電站114m和200m高豎井內(nèi)大型壓力鋼管起重吊裝與安裝技術(shù)，經(jīng)安裝單位工程實(shí)踐應(yīng)用證明，方案設(shè)計(jì)科學(xué)合理，設(shè)備選擇和工裝設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠性和工作效率高，操作簡(jiǎn)單易行，工程投資省，得到了工程建設(shè)單位、監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)代表的高度評(píng)價(jià)和贊譽(yù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。也為其它同類水電站超深豎井壓力鋼管安裝施工積累了經(jīng)驗(yàn)。