压力管道竖井段钢管安装及质量控制研究

沈晓勇，施 蕾

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州，450000)

引言

水电站压力钢管的安装受地质条件、作业环境等因素影响，竖井压力钢管的安装所面临的风险和困难极大[1-6]，因此，为保证竖井压力钢管安装的安全，选择安全、高效、经济的安装技术方案就显得尤为重要[7-8]。以古瓦水电站为工程背景，同时制定出施工安全控制要点和工艺流程，从而保证压力钢管安装质量，保证水电站的安全运行。

1 工程概况

古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，下游为娘拥水电站。拦河大坝位于下游约620m处，河段坝址控制集水面积3089万km2，平均流量43.4m3/s，水库正常蓄水位3398m，相应库容为2.396亿m3，总库容为2.458亿m3，调节库容22276万m3，具年调节能力。主体电站装机容量201MW(三组)，多年平均年发电量8.078亿kW·h。

2 竖井安装关键布置方法

2.1 施工道路

下弯管部分管节从制作厂经沿河公路、进场交通洞、下平段施工支洞、下平段运至竖井下弯安装点。其余部分压力钢管、人员、设备、材料由进场永久公路经4#施工道路至蝶阀交通洞到上平段，最后进入竖井工作面。

2.2 供电设置

竖井段压力钢管安装使用的电源采用土建布置于压力管道下平段的三相四线制电源点。用ZC-YJV223×95+1×75铜芯电缆线连接到竖井台车上，台车上配备1个电源箱，总控制开关为600A。竖井工作面附近采用2盏1kW投光灯照明。竖井吊装设备及竖井上平段至竖井吊装点的照明电源使用蝶阀交通洞洞口业主高压线上“T”接提供高压电；洞内用电采用三相四线制。

2.3 竖井起吊装置布置

2.3.1 井口段扩挖

压力管道钢管安装前先在井口安装吊运设施。为满足吊运设施安装空间，对竖井井口段进行适当扩挖。自(管)0+145m桩号向内，底板以i=0.2833%坡度渐变扩挖底板，渐变9m长后，水平扩挖底板，直至内部25.1m处。初期支护按IV类围岩参数进行：施工系统锚杆φ22，L=3.0m，间排距1.5m。

2.3.2 钢管安装吊运系统

吊运系统使用双梁门式起重机，最大吊重10t，轨道间距6.4m、净高4.7m，共布置3台卷扬机，其中1台10t卷扬机作为起重卷扬机。吊运设施既能垂直运输，又能水平运输，满足施工人员、设备及材料运输工作。安装吊运设施之前先浇筑轨道梁，(管)0+145m桩号向内9m～25.1m部位底板两侧浇筑轨道梁，共2根。轨道梁长16.1m、宽0.7m、高0.7m，顶面高程3262.55m，使用C30混凝土浇筑，轨道梁主筋使用φ22钢筋，每根梁布置12根，箍筋使用φ12钢筋，每根梁布置81根。轨道使用34kg/m钢轨，铺设在轨道梁上，轨道中心间距6.4m。

3 竖井钢管安装综合设置

3.1 竖井钢管安装工作平台布置

如图1所示，钢管安装工作平台采用钢结构骨架设置，用I20工字钢作为主梁，L75角铁作为主梁间连接，φ25钢筋作为平台底层基础，上铺设2cm木板搭设平台。平台共分四层：探伤平台、焊接平台、组装平台、防护平台。每层平台间距和每节钢管长度一致，为2.2m。平台之间设置钢筋楼梯，作为工人上下通道。

图1 分层平台结构简图

为运输及安装方便，工作平台分两节，每节3.3m。平台在制作厂完成制作，在安装点牢固焊接成整体。安装平台通过设置于钢管内壁的12个吊耳，锁定于钢管内。安装平台在制作厂制作完成后，进行10t载重试验，通过试验后才能用于安装实际施工。安装平台重量约1.598t。

3.2 竖井载人吊篮布置

使用φ25钢筋制作一个高1.2m、直径2.4m的钢筋网吊篮，吊篮底部采用2cm木板铺设。分四个吊点，由起重钢丝绳吊运。提升吊篮设置一条工作钢丝绳连接门机卷扬设备，一条安全钢丝绳固定于门机机架上。吊篮另设安全锁。安全锁通过安全钢丝绳连接，当工作钢丝绳断裂或卷扬机滑车时，安全锁自动快速地锁定安全钢丝绳，保证提升吊篮不坠落，保证施工人员安全。

为防止供电系统出现问题或提升系统出现问题而造成井下人员无法上井的现象发生，在安装完成的钢管内设置安全爬梯，爬梯安装具体要求如下：

(1)爬梯与钢管面净距离不小于0.15m，使用φ25、L=3m的锚杆与钢管连接牢固；

(2)爬梯四周设置φ16环形护栏，间距0.4m；

(3)每10m设置休息平台，使用φ25钢筋制作框架，φ16钢筋制作护栏进行防护，底部花纹钢板，并预留人行通道口方便上下攀爬。

3.3 竖井防坠布置

本工程竖井长度达到180余米，为保障竖井钢管安装施工人员安全和防止施工中造成的物体坠落对弯管下游施工人员造成伤害，竖井工作平台与钢管内壁间隙设计为15cm，保证施工人员不会从平台与钢管间隙坠落，同时保证无大物件从平台坠落。在竖井下弯管口10m、15m、20m位置设置3道坠物拦截网，拦截网采用钢结构加木板布置。同时，在竖井下管口30m处设置警示围栏，防止无关人员进入防坠区域。防坠围栏与钢管牢固焊接，在竖井钢管安装完毕后割除，然后将钢管上的焊补磨平，并做防腐处理。

4 压力管道竖井段钢管安装施工工艺流程

4.1 钢管安装准备

(1)点线测量：以测区内的基准点为起点，延伸测放出钢管道中心线、里程点和高程线，各点线分别在底板、洞壁上定位。点、线必须明显标示严加保护，一旦被侵蚀或移位应以原始点为准再重新测放。

(2)将上弯管处洞顶部适当扩挖，弯管垂直下方向待竖井段钢管安装完成后再开挖，详细开挖参数如图2所示。竖井口布置10t门式起重机，用于竖井压力钢管吊装。

(3)竖井口用于竖井压力钢管吊装及人员上下的10t门式起重机布置完毕，通过验收。

(4)载人吊篮布置完毕，通过验收。

4.2 钢管吊装就位

根据古瓦水电站厂区枢纽标施工总进度规划，竖井压力钢管安装及运输顺序依次为：下平段上游(定位节)→竖井下弯段→竖井上段→竖井上弯段；压力钢管竖井段和上平段主管运输线路为：压力钢管拼装厂→蝶阀室交通洞→卸车点。

压力钢管竖井段主管运输车辆达到竖井口上游5m卸车点后，利用设置在竖井口10t门式起重机将竖井钢管缓缓吊至安装工作面，并如此循环。吊装钢管前，先用载人吊篮将施工人员缓慢载至防护平台上，人员进入组装平台确认安全后，再吊装钢管。钢管吊至安装位置50cm高度内，安装人员才能从组装平台进入安装平台，辅助钢管就位。

4.3 钢管安装

竖井下弯段钢管共计110节。

(1)钢管主管在洞外制作厂处进行组圆，组圆完成后通过运输将钢管运至安装工位进行洞内安装。

(2)安装顺序：竖井下弯段→竖井上段→竖井上弯段。

(3)调整钢管的中心，高程，对接尺寸等参数，所有检测数据达到要求后开始环缝焊接，焊接完成后进行探伤检查。

(4)每次钢管组装、焊接、探伤工作完成后，利用10t门机提升一次安装工作平台，提升高度为2.2m，如此循环。

(5)现场钢管的安装环缝均采用手工电弧焊焊接。

4.4 钢管外壁加固

如图3所示，外壁采用L45角铁进行加固，采用角铁将锚杆与压力钢管进行焊接连接的方式。

图3 竖井钢管加固示意

5 质量控制体系

竖井钢管安装质量控制如表1所示，为压力钢管安装施工安全，新增一台双梁门式起重机，新增一台载人吊篮，新增一个安全吊装平台，新增一套安全爬梯，新增竖井下弯管口防坠围栏。

表1 主要增加工程量

为了防止在竖井段开挖施工过程中3264.4m平台上石块等物体掉入竖井。在锁口混凝土之上安装防护栏，防护栏使用φ16mm制作，高度1.2m，沿井口环形布置。防护栏底部设置30cm高的彩钢踢脚板，防止小型工器具、石块等跌落。

为防止钢管安装施工中的坠物对下游人员造成伤害，在竖井下弯管口10m、15m、20m位置设置3道坠物拦截网，拦截网采用钢结构加木板加安全网布置。同时，在竖井下管口30m处设置警示围栏，防止无关人员进入防坠区域。

6 结论

压力管道安装的质量控制是由许多因素决定的。在施工中，施工前的准备，施工中的监督管理，以及施工后的检查和检测，可以使施工质量达到理想的效果。施工企业要根据各部门的特点，制定并实施一套经济、高效、可行的质量控制体系，以达到整个工程的预期质量目标，进一步提高工程质量管理水平。