摘要：水利工程施工中大深度竖井钢管安装工作具有一定的安全风险，为了保证各方面工作的顺利完成，对大深度竖井压力钢管进行科学合理的安装控制具有重要意义。下面文章主要从大深度竖井压力钢管安装工艺特点出发，探讨具体的技术工艺，并结合实际案例探讨大深度竖井压力钢管安装工艺的价值。
关键词：大深度；竖井钢管；压力钢管；安装工艺
引言
压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态，其特点是集中了水电站、水利枢纽大部分或全部的水头。常见的压力管道布置方式有平管段、斜井段、弯段、竖井段等。其中，竖井段压力钢管落差较大，施工作业难度、危险性高，采取切实有效措施，确保竖井段压力钢管安全、快速施工，意义重大。本文依据山西省中部引黄工程施工01标大深度竖井压力钢管快速安装过程编制，为其他类似工程提供借鉴作用。
1大深度竖井压力钢管安装工艺特点
在施工过程中大深度竖井压力钢管安装工艺具有以下几方面特点，第一，针对竖井段压力钢管布置情况和规格参数，设计自制用于竖井内两段压力钢管同时安装的爬升集成式作业平台。第二，在压力钢管内壁焊接用于支撑作业平台的支座，并预留销钉孔。当作业平台到达作业部位时固定在支座上，用销钉将支座和作业平台支撑吊耳连接，防止作业平台脱落。第三，根据压力钢管焊缝分布情况，将作业平台内部空间分为三层平台，顶层用于压力钢管吊装、组对、压缝、点焊，中层用于摆放设备、耗材，底层用于压力钢管的环缝焊接、支座拆除、消缺处理、防腐等。根据竖井内压力钢管或其他吊装物的最大重量为依据，在竖井井口设计制作一种天轮架，用于悬挂卷扬吊装系统的滑轮装置。第五通过选择合理的吊装方法和安装顺序，使竖井内压力钢管吊装、组对、定位焊、焊接、割除附件、无损检测、消缺处理、防腐处理等各工序合理衔接，呈现流水线作业。本工法适用于水电站、蓄能电站、引水枢纽等工程竖井段压力钢管安装过程。
2大深度竖井压力钢管安装工艺分析
2.1工艺流程
2.1.1作业平台加工流程
确定压力钢管参数→设计作业平台→平台材料采购→平台加工制作→平台现场安装→负荷试验→平台验收→平台运行。
2.1.2天轮架及卷扬起吊系统安装流程
确定吊装重量→设计天轮架→天轮架材料采购→天轮架加工制作→天轮架现场安装→负荷试验→天轮架验收→布置卷扬起吊系统→卷扬起吊系统运行。
2.1.3压力钢管安装流程
钢管吊装→钢管组对→环缝压缝→定位焊接→环缝焊接→无损检测→消缺处理→防腐处理→钢管验收。
2.2施工设备准备
首先，钢管运输车辆。钢管安装最大运输单件质量为33.8t,竖井钢管吊装设备桥机安装最大单件质量为39.0t,选用40.0t拖车满足钢管及设备运输要求。考虑运输安全,选择拖板高度时尽量低,该项目拖板为新采购,选择拖板高度为1.0m。其次，，竖井钢管吊装卷扬机。竖井钢管吊装用卷扬机选用2×200kN台车式固定卷扬机,卷扬机是影响钢管吊装安全性的决定性因素,所以对卷扬机的设计和制造提出以下要求:1)采用双抱闸;2)采用变频器,且比正常大一个型号;3)变频电机比正常配置大一个型号;4)选用防扭转互捻钢丝绳;5)设置限位器保护装置、高度指示仪、过载自锁保护装置;6)上述设备均选用知名品牌。该卷扬机委托有资质及设计经验的设计单位进行设计,并委托具有制造资质的企业进行生产。
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2.3作业平台制作
为了满足作业平台在竖井压力钢管内部升降和固定，应根据压力钢管具体参数设计作业平台。作业平台为圆型截面，顶层和底层平台圆形骨架使用工字钢，用卷板机或折弯机加工圆形弧度。作业平台外缘与钢管内壁距离宜为220～260mm，预留220～260mm间隙用于平台吊耳与钢管支座的连接和作业平台升降的活动空间。作业平台在钢管内部升降时，支撑吊耳与支撑支座在轴线方向相互错开。平台到达施工高程后，将作业平台4个支撑吊耳与钢管内壁的支撑支座旋转对齐、缓慢对接，适当调整插销孔配合关系，经检查确认对接无误后，将4个支撑吊耳和支撑支座用定位销承插固定，以此达到固定作业平台的目的。
2.4天轮架制作
根据竖井井口尺寸确定天轮架基础尺寸，天轮架基础轮廓尺寸大于竖井直径约500mm，大于压力钢管直径约1000mm。天轮架高度根据压力钢管安装单元尺寸确定，原则为压力钢管安装单元高度、动滑轮装置高度、钢丝绳工作高度、定滑轮装置高度总和之后，再预留约1.5m～2m的空间。本案例中竖井直径5.2m，压力钢管内径4m，压力钢管安装单元高度4m，采用H型钢规格为宽翼缘HW350×12×19型钢。尽量使简易台车规格与钢管制作期间的防腐台车保持一致，避免图纸二次设计或制作期间的防腐台车重复利用。简易台车使用工字钢制作，根据钢管重量选择适宜规格工字钢。
2.5竖井压力钢管安装
竖井压力钢管安装前,首先将竖井工作平台悬挂于竖井压力钢管管口,用板件进行锁定,然后将预存在竖井井口的压力钢管向安装位置吊装。吊装到位后进行压力钢管组对压缝,组对压缝结束后,利用桥机将工作平台提升,解除与压力钢管的锁定,割除吊耳,最后将工作平台悬挂至上一节压力钢管管口并进行锁定。压力钢管组对验收合格后,预热温度满足要求后,开始焊接,焊接完成后24h(800MPa级高强钢48h)进行探伤,探伤合格后进行防腐。
2.6钢管水平度控制
为使钢管管口处于水平位置,用水准仪将管口位置进行放样,并在对应的岩壁上明显标志水平线,每6m进行一次水平测量。根据作业平台及载人吊笼的布置特点,如果在竖井钢管内安装内支撑将不便于钢管安装焊接施工作业,加之竖井段管节径向受力较小,且较均匀,因此,决定取消竖井段管节内支撑。为了确保竖井压力钢管取消内支撑后在安装、焊接后,进行砼回填时,管壁不会发生变形及整体移位,必须采取适当的防变形措施,经过严格的分析、计算,根据计算结果来决定是否取消钢管内支撑。
3工程案例分析
3.1工程概况
山西中部引黄工程包括取水工程和输水工程。取水工程位于保德县境内，从取水口至出水池段，沿线长约2.5km。主要建筑物包括取水口、1#、2#无压引水隧洞、沉沙池及放空洞、地下泵站、进水池及泄水洞、引水、出水压力管道、出水阀室、出水池等建筑物。取水口位于天桥水电站左坝头上游380m处，地下泵站位于取水工程的末端，装机容量9.1万kW，设计取水流量23.55m3/s。压力钢管包含7条引水支管、7条出水支管、7条岔管连接支管、6节岔管、1条出水主管，其中出水主管由下平段、下弯段、竖井段组成。出水竖井压力钢管内径为4m，管壁厚度为16~34mm，材质为Q345R，共计138节，总重719.893t。
3.2施工情况
3.2.1山西省中部引黄水源工程竖井段压力钢管安装前，设计制作了天轮架、作业平台、简易台车等工装设备，并布置了相应的卷扬机牵引系统。先进行了竖井首节定位段压力钢管的安装和混凝土回填浇筑，以定位段压力钢管为承载基础再按工法流程进行剩余竖井压力钢管的安装。
3.2.2通过作业平台分层布置，作业人员可同时进行多工序施工且互无干扰，全部工序完成后，牵引至上节安装工位继续施工。通过集成式作业平台的不断爬升，使得压力钢管安装呈现流水线作业。竖井压力钢管共计138节，每天可安装完成2段（4节）竖井压力钢管，比常规作业方式缩短了一半工期，整个竖井压力钢管安装提前了至少34天时间。
结语
通过本工法的实施，山西省中部引黄水源工程竖井段压力钢管安装过程中未发生质量缺陷事件、安全生产事故。在保证施工安全的同时降低了人工、设备及材料的投入，缩短了施工周期，节约了施工成本，维护了企业形象，提高了经济、社会效益。通过实践检验，本工法总结的经验和形成的工艺科学、合理，同类工程中具有很好的推广价值。
论文作者:冯信
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/6
标签：竖井论文; 钢管论文; 压力论文; 作业论文; 平台论文; 支座论文; 卷扬机论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;