斜坡段压力钢管“顺安法 ”安装技术研究

2018-12-04张文洁吴峥斌朱房钊

水电站机电技术 2018年11期

李新，张文洁，吴峥斌，朱房钊

（1.北方国际合作股份有限公司，北京100040；2.广东省水利水电第三工程局有限公司，广东东莞523710）

1 工程概况

Xeset3水电站位于老挝南部沙拉弯省（P.SARAVAN），湄公河支流Xedon河的支流Xeset河上。Xeset3水电站为低闸坝引水式电站，主要任务为发电，并兼顾下游河段环境生态用水等要求。电站引用流量18.06 m3/s，利用毛水头162 m，装机2台，装机容量23 MW，Xeset3水电站工程的主要建筑物有：跨流域引水工程、Xeset河首部枢纽工程、1352.86 m的引水明渠，1277.16 m的压力引水混凝土涵管、调压井、1030.49 m的引水压力钢管（管内径2300 mm）、地面发电厂房、开关站、115 kV输电线路工程、运行村及施工道路与桥梁工程。

Xeset3水电站的引水压力钢管布置在调压井后，水头落差主要集中在引水压力钢管段，80%的水头落差集中在PS 0+613.955镇墩至发电厂房斜坡段的引水压力钢管，Xeset3水电站的压力钢管布置见图1。

2 安装工艺的关键技术问题

根据水电站引水压力钢管特点：引水压力钢管的作用是输送水轮发电机组运行时的引用水，斜坡段顺水流方向从上游至下游完整段钢管主要由固定部位钢管（镇墩内、外钢管）、伸缩节、带活动支脚部位钢管组成，见图2。

图1 Xeset3水电站的压力钢管布置

图2 斜坡段完整段压力钢管安装示意图

斜坡段引水压力钢管完整段钢管（指两镇墩之间的钢管）在安装、运行过程中，段内钢管的自重和水的重量大部分由下游处镇墩支承，伸缩节是用于补偿因温度、受力等产生的径向、轴向的位移，在安装、运行过程中，不承受段内钢管的自重、水的重量。

“顺安法”（顺水流方向延伸钢管安装方法）安装中的关键技术问题是：①改变安装过程钢管自重的支承方式，由原下游镇墩支承改为由上游镇墩承拉；②解决安装过程中，必须利用伸缩节承担段内钢管的部分自重，即伸缩节要起到传力作用，伸缩节又要保证伸缩节内具有伸缩功能的波纹不受影响。

3 安装工艺的创新点

（1）斜坡段“顺安法”与传统安装工艺“逆安法”相比，安装工艺采用先安装上游固定部位钢管（镇墩内、外钢管），待固定部位钢管的二期混凝土强度符合要求后，再进行伸缩节的安装，伸缩节安装完毕经验收合格后，顺水流方向延伸安装其他管节钢管，与“逆安法”安装工序几乎完全相反。

（2）“顺安法”安装工艺具有先安装“伸缩节”，实现“伸缩节”零累积纠偏安装误差的好处，更加优化了伸缩节运行参数，具有明显“先安零纠偏”优势。

（3）斜坡段“顺安法”与传统安装工艺相比，其最大优点是具有成倍增加安装工作面的功能。即“一变二”功能，选定了“顺安法”的始装节钢管开始安装后，也可以利用“顺安法”的始装节钢管为始装节，采用“逆安法”进行安装，可根据施工需要灵活调整、增加工作面，特别有利于加快施工进度。

（4）“门型钢板加固法”，解决了“伸缩节”在斜坡段“顺安法”安装钢管过程“伸缩节”承担段内钢管的部分自重，又保证了伸缩节内具有伸缩功能的波纹不受影响。具有施工设备简单，施工安全、方便，操作简单，可操作性强的优势，见图3。

图3 门型钢板加固示意图

门型加固钢板安全验算：

门型加固钢板材质为Q345 C，厚度14 mm，板宽150 mm，采用4块同规格钢板进行加固，选安全系数为 2，许用拉应力 [σ]=172.5 MPa。

采用“顺安法”安装最重压力钢管段坡为：1：3.5，所有钢管的自重97.4 t，不考虑支腿摩擦力，选取动载荷系数1.2，则伸缩节将受到压力钢管拉力为N=32.1 t。

σ’=N/F=32.1×104/4×150×14×10-6=38.2 MPa

选安全系数为2，

σ’=38.2×2=76.4 MPa ＜ [σ]=172.5 MPa

以上计算，可见加固钢板构件都是足够安全的。

（5）Xeset3水电站的压力钢管原施工方案是传统安装工艺“逆安法”，有2个工作面同时作业：

1）第1工作面是从已安装好的发电厂房进水段管PS 1+006.405开始安装至另一始装节PS 0+715.395进行凑合；

2）第2工作面是始装节PS 0+715.395安装至另调压井PS 0+010.00。

（6）Xeset3水电站的压力钢管安装创新采用了“顺安法”，并结合“逆安法”进行安装，可以有4个工作面同时作业，大大加快安装进度，同时大幅减少电焊工、装配工的窝工情况：

1）第1工作面是从已完成的调压井PS 0+010.00为始装节开始，采用了“顺安法”，向下延伸安装至PS 0+604.331钢管进人孔附近进行凑合；

2）第2工作面为始装节PS 0+715.395，采用传统安装工艺“逆安法”，向上延伸安装至PS 0+604.331钢管进人孔附近进行凑合；

3）第3工作面为始装节PS 0+715.395，采用了“顺安法”，向下延伸安装至PS 0+828.934钢管进人孔附近进行凑合；

4）第4工作面是从已安装好的发电厂房进水段管PS 1+006.405，采用“逆安法”，向上延伸安装至PS 0+828.934钢管进人孔附近进行凑合。

4 安装工艺流程及操作要点

4.1 斜坡段“顺安法”安装工艺流程

斜坡段“顺安法”完整段钢管（指2镇墩之间的钢管）安装工艺流程图见图4。

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

施工人员在钢管安装前，首先需认真仔细研读施工图纸及有关技术文件。现场按设计要求确认水平高程点，轴线坐标（坐标点）桩号。由于始装节为镇墩内弯管，利用CAD软件绘制始装节弯头安装图，确定弯头拐点中心、上下游管底里程及高程，便于放样安装。

图4 斜坡段“顺安法”完整段钢管安装工艺流程图

4.2.2 钢管安装高程、轴线放线

管线高程、坐标点桩号组成的管段，管线用全站仪及土建施工单位提供的坐标点放线。每个支墩都要放上管线中心点，并标上钉头高程。既有利于安装测量，也可甄别误差较大的点位，提高安装精度。

4.2.3 始装节安装

始装节为镇墩内弯头。使用25 t吊机吊装弯头，一条钢丝绳用一个5 t手拉葫芦连接弯头下管口吊耳，另一条直接连接弯头上管口吊耳。吊起弯头，利用葫芦调整弯头角度，调整至接近设计斜度即可。将弯头缓缓吊至事先已做好的支架上，利用弯头管口点调整定位弯头。根据已放好的中心线对应钢管中心点洋冲眼，调整弯头中轴线及角度。复测管口高程，达到规范要求后，用型钢等材料加固管节。始装节必须加固牢靠，防止混凝土浇筑时或后续管节压缝时产生位移。

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经检查固定牢固后，将镇墩外钢管运至安装位置，以弯头为基准调整镇墩外钢管的中心和高程，同时用千斤顶和拉紧器调整相邻两管口的间隙，管口压缝采用压马和楔子板压缝，压缝一般从上中心向下分2个工作面进行，同时，要注意钢板错边和环缝间隙。将2节钢管组成大节后，应重新复核中心线偏差和倾斜度，将始装节的上、下游管口的几何中心误差调整至5 mm以内（运用中垂线原理，采用水平仪、吊线球、钢卷尺）。用型钢将钢管固定于预埋的锚筋上。加固完，再复测中心线、高程、里程和倾斜，作好记录。为保证管道不发生位移，可先浇筑二期混凝土，浇注前应对该段的焊接进行检测，合格后方可浇筑。

4.2.4 伸缩节安装

伸缩节运到现场安装，安装时要注意：尽量减少压缝应力，防止伸缩节内套管产生弹性变形致使伸缩节的间隙变动、漏水；在伸缩节与相邻管节连接时，用活动支架与千斤顶把伸缩节顶至需要高程，待管口中心及高程等调整合格并加固后进行压缝；当钢管全部环缝焊完，才能将钢管的连接板割除，否则因焊接收缩，会使内套管外移过多；伸缩节下游管节焊接完成后，如图3焊接门型加固钢板；伸缩节前后管节的支撑、门型钢板及出厂限位螺栓，应在下游镇墩混凝土浇筑完后割除，让伸缩节自由伸缩，并检查其变形、变位情况。

4.2.5 带活动支脚钢管安装

带活动支脚钢管安装可采用25 t吊机一步吊装到位（或利用钢管台车运输到位），利用活动支架及千斤顶直接吊装固定。安装要注意各节管下中心的吻合和管口倾斜，即将其下中心对准前一节钢管的下中心。如有偏移，可用千斤顶顶转钢管，配合点焊法兰螺栓进行管口对中。待管口中心及高程等调整合格并加固后，方可进行压缝。管口压缝采用压马和楔子板压缝，压缝一般从上中心向下分两个工作面进行，同时，要注意钢板错边和环缝间隙。安装质量符合有关设计和规范要求。管节安装2至3节后，必须检查调整，以免误差积累，造成以后处理困难。下游镇墩内外管节安装过程与上述安装方法基本一致。

4.2.6 油漆、清扫

管道内外支架切除，拆除钢管上的卡具、吊耳和其他临时构件时，严禁使用锤击法，应用碳弧刨或氧气—乙炔焰在其离管壁3 mm以上处切除，严禁损伤母材。切除后，钢管内壁上残留的痕迹和焊疤，再用砂轮机磨平，并认真检查有无微裂纹。检查合格后采用手工涂刷对切除部位进行补漆，刷漆前应将钢管表面油污，焊渣，铁锈，清除干净，涂刷时不能出现漏涂，流挂，皱皮，表面应光滑。

5 施工安全措施

（1）建立现场安全管理机构，设立专职管理人员，落实各级安全责任制，树立“安全为了生产，生产必须安全”的方针。

（3）坚持每周一安全检查，每月安全防火、卫生大检查一次。针对事故隐患苗头，制订整改计划，限期完成，把整改项目责任落实到个人。

（4）进入施工现场应戴安全帽，不得穿裙子拖鞋、高跟鞋。

（5）临时照明要可靠，并具有足够的亮度，应装设漏电开关。

（6）高空安装工作时，要系好安全带、扣好保险扣，工作高空就位后要有临时固定措施，各类工具、材料、配件应采取防止高处坠落的安全措施。

（7）电焊工必须遵从焊接作业的安全规定、《氧气、乙炔气使用的安全操作规程》、《电焊机使用的安全操作规程》。

（8）脚手架搭设应牢固可靠。脚手架搭设有工作平台，上下严禁交叉作业。

（9）要防止触电，防止从高空坠落。

（10）吊装时要有专人指挥，吊物下严禁站人。

（11）压力钢管施工处于旱季，我单位将根据现场情况搭设防晒防雨蓬，做好作业人员的防晒、防中署工作，同时作好施工场地的排水工作。

（12）钢管在倾斜段安装时，钢管运输台车要设置防滑、防翻装置，台车运钢管时倾斜段台车下方不得有人。

（13）在立体交叉施工时，必须加强领导，统一安排，在交叉施工完毕，各方必须自行清理垃圾和废料，做到文明施工，交叉作业必须按照“安全管理制度”执行、制定，实施有效的安全保障措施，保证安全施工。

6 效益及应用前景

6.1 经济效益

PS 0+715.395作为始装节，上游管节安装采用“逆安法”，下游管节采用“顺安法”。工作面“一变二”，使焊接作业与安装作业分开，避免交叉作业时相互干扰，提高工作效率、缩短工期。

以Xeset3水电站引水钢管安装工程为例，比原施工方案共缩短工期21 d，可以节约安装人工费：400元/人×21 d×12人=100800元，每个伸缩节增加投入加固材料及人工费：材料费450元，人工费600元，共加固4个伸缩节合计：（450+600）×4=4200元，共节约成本：100800-4200=96600元。