大仰角长斜井压力钢管快速安装技术

施秉亮，高丽萍

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

福建永泰抽水蓄能电站设置2 条引水系统，每条引水系统布置2 级55°长斜井，分别由上平洞、上斜井、中平洞、下斜井和下平洞组成。

斜井压力钢管每节长度3 m，设置3 圈加劲环，最重管节20.42 t。钢管内径6 000 mm，壁厚由18 mm 渐变为52 mm，材质由Q345R 低合金钢过渡为600 MPa 高强钢，在下平洞通过一个Y 型岔管分为2 条高压引支钢管接入球阀和蜗壳。

2 斜井钢管安装

2.1 施工布置

斜井钢管安装布置有1 套起吊翻身系统，1 套牵引溜放系统，具体见图1 所示。

图1 现场施工布置示意图

（1）起吊翻身系统

起吊翻身系统含2 台5 t 卷扬机、2 套转向锚点和2 套滑轮组，用于将钢管从平板运输车上卸车并翻身在钢管运输台车上。

（2）牵引溜放系统

牵引溜放系统含1 台30 t 卷扬机、1 台8 t 卷扬机、1 套地轮系统、1 台运输台车，用于将钢管从卸车翻身场运输至安装位置。

2.2 钢管卸车翻身

压力钢管运输至洞内翻身场后进行卸车翻身操作。

在中平洞翻身场设置两个相同规格的吊点，吊点均布在引水隧洞两侧、2 号施工支洞顶部，两吊点相距7 m，使用两吊点共同起吊翻身，起吊时两根钢丝绳卸扣固定于钢管腰部两侧偏上游15°位置（利用加劲环窜浆孔），卸扣固定牢靠后同时缓慢提升两个吊点，钢管吊起后由于重心偏向下游，在钢管吊起的同时会自行进行翻身。

钢管翻身使用主吊点和副吊点配合，将钢管缓慢吊离车身后驶离车辆，车辆驶离后主吊点继续缓慢起升，副吊点配合缓慢降落，直至管口轴向平行于轨道方向，点动操作主吊点卷扬机使钢管自重全部受力于主吊点，检查无异常后移除副吊点，移动钢管运输台车至钢管底部正中心位置，操作主吊点卷扬机缓慢降落钢管，将钢管垂直、平稳放置于运输台车顶部，使用手拉葫芦、工字钢等附件将钢管与台车可靠固定。主、副锚点配合卸车翻身示意见图2~图5所示。

图2 主副吊点配合钢管卸车示意图

图3 主副吊点配合进行钢管翻身示意图

图4 钢管翻身后旋转90°状态示意图（管轴向平行于轨道）

图5 钢管旋转后垂直放置于运输台车上

2.3 钢管牵引溜放

钢管卸车完成后，钢管加劲环与运输台车接触部位焊接牢固，并在加劲环与台车主梁处增加挡块，挡块与加劲环焊接牢固，钢管就位后割除挡块。钢管上游侧+Y 处布置一个5 t 手拉葫芦，与溜放钢丝绳处的卸扣连接，防止钢管在溜放过程中发生倾覆，所有钢丝绳与管壁接触部位用管片保护。

在准备进入入口时，将30 t 卷扬机钢丝绳挂装于运输台车定滑轮槽内，溜放钢丝绳固定在钢管腰部中心，检查钢丝绳挂装正确后点动操作8 t 牵引卷扬机，缓慢将钢管牵引至上斜井钢管安装起点处，直至30 t 卷扬机系统已完全受力且钢管依靠自身重力可向下自行移动时，操作30 t 卷扬机系统下移小段距离并解除8 t 牵引系统，斜井全程均采用30 t 卷扬机系统溜放钢管至安装工位。

在上弯段处布置多个可调节中心的拖轮装置，钢管溜放过程中出现中心偏移的情况，可带动滚轮在左右方向有一定的活动余量，避免钢丝绳在滚轮凹槽中偏向受力而出现磨损，从而提高施工作业效率，降低施工期间的安全隐患和节约施工成本。

图6 拖轮装置布置示意图

图7 拖轮装置结构示意图

拖轮装置在使用时将底座固定在预先埋设的混凝土垫层的锁定板上，溜放钢丝绳穿过滚轮卡槽，轴与滚轮的贴合面精加工后，保证滚轮绕轴自转以及在轴上左右摆动时减小摩擦力，保证转动顺畅无卡阻。

2.4 钢管安装

为保证钢管安装过程中施工人员的安全，提高施工效率，减少资源投入，永泰抽蓄斜井压力钢管在安装前设计一套可覆盖2 条环缝的移动式全封闭施工平台，上层平台进行环缝焊接，下层平台对已焊接环缝进行消缺、无损检测、防腐等工作，上下两条环缝同时施工，可减少交叉影响。

平台通过4 个挂钩固定在钢管管口，溜放钢管即将就位时取下其中2 个挂钩挂在下一节管口上，挂稳后再将后续2 个挂钩移动至相应位置，再将钢管下放就位。

钢管运输至安装工位后，使用4 个同型号、同规格的螺旋千斤顶将钢管顶起至安装高程，调整钢管底部对缝错台满足规范要求后，在钢管底部焊接2~3 个同材质的定位托板，顶部和侧面使用手拉葫芦将本节钢管与前节钢管捆绑固定，确认钢管已可靠固定于安装工位后将台车移出钢管底部，用斜井溜绳或平洞牵引绳将台车牵引至运输起始点，准备进行下节钢管的运输。

钢管就位后采用一套调圆压缝装置，该装置由转动轴承、顶杆和液压千斤顶等组成。转动轴承固定在施工平台上，顶杆与转动轴承连接后可覆盖管口整个圆周，顶杆两端设置两个液压千斤顶，通过液压千斤顶对管口进行调整，调整管口圆度、错台、间隙等各项尺寸满足规范要求后进行定位焊接。采用此装置可避免楔子和压码使用，减少后期拆除工序，缩短安装工期。

钢管安装完成后，采用全站仪对钢管管口的高程、里程进行复核。但由于斜井上弯段处坡度较陡峭，常规测量脚架难以进行架设，使用固定支墩对压力钢管溜放影响较大等问题。在实际安装过程中设计了一种用于斜井压力钢管安装测量的可拆卸支墩装置，该装置搭设便捷、高效和安全，能保证压力钢管施工中定位精准，极大的提升施工作业效率、节约施工成本。

管口测量满足规范要求后即可进行外支撑加固。每节钢管加固一圈，采用14 号槽钢进行焊接，按底部2 根、侧面2 根布置。

2.5 钢管焊接

环缝采用X 型不对称坡口，坡口角度60°，钝边2 mm，在钢管腰部进行过渡，减少仰焊填充量。

为确保焊接质量及变形控制，钢管中心线以上部分先焊接内侧，在外侧清根；中心线以下部分先焊接外侧，在内侧清根。

图8 可拆卸支墩结构示意图

压力钢管环缝焊接时采用多层、多道、对称的焊接方式进行焊接，每段焊缝层间接头处应错开，每道焊缝焊接完成后应采用钢丝刷或打渣器进行清理，清理检查合格后进行下一道的焊接。

在焊缝的冷却过程中用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形。根据现场实际情况，焊接过程中也可采用风锤不断锤击焊缝以达到除渣、层间消应的目的。

2.6 无损检测及防腐

钢管环缝采用UT、TOFD、MT 进行检测，检测比例按照技术规范执行。

安装焊缝无损监测合格后焊缝表面采用磨光机钢丝轮手工除锈，除锈后按照防腐要求进行防腐作业。

3 实际安装效果

目前，永泰压力钢管已全部安装完成，合同工期与实际工期对比具体见表1。

表1 永泰压力钢管合同工期与实际工期对比表

由于前期受疫情影响，钢管安装前置工作未能按期完成，致使所有钢管部位未能按期开始安装，实际开始时间均往后延期。

但现场采取上述措施后，斜井段压力钢管工期均得到大幅提前，为后续永泰抽蓄电站4 台机组提前发电打下坚实基础。

4 结语

通过永泰抽水蓄能电站斜井压力钢管安装施工进行总结，现已完成1 项施工工法和1 项专利，有3项专利正在申报，取得很好的技术效益。

在整个压力钢管安装过程中安全、质量、进度均处于受控状态，施工质量和安全得到了有效保障，极大节约施工成本，其社会效益与经济效益显著，为后续斜井压力钢管安装提供借鉴作用。