1、1超大型压力钢管安装方案选择与分析摘要：本文通过雅砻江官地水电站引水发电系统压力钢管安装方案的优化选择，阐述超大型压力钢管安装的三种方案，并从安全、质量、进度、经济等多方面进行分析比较，说明应根据不同的施工条件优化选择施工方案及其必要性。 关键词：超大型压力钢管安装 斜井运输厂房运输瓦片运输洞内组装焊接 中图分类号：TV551.1+5 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 自建国以来,水电事业发展突飞猛进,尤其是近十年来,已建、在建中的特大型常规水电站和大容量抽水蓄能电站就有多座。这就要求引水压力钢管向大型化发展。例如,水口水电站钢管最大直径 10.5m、岩滩为10.8m、五强溪为 11.2m
2、、彭水为 14.0m，向家坝为 14.4m，三峡为12.4m。也正是由于压力钢管的大型化，使得压力钢管安装成为各电站工程施工中的重点、难点之一。本文以雅砻江官地水电站压力钢管的安装方案优化选择为例，阐述超大型压力钢管安装的三种方案，希望能对类似工程起到借鉴作用。 二、工程概况 官地水电站位于雅砻江干流下游、四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发2方式的第三个梯级电站。上游与锦屏二级电站尾水衔接，库区长约58km，下游接二滩水电站，与二滩水电站相距约 145km。距西昌市公路距离约 80km。 本工程引水发电系统采用右岸地下厂房布置方案，由进水
3、口、引水洞、主、副厂房、母线洞、主变室、出线洞、永久通排风系统（厂房排风洞、主变排风洞、厂房进风洞） 、进厂交通洞、尾水管及连接洞、尾水调压室、尾水隧洞、厂房防排水渗设施及地面开关站等组成。引水发电系统采用单机单管供水，共装 4 台单机容量 600MW 的水轮发电机组，总装机容量 2400MW。 电站采用单机单管供水，布置有 4 条压力管道，压力管道为内径11.8m 的圆形隧洞，从上至下由上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段组成，上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段前段（灌浆帷幕以前）为混凝土衬砌，下平段后段（灌浆帷幕以后）为钢板衬砌回填混凝土，衬砌总厚度均为 1.0m。单条管道总长 29
4、8.528m409.299m。钢板衬砌混凝土段（即压力钢管段）长度 34.95m，每条管道布置相同，各 16 节。管壁所用的钢材分为 16MnR 和 600Mpa 级高强钢两种：其中 16MnR 管节长度 16.95m，直径 11.8m，管壁厚度 40mm，分 6 节制造。高强钢直径11.8m，管壁厚度 38mm，长度 2m，1 节；渐变段直径 11.8m 变为 9.6m，长度 13m，管壁厚度 40mm，分 6 节制造；直管段直径 9.6m，管壁厚度42mm、46mm、48，长度 1m，各 1 节。四条管道管壁 16MnR 工程量为791.883t，钢管加劲环、阻水环等附件的钢材为 16Mn
5、R 钢材，工程量为249.271t，合计 1041.154t；四条管道管壁 600Mpa 级高强钢工程量为3775.883t；压力钢管安装总工程量为 1816.987t。 三、压力钢管安装施工条件 如“压力管道交通路线示意图（一） ”所示，钢管加工场地布置在 3#渣场场地 B，至压力管道进水口，运距约 2.3 公里，公路宽度 10m。压力管道上平段直接通过进水口开挖和出渣，无施工支洞。斜井段长度在 90m左右，倾斜角度为 60。压力管道下平段设有一条施工支洞，断面为城门洞型，尺寸为 8m6m(宽高)，支洞与压力管道相交的连接洞断面尺寸为 7m13.8m(宽高)，支洞出口在进厂交通洞内，进厂交通
6、洞断面为城门洞型，尺寸为 11.8m8.42m(宽高)，从钢管厂经盘山公路、进厂交通洞和压力管道下支洞，可分别到达厂房安装间和压力管道下平洞，运距约 8 公里，沿途道路均为水泥路面。 四、压力钢管安装施工方案说明 1、方案一 压力钢管在制造厂制作成单节，运至进水口，利用布置在洞口的 60吨龙门吊卸车并翻转，安放到洞内运输台车上进行可靠加固，然后利用设置在洞口的卷扬机牵引进洞，4 条压力管道钢管均从 3#压力管道运进洞内，其中 1#、2#、4#洞内钢管从下平段压力管道连接段分别运至各压力管道内，然后再利用各管道内的卷扬牵引就位。每条压力管道与施工支洞连接段交叉处顶部半径 4.5m 范围内，扩挖
7、3m 深，布置天锚，以满足钢管吊装的需要。 （1）洞外运输 4（2）洞内运输 2、方案二 每节压力钢管在制造厂分四个瓦片制作，并完成两个瓦片的组对焊接及加劲环的焊接，作为现场管节组装焊接的瓦片，安装内支撑，防止运输过程中变形，安装焊缝两侧 300mm 范围的加劲环在安装现场进行组对焊接。现场组装焊接位置如附图“压力钢管安装及开挖图（四） ”所示在施工支洞与主洞的交叉处，每条主洞洞顶开挖 3m 深的一个梯形槽，梯形槽上宽为 2m，下宽为 3m，长度 9m，槽顶每隔 2m 设置一道插筋。利用卷扬及倒链安装一个 8.5m 长的电动葫芦行走梁及 40t 电动葫芦。 （1）运输 压力钢管分两个瓦片运进洞
8、内，运输时钢管瓦片轴心垂直于地面，进洞后利用吊装设备翻身。 运输路线：3#渣场 竹子坝料场公路进厂交通洞压力管道施工支洞 1、2、3、4#压力管道下平段。 运输车辆：20 吨拖车 （2）钢管瓦片的洞内组装 如附图“压力钢管安装及开挖图（四） ”所示，钢管下瓦片运输到主洞与施工支洞交叉处，利用 40T 电动葫芦卸车，吊装到组装运输台车上，钢管组对运输台车长度不大于 3m，运输台车上设置 4 个可以自由转动的轮子，用于瓦片及钢管焊缝位置的调整。利用滚轮转动调整焊缝处5于水平位置。吊装上瓦片时，利用车间内设置的定位板进行钢管的组对，另外如焊缝的位置有偏差，可利用台车滚轮进行调整配合组对。 3、方案三
9、 每节钢管在制造厂制作成三个瓦片，完成加劲环的组装焊接（安装焊缝两侧各 300mm 范围的加劲环在安装现场进行组对焊接） 。然后运至主厂房安装间，进行管节组对、纵缝的焊接及内支撑的安装，再利用80t/30t/10 桥机吊装到压力管道靠近厂房的洞口处的运输台车上，该处设置支架将轨道伸入厂房 8m，利用 5T 卷扬牵引至洞内安装位置（超过500mm） ，卷扬机布置在钢管起始点上游 20m 处。由于定位节设置在靠近厂房与蜗壳连接的首节钢管，故所有管节须全部运进洞内后，再从定位节开始依次回装。 （1）钢管运输 压力钢管分三个瓦片运到安装间，运输时钢管瓦片轴心平行于地面，瓦片底部设置弧形托架，防止运输过
10、程中的变形。 运输路线：3#渣场 竹子坝料场公路进厂交通洞主厂房安装间 运输车辆：20 吨拖车 （2）钢管组装平台布置 每节钢管的三个瓦片在主厂房安装间内进行组装焊接。所以需在安装间内布置钢管组装焊接的平台，为加快组装焊接的进度，考虑布置两个组装平台，平台占地面积为 15mX30m=450 平米，平台另一侧留 17.2m的砼及其它材料运输通道，平台由 I20a 组成，间距 1.5m，瓦片组对纵缝处铺设钢板，以利于纵缝的组对焊接。平台工字钢的固定采用地锚，每6两米间距设置一组地锚（22 螺纹钢，插入 500mm，外露 200mm） ，工字钢中间每间距两米用80 连接加固。 五、压力钢管安装方案比
11、较 （1）可行性（2）安全性（3）质量保证（4）施工进度保证（5）从经济上 六、结论 （1）根据不同角度的对比，三种方案均可能满足施工要求，但从本工程的实际出发采用方案三（即从厂房安装间运输钢管的方案）优于其他施工方案。 （2）方案三受工程条件制约的因素较多，例如厂房施工工期及各个工作面的干扰问题；斜坡段布置有钢衬时不可避免的要采用方案一等。建议在设计阶段根据不同工程条件对压力钢管安装的初步方案能有一个充分考虑。 （3）方案二目前是超大型压力钢管安装日趋成熟的一种方法，而且正向机械化发展，成都阿朗科技已经成功研制了压力钢管洞内安装用台车，使超大型压力钢管施工摆脱了引水隧洞或厂房施工的约束，既解决了超大型钢管运输技术难题，又节约工程建设投资和降低施工成本，同时有助于土建和安装工期的合理安排，达到工程均衡施工的基本目标。
