论文部分内容阅读
摘 要： 文章以现阶段世界最深的竖井安装项目-厄瓜多尔美纳斯水电站竖井压力钢管安装为例，重点分析施工方法和安装工艺以及竖井压力钢管安装工艺的创新点，实际应用取得了良好的效果，为高深竖井压力钢管安装提供了宝贵经验。
关键词： 世界最深竖井;钢管吊装;创新;工作平台
1 绪论
厄瓜多尔美纳斯水电站为现阶段世界最深的竖井安装项目，洞内渗水严重，洞壁内钢管安装与焊接难度较大，工期时间紧。进行了安装工艺优化，焊接、安装、防雨3个平台以及1个载人平台的创新，本文主要介绍了克服竖井安装过程中的各种困难以及各个平台互相配合施工的方法。
2 工程概况
厄瓜多尔美纳斯水电站引水压力钢管总长约730.7m，总重约3200.2t。按照安装位置可分为上平段、竖井段与下平段三个部分。上平段钢管设计长度50.66m，总重量117.9t;竖井段钢管设计长度468.83m，钢管内径为3770mm;总重量2113.1t;下平段钢管设计长度211.22m;重量969.2t。
3 施工小组设置
压力钢管安装拟设立3个施工小组，其中，钢管转运、吊装、调整与加固设为第1小组;鋼管焊接设为第2小组;保温、打磨、无损检测、焊缝补漆等设为第3小组。
4 施工准备与资源配置
4.1 施工准备
调压井20t龙门式起重机安装;压力钢管安装平台、焊接平台、防雨平台、载人吊笼的制作;检查钢管堆放场至调压井道路满足要求;竖井内施工电源准备、通讯装置对讲机等准备就绪;测量控制样点布置完成。
4.2 资源配置
压力钢管安装主要人力资源计划：分为白班和晚。白班有安装工3人，焊工8人，起重2人，门机操作手1人，探伤人员1人，电工1人，技术员1人;晚班有安装工2人，焊工6人，起重1人，门机操作手1人，电工1人，技术员1人。
4.3 作业平台
工作平台以及吊笼是钢管安装重要设施，起到承载施工人员和必备设备的作用，所以必须具有可靠的安全性。本次施工尤以焊接吊笼尤为重要，6层焊接平台高度为17m，自重约为7.35t，平台上各种设备重约为5t。
4.3.1 基础数据
焊接吊笼共有6层，总高17m，直径3.57m。六层平台实际重量约为7.35KN（计算重量G=50*150%=110KN），六层平台总的载荷约为50KN（计算载荷P=50*150%=75KN），单层平台的承载能力按（P+G）*100%=185KN计算。
4.3.2 主梁载荷、强度计算
材质：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa
承担的工作载荷p=40%*P=30.0KN，承担的自重载荷g=40%*G=44.0KN，计算长度L=2.949m，梁的计算线载荷q=（p+g）/L=25.1KN/m，跨中弯矩M=qL2/8=27.3KNm，上缘正应力σ=M/WUP=67.0MPa，下缘正应力σ=M/Wdown=105.3MPa，端部支座剪应力τ=（p+g）*S/I/t/2=29.5MPa。从以上数据可以主梁实际承受最大正应力与剪应力要小于标准值，满足使用要求。
4.3.3 次梁载荷、强度计算
材质：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa
承担的工作载荷p=40%*P/2=15.0KN，承担的自重载荷g=40%*G/2=22.0KN，计算长度L=0.7m，梁的计算线载荷q=（p+g）/（2.5*L）=21.1kN/m，跨中弯矩M=0.125qL2/8=1.3kNm，上缘正应力σ=M/WUP=17.0MPa，下缘正应力σ=M/Wdown=28.7MPa，端部支座剪应力τ=0.625*q*L*S/I/t/2=9.9MPa。从以上数据可以次梁实际承受最大正应力与剪应力要小于标准值，满足使用要求。
4.3.4 平台连接立柱计算
立柱材料为Q235B工字钢Ⅰ-16，允许拉应力[σ]=160MPa。截面积Ac=0.00181，数量n=4，包含自重载荷N=4*P+G=410kN。单根立柱的实际拉应力σ=N/n/AC=56.6MPa。从以上数据可以看出立柱承受实际拉应力小于标准值，满足使用要求。
5 施工方法及安装工艺
5.1 工艺原理
竖井钢管利用布置在调压井顶部的门式起重机，与安装、焊接、防雨平台互相配合自下而上依次安装。门式起重机有两个吊钩，大钩下滑轮组设置平衡梁，解决多吊点起降不均衡问题，利用大钩起吊钢管、安装平台或焊接平台等。利用小钩牵引载人吊笼来输送人员。
5.2 工艺流程
安装前准备工作→钢管转运至调压井→钢管、安装平台与龙门吊挂钩→钢管吊装下放→载人吊笼下放、钢管安装→钢管检查验收与加固→焊接平台提升与固定→防雨平台下放与固定→钢管环缝焊接工作→焊缝质量检查与验收→混凝土浇注→钢管消缺补漆→钢管验收。
5.2.1 钢管吊装
每次单节钢管吊装下放，安装吊笼直径略小于钢管内径，安装吊笼置于钢管内跟随钢管一起从调压井由龙门吊下放。吊装时用4根钢丝绳通过平衡梁底部两侧的两组吊耳与钢管四周的四个吊耳进行连接。将安装平台上钢丝绳挂到平衡梁中间主钩上，起升主钩，将作业平台随钢管吊起，然后整体下放至竖井内。
5.2.2 载人吊笼下放与安装调整
钢管下放快至安装位置时，施工人员在从调压井乘载人小吊笼下降到达安装平台上。在作业平台上对钢管进行安装调整，通过压码、楔铁、千斤顶等工具对管节进行压缝，调整环缝错位。利用吊线锤的方法，控制钢管垂直度。在各项检查合格后即可进行点焊加固工作。利用工字钢在管外与洞壁之间打支撑加固，以防混凝土浇注过程中钢管偏移。 5.2.3 焊接平台就位
在每个循环钢管安装完成后。将安装平台提出井外，并将之前上一个循环固定的焊接平台提升。在提升过程中注意将焊接平台与钢管焊缝位置错开以便进行焊接工作。利用龙门吊将焊接平台提升并在钢管内壁焊接托板固定。
焊接吊笼的固定：在焊接平台顶部设置4个规格为10t的锁定挂钩，与压力钢管边沿锁定作为保护措施。每间隔2层平台距离，焊接4个锁定托板。总共焊接12块托板作为焊接吊笼的定位锁定与承重作用。
5.2.4 防雨平台布置
由于竖井深度高差大，洞壁的渗水严重。因此进行焊接工作的防水措施相当重要，最初计划每装一个循环就在钢管口铺设一层防水布，由于渗水落差很大，防水布搭设费时费力且易损坏。后来设计了一个防雨平台。起到隔绝洞壁渗水作用，保障焊接工作正常进行。
切割花纹钢板拼接焊制成一个直径约为Φ4500mm的圆形平台，平台中间开一个边长为1m的正方形过人孔。在平台周边开一个排水孔并接上排水软管。
工作时将防水平台用链条葫芦挂在安装平台下面，在焊接平台提升并定位固定之后，利用龙门吊将防水平台整体吊入竖井内下放至钢管口上方0.5m处，将防雨平台外边沿与洞壁之间用塑料防雨布封住，通过防水平台承接井内渗水，利用排水软管将其排出。
工作平台互相配合总示意图
6 结语
厄瓜多尔美纳斯竖井安装工程，采用了合理技术方案，取得了显著成效。
（1）采用移动式起重机，解决了竖井钢管垂直起吊问题，提高了效率，加快了进度。
（2）设置的安装、焊接平台，解决了搭设排架的难题，节省了施工材料，降低了施工难度，提高了工作效率。
（3）设立防雨平台代替之前铺设防雨布的繁琐工序，保障了焊接工作能及时无误的进行，缩短了工期。
（4）载人吊笼有效的解决了人员上下的问题，做到了人、物分离吊装，降低了安全风险。
参考文献：
[1]李红卫，陈振明，汪琨.水利水电工程中长竖井、大直径压力鋼管安装方法[J].水能经济，2017（9）：111.
[2]陈博，杨雄，陈招明.引水系统竖井压力钢管安装施工措施[J].水力发电，2016，42（8）：52-55.
[3]张国功.印尼帕卡特水电站竖井压力钢管安装方案浅析[J].中国水能及电气化，2016（8）：11-14.
关键词： 世界最深竖井;钢管吊装;创新;工作平台
1 绪论
厄瓜多尔美纳斯水电站为现阶段世界最深的竖井安装项目，洞内渗水严重，洞壁内钢管安装与焊接难度较大，工期时间紧。进行了安装工艺优化，焊接、安装、防雨3个平台以及1个载人平台的创新，本文主要介绍了克服竖井安装过程中的各种困难以及各个平台互相配合施工的方法。
2 工程概况
厄瓜多尔美纳斯水电站引水压力钢管总长约730.7m，总重约3200.2t。按照安装位置可分为上平段、竖井段与下平段三个部分。上平段钢管设计长度50.66m，总重量117.9t;竖井段钢管设计长度468.83m，钢管内径为3770mm;总重量2113.1t;下平段钢管设计长度211.22m;重量969.2t。
3 施工小组设置
压力钢管安装拟设立3个施工小组，其中，钢管转运、吊装、调整与加固设为第1小组;鋼管焊接设为第2小组;保温、打磨、无损检测、焊缝补漆等设为第3小组。
4 施工准备与资源配置
4.1 施工准备
调压井20t龙门式起重机安装;压力钢管安装平台、焊接平台、防雨平台、载人吊笼的制作;检查钢管堆放场至调压井道路满足要求;竖井内施工电源准备、通讯装置对讲机等准备就绪;测量控制样点布置完成。
4.2 资源配置
压力钢管安装主要人力资源计划：分为白班和晚。白班有安装工3人，焊工8人，起重2人，门机操作手1人，探伤人员1人，电工1人，技术员1人;晚班有安装工2人，焊工6人，起重1人，门机操作手1人，电工1人，技术员1人。
4.3 作业平台
工作平台以及吊笼是钢管安装重要设施，起到承载施工人员和必备设备的作用，所以必须具有可靠的安全性。本次施工尤以焊接吊笼尤为重要，6层焊接平台高度为17m，自重约为7.35t，平台上各种设备重约为5t。
4.3.1 基础数据
焊接吊笼共有6层，总高17m，直径3.57m。六层平台实际重量约为7.35KN（计算重量G=50*150%=110KN），六层平台总的载荷约为50KN（计算载荷P=50*150%=75KN），单层平台的承载能力按（P+G）*100%=185KN计算。
4.3.2 主梁载荷、强度计算
材质：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa
承担的工作载荷p=40%*P=30.0KN，承担的自重载荷g=40%*G=44.0KN，计算长度L=2.949m，梁的计算线载荷q=（p+g）/L=25.1KN/m，跨中弯矩M=qL2/8=27.3KNm，上缘正应力σ=M/WUP=67.0MPa，下缘正应力σ=M/Wdown=105.3MPa，端部支座剪应力τ=（p+g）*S/I/t/2=29.5MPa。从以上数据可以主梁实际承受最大正应力与剪应力要小于标准值，满足使用要求。
4.3.3 次梁载荷、强度计算
材质：Q235B，[σ]=160.0MPa，[τ]=95.0MPa
承担的工作载荷p=40%*P/2=15.0KN，承担的自重载荷g=40%*G/2=22.0KN，计算长度L=0.7m，梁的计算线载荷q=（p+g）/（2.5*L）=21.1kN/m，跨中弯矩M=0.125qL2/8=1.3kNm，上缘正应力σ=M/WUP=17.0MPa，下缘正应力σ=M/Wdown=28.7MPa，端部支座剪应力τ=0.625*q*L*S/I/t/2=9.9MPa。从以上数据可以次梁实际承受最大正应力与剪应力要小于标准值，满足使用要求。
4.3.4 平台连接立柱计算
立柱材料为Q235B工字钢Ⅰ-16，允许拉应力[σ]=160MPa。截面积Ac=0.00181，数量n=4，包含自重载荷N=4*P+G=410kN。单根立柱的实际拉应力σ=N/n/AC=56.6MPa。从以上数据可以看出立柱承受实际拉应力小于标准值，满足使用要求。
5 施工方法及安装工艺
5.1 工艺原理
竖井钢管利用布置在调压井顶部的门式起重机，与安装、焊接、防雨平台互相配合自下而上依次安装。门式起重机有两个吊钩，大钩下滑轮组设置平衡梁，解决多吊点起降不均衡问题，利用大钩起吊钢管、安装平台或焊接平台等。利用小钩牵引载人吊笼来输送人员。
5.2 工艺流程
安装前准备工作→钢管转运至调压井→钢管、安装平台与龙门吊挂钩→钢管吊装下放→载人吊笼下放、钢管安装→钢管检查验收与加固→焊接平台提升与固定→防雨平台下放与固定→钢管环缝焊接工作→焊缝质量检查与验收→混凝土浇注→钢管消缺补漆→钢管验收。
5.2.1 钢管吊装
每次单节钢管吊装下放，安装吊笼直径略小于钢管内径，安装吊笼置于钢管内跟随钢管一起从调压井由龙门吊下放。吊装时用4根钢丝绳通过平衡梁底部两侧的两组吊耳与钢管四周的四个吊耳进行连接。将安装平台上钢丝绳挂到平衡梁中间主钩上，起升主钩，将作业平台随钢管吊起，然后整体下放至竖井内。
5.2.2 载人吊笼下放与安装调整
钢管下放快至安装位置时，施工人员在从调压井乘载人小吊笼下降到达安装平台上。在作业平台上对钢管进行安装调整，通过压码、楔铁、千斤顶等工具对管节进行压缝，调整环缝错位。利用吊线锤的方法，控制钢管垂直度。在各项检查合格后即可进行点焊加固工作。利用工字钢在管外与洞壁之间打支撑加固，以防混凝土浇注过程中钢管偏移。 5.2.3 焊接平台就位
在每个循环钢管安装完成后。将安装平台提出井外，并将之前上一个循环固定的焊接平台提升。在提升过程中注意将焊接平台与钢管焊缝位置错开以便进行焊接工作。利用龙门吊将焊接平台提升并在钢管内壁焊接托板固定。
焊接吊笼的固定：在焊接平台顶部设置4个规格为10t的锁定挂钩，与压力钢管边沿锁定作为保护措施。每间隔2层平台距离，焊接4个锁定托板。总共焊接12块托板作为焊接吊笼的定位锁定与承重作用。
5.2.4 防雨平台布置
由于竖井深度高差大，洞壁的渗水严重。因此进行焊接工作的防水措施相当重要，最初计划每装一个循环就在钢管口铺设一层防水布，由于渗水落差很大，防水布搭设费时费力且易损坏。后来设计了一个防雨平台。起到隔绝洞壁渗水作用，保障焊接工作正常进行。
切割花纹钢板拼接焊制成一个直径约为Φ4500mm的圆形平台，平台中间开一个边长为1m的正方形过人孔。在平台周边开一个排水孔并接上排水软管。
工作时将防水平台用链条葫芦挂在安装平台下面，在焊接平台提升并定位固定之后，利用龙门吊将防水平台整体吊入竖井内下放至钢管口上方0.5m处，将防雨平台外边沿与洞壁之间用塑料防雨布封住，通过防水平台承接井内渗水，利用排水软管将其排出。
工作平台互相配合总示意图
6 结语
厄瓜多尔美纳斯竖井安装工程，采用了合理技术方案，取得了显著成效。
（1）采用移动式起重机，解决了竖井钢管垂直起吊问题，提高了效率，加快了进度。
（2）设置的安装、焊接平台，解决了搭设排架的难题，节省了施工材料，降低了施工难度，提高了工作效率。
（3）设立防雨平台代替之前铺设防雨布的繁琐工序，保障了焊接工作能及时无误的进行，缩短了工期。
（4）载人吊笼有效的解决了人员上下的问题，做到了人、物分离吊装，降低了安全风险。
参考文献：
[1]李红卫，陈振明，汪琨.水利水电工程中长竖井、大直径压力鋼管安装方法[J].水能经济，2017（9）：111.
[2]陈博，杨雄，陈招明.引水系统竖井压力钢管安装施工措施[J].水力发电，2016，42（8）：52-55.
[3]张国功.印尼帕卡特水电站竖井压力钢管安装方案浅析[J].中国水能及电气化，2016（8）：11-14.