一種高豎井內大型壓力鋼管倒裝施工方法與流程

2023-05-10 23:59:56

本發明涉及水電工程施工領域，特別是一種高豎井內大型壓力鋼管倒裝施工方法。

背景技術：

目前國內外水電工程高豎井內大型壓力鋼管安裝施工，由於受施工技術條件和傳統慣性思維方式影響，一般採用「從上向下」進行吊裝就位，「自下向上」進行組拼焊接安裝施工方式（俗稱：「正裝法」）。這種施工方式要求，壓力鋼管必須從上遊側引水隧洞或施工支洞或其它臨時道路運輸至豎井壓力鋼管安裝部位頂部，然後再使用預先設置在豎井頂部的起重吊裝設備，將壓力鋼管按順序依次逐節吊裝至安裝位置進行組拼和焊接，完成整個豎井段壓力鋼管的安裝施工工作。

該方法的優點是，技術上較為成熟，安裝施工效率較高，尤為適用於開敞式豎井內大型壓力鋼管的安裝施工。

但這種施工方法也存在著明顯的不足和問題：首先是水利水電工程中引水隧洞布置由於工程技術和造價等原因，豎井設計以埋藏式居多，開敞式豎井應用較少，該施工方法在工程應用中往往受到豎井上遊側引水隧洞或施工支洞的斷面和交通條件的限制，無法滿足大型壓力鋼管在隧洞內的運輸，或必須進行必要擴挖或處理，尤其是在引水隧洞較長或軸線布置有階梯或小角度折線或埋深較大時，因此而增加的隧洞擴挖和砼回填工程量是非常大的，工程經濟上往往很難接受。其次，為滿足豎井內大型壓力鋼管起重吊裝要求，開敞式豎井需在豎井頂部設置專用的門式起重吊裝設備，埋藏式豎井則必須對豎井頂部進行擴挖和增設砼巖錨梁等處理，以滿足豎井內大型壓力鋼管起重吊裝設備的布置和起重吊裝空間的需求，額外增加工程費用。此外，對於埋藏式豎井，當土建引水隧洞砼襯砌施工與豎井壓力鋼管安裝施工工期重疊或交叉時，往往由於壓力鋼管運輸通道被土建施工佔用，而導致豎井壓力鋼管無法施工或被迫停工。尤其是當引水隧洞較長且無專用壓力鋼管運輸支洞或工期較緊的時候，豎井壓力鋼管安裝與土建隧洞施工的工期矛盾就更加突出，有時甚至是無法克服和解決，從而嚴重影響到工程整體施工進度。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種可有效解決埋藏式豎井「正裝法」施工無法從豎井頂部「自上向下」進行吊裝或從上遊測引水隧洞運輸大型壓力鋼管困難，減少或避免土建擴挖，規避與上遊側引水隧洞土建施工矛盾，加快工程施工進度，縮短工期，降低工程造價和安裝施工成本，且無需專用或大型起重吊裝設備，操作簡便、經濟實用、安全可靠，適用於各種豎井內大型壓力鋼管安裝施工的新思路和新方法。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：一種高豎井內大型壓力鋼管倒裝施工方法，包括以下步驟：在豎井內壓力鋼管安裝部位頂部設置臨時起重吊裝工作平臺，在臨時起重吊裝工作平臺上設置卷揚機，利用卷揚機進行壓力鋼管的「自上向下」安裝。

優選的方案中，還包括以下步驟：

1）選定豎井內臨時起重吊裝工作平臺的位置並進行起重吊裝工作平臺安裝施工；

2）進行壓力鋼管始裝節、第二節和第三節的吊裝、定位及加固；

3）鋼管外壁砼回填施工；

4）重複步驟2）-3），依次完成後續壓力鋼管的安裝施工；

5）在鋼管內壁進行油漆補塗；

6）拆除起重吊裝工作平臺、壓力鋼管完工驗收。

優選的方案中，所述的步驟1）具體包括以下步驟：

1）進行起重吊裝工作平臺洞壁支撐基礎施工及加固；

2）進行起重吊裝工作平臺製作及安裝；

3）起重卷揚機鋼絲繩、吊具及操作控制系統安裝。

優選的方案中，所述的起重吊裝工作平臺在完成安裝施工之後，進行起重吊裝工作平臺及卷揚機荷載試驗。

優選的方案中，所述的起重吊裝工作平臺採用「井」字形或「米」字形焊接結構形式，起重吊裝工作平臺頂部設有平臺防護棚。

優選的方案中，所述的起重吊裝工作平臺底部設有至少四個均布設置的焊接吊耳，手拉葫蘆懸掛在吊耳上。

優選的方案中，所述的起重吊裝工作平臺底板側面上設有平臺基礎，平臺基礎固定設置在豎井壁上。

優選的方案中，所述的豎井底部水平段兩端分別設有下平洞水平運輸地錨導向和下平洞水平運輸牽引卷揚機、下平洞水平運輸地錨導向和下平洞水平運輸牽引卷揚機之間連接，下平洞水平運輸牽引卷揚機的牽引繩上設有壓力鋼管水平運輸臺車。

優選的方案中，所述的豎井側壁上設有多個臨時支撐錨杆，臨時支撐錨杆位於豎井外的一端上設有臨時支撐牛腿，壓力鋼管外壁設置的支撐支座搭接在臨時支撐牛腿上。

本發明所提供的一種高豎井內大型壓力鋼管倒裝施工方法，通過採用上述結構，具有以下有益效果：可有效解決高豎井內大型壓力鋼管安裝時，無法從進水口側進行運輸或從頂部進行吊裝的困難和問題，且該方法簡單易行、操作簡便、安全可靠、經濟實用，對施工環境亦無特別要求；

可適用於各種高豎井內大型壓力鋼管的安裝施工，尤其適用各類大中型水利水電工程中，豎井上遊側無法進行鋼管運輸或無法進行頂部吊裝，或豎井壓力鋼管安裝與上遊側引水隧洞土建砼襯砌施工進度矛盾等施工作業環境。對於非全鋼襯砌高豎井壓力鋼管（豎井僅有部分鋼管襯砌）安裝，可做到與豎井土建砼襯砌同時進行施工，能夠有效解決和克服現有施工方法帶來的與土建施工進度的矛盾，加快工程施工進度。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

圖1為本發明的整體結構示意圖。

圖2為本發明圖1中起重吊裝工作平臺部分的結構示意圖。

圖3為本發明圖2中a-a的剖面結構示意圖。

圖4為本發明圖2中b-b的剖面結構示意圖。

圖5為本發明的起重吊裝工作平臺基礎結構示意圖。

圖6為本發明圖5中c處的放大結構示意圖。

圖7為本發明圖6中d-d的剖面結構示意圖。

圖8為本發明的豎井壓力鋼管首節起重安裝示意圖。

圖9為本發明的支撐支座和臨時支撐牛腿連接位置的結構示意圖。

圖10為本發明圖9中e向的支撐支座放大結構示意圖。

圖11為本發明第二、三節壓力鋼管起重安裝示意圖。

圖12-13為本發明的豎井安裝工作檯車結構型式示意圖。

圖中：平臺防護棚1，卷揚機2，起重吊裝工作平臺3，平臺基礎4，手拉葫蘆5，鋼管始裝節6，臨時支撐錨杆7，臨時支撐牛腿8，下平洞水平運輸地錨導向9，壓力鋼管水平運輸臺車10，下平洞水平運輸牽引卷揚機11，支撐支座12。

具體實施方式

實施例1：

如圖1中，一種高豎井內大型壓力鋼管倒裝施工方法，其特徵是包括以下步驟：在豎井內壓力鋼管安裝部位頂部設置臨時起重吊裝工作平臺3，在臨時起重吊裝工作平臺3上設置卷揚機2，利用卷揚機2進行壓力鋼管的「自上向下」安裝。

實施例2：

在實施例1的基礎上，還包括以下步驟：

1）選定豎井內臨時起重吊裝工作平臺3的位置並進行起重吊裝工作平臺3安裝施工；

2）進行壓力鋼管始裝節6、第二節和第三節的吊裝、定位及加固；

3）鋼管外壁砼回填施工；

4）重複步驟2）-3），依次完成後續壓力鋼管的安裝施工；

5）在鋼管內壁進行油漆補塗；

6）拆除起重吊裝工作3平臺、壓力鋼管完工驗收。

優選的方案中，所述的步驟1）具體包括以下步驟：

1）進行起重吊裝工作平臺3洞壁支撐基礎施工及加固；

2）進行起重吊裝工作平臺3製作及安裝；

3）起重卷揚機3鋼絲繩、吊具及操作控制系統安裝。

實施例3：

1.起重吊裝工作平臺位置的選定：

起重吊裝工作平臺在豎井內高度位置的選定，按豎井壓力鋼管始裝節上管口安裝高程為基準，並充分考慮起重吊裝工作平臺及起重卷揚機的上極限起吊高度位置，以及壓力鋼管始裝節起重吊裝對高度和空間的需要。其安裝基礎高程計算公式為：

起重吊裝工作平臺安裝基礎高程（單位：m）=豎井壓力鋼管始裝節上管口設計高程+始裝節吊裝索具上管口以上淨高度+起吊定動滑輪組最小極限工作距離+定滑輪至起重吊裝工作平臺底部基礎高度+預留安全操作高度（取0.5-1.0m）。

2．起重吊裝工作平臺設計：

起重吊裝工作平臺的主要作用是為豎井壓力鋼管安裝提供起重吊裝手段，包括：基礎部分、起重平臺部分和安全防護部分。

（1）結構型式

為簡化設計、便於現場製作安裝和節約工程成本，工作平臺承重結構部分可採用井字形或米字形焊接結構形式，承重主鋼梁可採用工字形或箱形截面，次梁和聯繫梁採用工字鋼或槽鋼等型鋼材料，並在平臺底部中間位置設有一用於起重卷揚機鋼絲繩導向和豎井鋼管吊裝的定滑輪組；為便於豎井首裝節壓力鋼管安裝調整，在工作平臺底部（首裝節管口位置上方）均布設置至少4個用於懸掛手拉葫蘆的焊接吊耳裝置；為便於操作人員行走、放置設備器具和防止雜物掉落，工作平臺表面可採用5-8mm花紋鋼板進行點焊滿鋪。

工作平臺的荷載計算包括：最大吊裝壓力鋼管管節重量，吊裝滑輪組及吊索具重量，起重卷揚機重量，計劃在平臺上堆放的施工設備和材料重量，操作人員重量，防護棚（罩）重量及防護能力荷載，工作平臺自重，底部最大懸掛重量和預留安全裕度等。

為防止工作平臺上方和豎井頂部意外落物造成施工人員和設備損傷，在工作平臺上部設置有用型鋼與花紋鋼板組成的防護棚，防護棚桁架底部中心位置設有一用於懸掛工作吊籠的定滑輪，並可在相應位置設置若干吊耳裝置，以方便工作平臺上起重卷揚機的安裝調整和便於其他設備的移動。

防護棚的荷載計算包括：最大可能墜落物及衝擊荷載，棚頂部雜物堆積荷載，桁架底部最大懸掛重量，防護棚自重量，預留安全裕度等。

（2）基礎設計

如圖5所示。

（3）起重卷揚機及滑輪組的選擇

壓力鋼管起重吊裝卷揚機採用具有自鎖性能的渦輪蝸杆式或具有良好制動和防暴性能的礦山型專用起重卷揚機。卷揚機及定動滑輪組起重量的選擇，按最大吊裝鋼管管節單元和吊索具重量考慮；卷揚機最大容繩量選擇，按滑輪組倍率和滿足豎井鋼管最大起吊高度需求考慮；卷揚機額定轉速選擇，按配用滑輪組後起重吊裝（動滑輪）升降速度0.5-2.0m/min要求考慮。

如單臺起重卷揚機額定起重量或容繩量不能滿足上述要求時，可選用二臺同型號卷揚機，並配合平衡梁進行壓力鋼管的起重吊裝。

起重吊裝工作平臺的製作與安裝：

（1）基礎及預埋件施工

基礎預埋件的安裝及砼澆築，應隨土建豎井開挖施工同步進行，可在土建豎井開挖施工至工作平臺基礎安裝高程時，進行基礎的二次擴挖、預埋件的安裝和砼的澆築施工工作。

（2）工作平臺製作

起重吊裝工作平臺的製作應根據工地施工現場和豎井內施工運輸道路情況確定，可在工廠內進行整體或分半（瓣）製作，也可製作成零部件後，在現場進行組裝。

（3）安裝

起重吊裝工作平臺在豎井內的安裝，可採用在豎井頂部設置臨時簡易起吊天錨方式，由下向上或由上向下進行安裝；或採取在工作平臺上方，利用豎井周圍巖壁設置4-8組臨時起吊天錨，由下向上進行安裝；當工作平臺位置距離豎井上平洞高度較小，且上平洞空間可滿足汽車起重機吊裝要求時，也可採用汽車起重機直接進行安裝。

當豎井土建開挖施工採用「自上向下」擴挖工藝時，亦可在土建豎井全斷面擴挖至工作平臺安裝高程後，將起重吊裝工作平臺連同其基礎及預埋件一次連續全部安裝完成。

（4）荷載試驗

起重吊裝工作平臺和起重卷揚機及滑輪組吊裝系統全部安裝完成後，正式投入使用前，應按相關規定對整個起重吊裝系統進行1.1倍動荷載和1.25倍靜荷載試驗，試驗合格後，方可投入正式使用。

壓力鋼管的安裝：

（1）首裝節壓力鋼管起重吊裝

先將壓力鋼管首裝節通過豎井下平洞，採用專用軌道運輸臺車或其它方式運輸至豎井底部，按鋼管的水流方向和安裝狀態放置，然後用起重吊裝工作平臺上的起重卷揚機吊裝滑輪組，將鋼管起吊至壓力鋼管首裝節安裝高度位置，用吊裝工作平臺底部對稱均布的4個手拉葫蘆，與鋼管外壁對應位置布置的4個臨時吊耳配合，精調管口高程和水平，用側向臨時架設千斤頂或調節螺杆調整管口中心。

首裝節安裝調整合格後，可利用壓力鋼管外壁的加勁環做為加固支撐點，用型鋼與事先已在周圍巖壁上對應位置設置的錨杆，對首裝節鋼管進行支撐加固和電焊固定，如圖8所示。（若壓力鋼管外壁無加勁環，則可採用在外壁增設焊接支座方式，做為固定加固支撐點，如圖9所示。）

（2）後續壓力鋼管安裝

首裝節壓力鋼管安裝加固完成後，即可按照「自上向下」的安裝順序進行下面第二節壓力鋼管管節的吊裝。

將第二節鋼管起吊至首裝節底部管口安裝位置時，利用首裝節鋼管內壁上的灌漿孔或臨時增設吊耳，也可利用首裝節鋼管外壁加勁環或支撐型鋼做為懸掛點，對稱均布至少四個手拉葫蘆，與第二節鋼管外壁或內壁上對應位置布置的臨時吊耳配合，進行第二節鋼管與首裝節鋼管對接環縫高程和水平的調整；用側向臨時架設千斤頂或調節螺杆進行對接管口中心和錯縫的調整；然後進行對接環縫的組拼和焊接工作。

當第二節壓力鋼管與首裝節壓力鋼管的組合環縫焊接完成，經無損探傷檢測及復檢合格後，支撐加固固定完畢，即可進行第三節壓力鋼管管節的繼續安裝工作，其方法與第二節鋼管安裝方法相同。

（3）鋼管外壁砼回填施工

以三節壓力鋼管為一組，當第一單元組第1-3節壓力鋼管安裝全部完成後，即可移交土建進行鋼管外壁砼的回填澆築施工。鋼管外壁砼的回填施工，可採用「自上向下」或「自下向上」泵送砼供料方式。

當第一單元組壓力鋼管外壁回填砼齡期期滿或達到設計強度70%以上時，方可進行下面第二單元組壓力鋼管第4-6節管節的安裝工作。第二單元組第4-6節管節安裝方法與第一單元組第2-3節管節安裝方法相同。

第二單元組鋼管外壁砼的回填施工，可採用「自下向上」泵送砼供料，埋管澆築施工方式。

重複上述方式，完成後續單元組的鋼管安裝。

實施例5：

完成壓力鋼管安裝作業之後，進行壓力鋼管內壁油漆補塗，壓力鋼管內壁油漆補塗可在豎井壓力鋼管全部安裝完成後一次進行補刷，也可採取隨豎井各管節安裝同步進行。

豎井壓力鋼管安裝工作全部完成，並通過工程完工驗收後，即可將豎井內的起重吊裝工作平臺進行拆除和回收。

起重吊裝工作平臺的拆除和回收可根據豎井結構特點，採取在豎井頂部設置臨時簡易起吊天錨或在工作平臺上方利用豎井周圍巖壁設置4-6組臨時起吊天錨等方式，將工作平臺解體後，由上向下或由下向上依次吊出；當豎井上平洞空間可滿足汽車起重機吊裝要求時，也可採用汽車起重機直接將工作平臺解體後吊出。（工作平臺基礎砼及預埋件部分，除非露出豎井砼襯砌表面，可不予拆除。）

注意事項：

（1）豎井壓力鋼管安裝工作檯車設置

如圖12-13，安裝工作檯車的主要作用和目的是：為豎井壓力鋼管的安裝、調整和環縫的組拼、焊接、防腐等工作提供操作平臺，同時為載人（貨）吊籠升降提供懸掛支點和停靠位置。安裝工作檯車隨壓力鋼管安裝同步上升或下降。

工作檯車採用型鋼和薄鋼板焊接製成，分上、中、下三層（也可簡化為二層）。其中，上層用於管節對接環縫的焊接、打磨、探傷、檢查和防腐使用，中層用於放置焊接設備、氧氣瓶、乙炔瓶和焊接材料等，下層供安裝人員用於管節調整、組拼、壓縫工作平臺。

工作檯車中間設置有一簡易客貨吊籠升降裝置，主要是供運送和搭載豎井鋼管安裝施工人員、設備和材料上下之用。客貨吊籠隨安裝工作檯車整體上升（或下降）而同步上升（或下降），亦可單獨工作自行升降。

工作檯車的升降可使用豎井起重吊裝工作平臺進行起吊，也可利用上節鋼管上的灌漿孔或在鋼管內壁設置臨時吊耳裝置，採用均布的手拉葫蘆進行人工升降。

（2）鋼管安裝高程和中心的測量與控制

豎井壓力鋼管管節安裝高程及水平度的測量與控制，採取長鋼捲尺預先在豎井內壁上分段布設若干固定的高程控制點，在安裝過程中，每安裝2-3節用水準儀對鋼管管口的高程及水平度進行一次測量和調整。也可採用高精度雷射測距儀由豎井底部安裝高程基準點，直接對各安裝管節進行測量和控制。

壓力鋼管安裝中心位置，採用高精度雷射投點儀進行控制。將雷射投點儀安置固定在豎井底部（或頂部），自下向上（或自上向下）投點，並以此為基準中心線控制鋼管安裝中心。投點儀應定期用全站儀進行複測，並用頂部已安裝好的鋼管中心進行校核，以控制鋼管中心安裝精度。