水电站超深高压竖井压力钢管安装辅助装置的研制与应用

李 刚

(中国水利水电第五工程局有限公司, 四川 成都 610225)

摘 要：水电站超深高压竖井压力钢管的安装因受竖井作业环境狭小、设备垂直吊装深度大、高危临空作业多、施工频率高等因素影响，给竖井压力钢管的安装带来极大的困难和安全隐患。因此，选择和优化安全、高效、经济的起重吊装技术方案就显得尤为重要。介绍了依托以色列(K)项目超深高压竖井压力钢管安装而制作的辅助装置，利用该装置，成功地解决了长期困扰水电行业超深竖井压力钢管安装的难题，对今后水电站超深高压竖井压力钢管安装提供了宝贵经验。

关键词：以色列(K项目)电站；超深高压竖井； 压力钢管安装辅助装置

1 概 述

以色列(K)项目抽水蓄能电站高压竖井累计总高度达506 m，高压竖井压力钢管内径达4 m。高压竖井分三段：高压竖井上段为299 m(钢衬段246 m)、高压竖井中间水平段为80 m(钢衬段80 m)、高压竖井下段为144.4 m(钢衬段144.4 m)，累计钢衬段为470.4 m(图1)。

图1 压力钢管起重安装方案总体规划与布置图(单位：m)

高压竖井压力钢管的安装针对不同部位采用不同的方法。对于竖井上段的钢管，首先采用平板拖车倒运至调压井顶部平台，然后采用布置在调压井顶部平台上的双吊点双向门机吊送到竖井各管节安装位置，安装顺序采用由下往上安装；对于高压竖井中间水平段及下段压力钢管的安装，首先用平板拖车将管节运送到尾水调压井顶部，再从施工支洞运至竖井水平段，利用布置在竖井水平下弯段上方的双吊点双向桥机进行管节的卸车、翻身及吊装就位。

2 竖井压力钢管安装辅助装置的设计及实现方式

为满足超深高压竖井压力钢管安装的需要，项目部技术人员设计并制造了竖井压力钢管安装辅助装置。该装置主要由三大部分构成(图2)：施工作业平台、简易升降电梯以及防坠装置，同时配备了各类起升系统及辅助工具。其特点是：施工作业平台能随着超深高压竖井压力钢管安装高度而同步上升，施工作业平台可以满足施工人员作业的需要，还可以安放各类安装设备。在施工平台内布置有简易升降电梯，其作用：一是满足施工人员上下乘坐的需要；二是作为安装耗材补给的通道。为确保简易升降电梯的运行安全，在简易电梯上设计并安装了防坠装置。

2.1 竖井压力钢管安装辅助装置的实现方式

图2 超深高压竖井压力钢管安装辅助装置示意图

2.1.1 施工作业平台的结构型式

施工作业平台分上、中、下三层，其中上层供安装人员对管节进行调整、对接、组拼、压缝等工作使用；中层用于放置焊接设备和材料；下层用于管节对接环缝的焊接、打磨、探伤、检查和防腐(图3)。

图3 竖井施工作业平台结构型式示意图

在施工作业平台的中间布置一部简易升降电梯，主要用途是搭载竖井钢管安装施工人员以及运送安装设备和材料。简易电梯上端安装在施工作业平台上，可随施工作业平台上升而同步上升，亦可单独工作自行升降。

在施工作业平台上下层外侧各安装4个导向滑轮，导向滑轮在吊装过程中起导向和稳定作用。在作业平台上层底部布置两组、共4个定滑轮，用于作业平台与简易升降电梯的连接。在上层平台四角焊接8个吊耳并固定有8根φ20钢丝绳，其中4根钢丝绳(常用钢丝绳)通过挂钩悬挂在已装钢管管壁上口，另外4根钢丝绳作为起吊平台时的备用钢丝绳。作业平台的升降可使用竖井洞顶桥机进行起吊，也可采用均布的4台手拉葫芦进行人工升降。

2.1.2 施工作业平台的提升方式

利用吊装竖井压力钢管的垂直起吊设备，将施工作业平台吊到已装钢管部位，将作业平台上的4根常用钢丝绳通过挂钩悬挂于已装钢管管壁上口。

在平台提升前，用垂直起吊设备将待装钢管管节吊至接近最上节已装钢管上端口后，将施工作业平台上的4根备用钢丝绳挂到双吊点垂直起吊设备平衡梁主钩上，提升平衡梁，使作业平台随待装钢管一起吊起，待4根备用钢丝绳受力后，施工人员站在上层作业平台上，将挂在已装钢管管口上的4根常用钢丝绳挂钩摘除，然后将待装钢管下落至已装钢管管口，待装钢管固定后摘除挂在起吊设备平衡梁两侧的起吊钢管钢丝绳，再次提升平衡梁，待作业平台上升至待装钢管内适当位置，将作业平台上的4根常用钢丝绳挂钩悬挂于待装钢管管口，下落平衡梁，待4根备用钢丝绳松弛后，取掉备用钢丝绳，施工人员即可在作业平台上继续进行钢管安装作业。以此类推，直至超高压竖井压力钢管管节安装全部完成。

2.2 简易升降电梯的结构形式

简易升降电梯主要供搭载竖井钢管安装施工人员及运送设备和材料之用。荷载能力可按每次运送4～6人或4台电焊机、或3瓶氧气乙炔瓶、或500 kg材料等考虑，其具体设计制作应符合相关规程规范的技术要求，并按规定进行荷载试验和安全鉴定，合格后方可投入正式运行。

升降电梯由吊笼、升降系统及防坠装置等组成。通过布置在上层作业平台底部的4个定滑轮与作业平台相连接，其结构形式以及与工作平台的连接方式见图4。具体结构为：

图4 简易电梯结构及连接示意图

(1)简易升降电梯采用型钢和钢板焊接而成。升降系统主要用于控制吊笼的升降，由一台10 t卷扬机及若干地锚和导向装置组成。10 t卷扬机钢丝绳利用布置在作业平台上层底部的两个定滑轮与安装在简易升降电梯平衡梁中部的楔形绳卡相连接。

(2)防坠落装置用于防止吊笼升降过程中由于起吊钢丝绳突然发生断裂而引发的高空坠落事故，该套装置由平衡梁、防坠器、5 t卷扬机及若干地锚和导向装置组成。5 t卷扬机钢丝绳φ18(6×37+FC)mm与防坠器连接后通过预先安装在作业平台上层底部的两个定滑轮与固定在竖井底部的一组地锚相连接。

2.3 简易升降电梯的工作方式

(1)简易升降电梯安全连接后，操作5 t卷扬机，调整钢丝绳张紧度至安全使用范围。简易升降电梯在使用时，只需操作10 t卷扬机即可实现吊笼的安全升降。由于简易电梯合理的使用平衡梁及防坠落装置，使得在吊笼整个升降过程中既可有效预防人员高空坠落事故的发生，又可防止吊笼发生旋转，从而确保了施工人员的生命安全。

(2)在施工作业平台提升过程中，简易升降电梯中10 t卷扬机、5 t卷扬机钢丝绳应随竖井施工作业平台同步升降，所以，两台卷扬机的钢丝绳应保持放松，待作业平台悬挂到位后，重新调整5 t卷扬机钢丝绳的张紧度至安全使用范围。同时，要定期按规定对简易升降电梯所使用的钢丝绳进行检查及维护保养。

3 压力钢管安装辅助装置的使用及注意事项

3.1 楔形绳卡的使用及注意事项

钢丝绳的穿入应从楔形绳卡铅垂绳槽穿入，再由另一侧绳槽穿出并留有一定的长度。拉紧钢丝绳使楔子卡紧钢丝绳后，用2个绳卡将钢丝绳卡住即可使用。使用时应注意以下问题：

(1)每班应检查钢丝绳头有无松动现象。如发现钢丝绳有松动应停止使用，打开绳卡重新穿绳。

(2)检查楔形绳卡各零件有无变形或损坏。如发现零件有变形或损坏应停止使用并换新件。

(3)作好检查记录。

3.2 防坠器的使用及注意事项

3.2.1 日 检

防坠器每天由专人检查一次并及时处理所发现的问题。检查及处理结果记入压力钢管安装辅助装置检查记录。具体检查内容如下：

(1)抓捕器的检查。

①将简易升降电梯停在竖井临时平台上，检查全部零件是否齐全、有无损坏或裂纹，螺母是否有松动或缺失。

②驱动弹簧有无损坏，弹簧的高度是否正确。

③检查抓捕器的动作是否灵活，有无异物落入抓捕器内。

④检查导向衬套的磨损情况，衬套和制动绳的总间隙超过8mm时须更换，以免抓捕器受到磨损。

(2)制动绳的检查。

检查者站在简易升降电梯顶盖上检查时，应遵循安全规程的要求并装有必要的保险装备。以0.3 m/s的速度升降电梯，检查制动绳断丝及磨损情况，如发现断丝，应将断丝切除并记录断丝部位，在同一个捻距内断丝截面积达到钢丝总截面积10%时，应予以更换。如果磨损严重并使直径缩小达10%时，亦应更换。

3.2.2 月 检

每月由机物部或主管工程师检查一次并及时处理所发现的问题，将检查和处理的结果记入压力钢管安装装置记录薄，检查内容除与日检相同外，还应着重注意以下几个方面：

(1)检查备件数量及储存保管状况。

(2)检查记录薄的记录内容及重复出现的问题。

(3)检查抓捕器内部，特别是活动零件间的污垢，加注新油。检查各活动零件的磨损情况。

(4)检查各导向套，如果磨损太快或抓捕器楔子被磨损时应找出原因并进行处理。

(5)检查制动绳的锈蚀、断丝与磨损严重部位的情况，除去钢丝绳上的硬油层，涂抹新油。检查其拉紧程度。

3.2.3 大 修

压力钢管安装辅助装置每年大修一次。大修时需将抓捕器拆开，清除全部零件上的污垢及铁锈 ，将其放入煤油中洗净，检查各零件是否完好。检查并测量各活动部件及摩擦表面的磨损情况，若发现有过度磨损应予以更换。所有轴与孔的间隙磨损后不应大于1 mm。抓捕器楔子的圆弧表面磨损不应大于1 mm，楔子背面及楔背表面的磨损不应大于0.2 mm。弹簧如有裂纹或自由高度小于245 mm时应更换。

3.3 起升系统的使用及注意事项

(1)卷筒上的钢丝绳应排列整齐，如发现重叠和斜绕时应停机重新排列。严禁在转动中用手、脚拉踩钢丝绳。卷筒上的钢丝绳不允许全部放出，最少应保留三圈。

(2)钢丝绳不允许打结、扭绕，在一个节距内断丝要少于10%。

(3)作业时任何人不得跨越钢丝绳。简易升降电梯提升后，操作人员不得离开卷扬机。休息时，简易升降电梯应降至地面或可靠锁定在竖井作业平台内。

(4)作业时司机要同简易升降电梯内的信号人员保持通话畅通，司机与信号员应密切配合，服从信号的统一指挥。

(5)作业时如遇停电情况应切断电源，将简易升降电梯缓慢降至临时平台。

(6)工作时要听从指挥人员的指挥，信号不明或可能引起事故时应暂停操作，待了解情况后方可起升或降落。

(7)钢丝绳在使用过程中机械磨损、自然腐蚀损害难免，应定时涂刷保护油。

(8)严禁简易升降电梯超载使用(即超过最大承载公斤数)。

(9)使用过程中要防止钢丝绳打结、压扁电弧打伤、化学介质侵蚀等。

4 结 语

笔者根据水电站高压竖井压力钢管安装的特点，着重介绍了竖井安装辅助装置结构的设计及使用注意事项。只要充分掌握竖井作业平台和升降电梯的联合协同作业，采用有效的安装装置，既能保质保量，经济、安全、高效地完成超深高压竖井压力钢管安装任务。该装置操作简单，使用便捷，成功解决了水电站超深高压竖井压力钢管安装的难题，具有一定的借鉴价值，值得推广应用。

参考文献：

[1] 程嘉佩，等，合编.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1989.(1996重印).

[2] 江正荣，著.建筑施工计算手册(第2版)[M].中国建筑工业出版社，2007.

[3] 起重机设计规范GB/T3811-2008[S].

[4] 张质文，等，主编. 起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社， 2013.

[5] 《电力工业标准汇编·水电卷》编辑委员会，著.金属结构设计[M].北京：水利电力出版社，1994.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期：2017-04-23

中图分类号：TV554;TV7;TV51;TV52；TV743