贵州洪家渡水电站压力钢管洞内运输 刘艳波 (中国水利水电第八工程局 贵阳机械厂，贵州 贵阳5 50008）
??摘 要： 较为深入地探讨了洪家渡水电站压力钢管洞内运输方案，着重介绍了斜井段钢管 运输方式，并对运输过程中如何保证安全进行了阐述。
关键词：压力钢管；运输台车；洞内运输；卷扬机；安全措施； 洪家渡水电站
1前言
在我国水电建设中，引水隧洞压力钢管已普遍应用于大、中型水电站。引水式钢管 多为洞内埋管，因安装现场环境恶劣，吊装手段十分有限，影响施工安全的因素多，如何 顺利实现钢管运输至安装位置，需采取一些科学、安全可靠、灵活的施工方法。本文较为 详细地介绍了洪家渡水电站压力钢管洞内运输情况，并对洞内运输安全保证措施作了阐述。 2工程概况及钢管布置情况
洪家渡水电站枢纽建筑物包括： 钢筋混凝土面板堆石坝、洞式溢洪道、泄洪洞、引水系统、地面厂房及开关站等。电站引水 系统采用三洞三机单元供水方式，分别由竖井式进水口、引水隧洞、压力钢管道等建筑物组 成。
引水隧洞由混凝土衬砌段和压力钢管段组成。压力管段共有3条，全部为洞内埋管，钢管总 长约785.413 1m（其中下平段直管197.392m、渐变段锥管16.8m、弯管147.371 5m 、斜 井段直管179.628m、上段钢管244.221 6m）。压力管道斜井段倾斜角度为50°。引水隧洞 于混凝土衬砌段以及钢管起点部位设两个连通洞。引水隧洞布置见图1。?
引水隧洞混凝土衬砌段、压力钢管段均为圆形断面，混凝土衬砌段洞径9.8m，压力钢管段 洞径7.4m，钢管管径6m，渐变管管径6～5.46m。钢管安 装工程量约3 500t， 直管制造单元 标准 长度为3.0m，弯管及锥管制造单元长度均按照不大于3m控制，其最大工地运输单元重量不 大于18t，经大节对接后，洞内运输最大重量约36t。 3钢管运输方式的确定
对于钢管洞内运输，可采用在钢管支承架下设槽钢或角钢拖曳方式，但因其与轨道为滑动摩 擦，需配备的卷扬设备过大。为避免钢管与轨道直接接触，减少运输摩阻力，钢管采用运输 台车装置运输，台车与轨道间为滚动摩擦。
运输台车由四个滚动车轮组、台车架和钢管支承座组成。车轮组轴承采用自润滑轴套（SF -2），台车架按刚度控制（因洞内运输条件较为恶劣，其最大挠度按不大于1/2000控制） ，钢管支承座采用与钢管弧度一致的弧形支承结构，其布置位置根据捆扎要求确定（一般位 置与车轮对应）。为实现钢管在2号连通洞转向，车轮跨度与其基距相同，均取3 500mm 。运输台车形式见图2。 4运输准备
4.1洞室扩挖
根据压力管道设计施工图，压力钢管段开挖洞径为7 400mm，而钢管最大外径为6 356mm （含加劲环），其空间尺寸仅522mm。若压力钢管段断面不扩挖，根据设计的运输台 车尺寸，无法实现钢管洞内运输。同时焊接钢管底部焊缝时操作空间过小，焊接作 业质量难于保证。另外，进行卷扬机等设备布置时，因卷扬机外形尺寸较大，为避免与运 输钢管发生干涉现象，也需对压力管段断面进行适当扩挖。
4.2轨道布置
洪家渡压力钢管洞内转运轨道采用钢轨（型号为P24）。其铺设范围为：2号引水洞全长范围 ，2号连通洞～1、3号压力钢管起点，1、3号压力钢管段。轨道支承采用两种方式：对于混 凝土衬砌段，采用混凝土条带作为轨道基础；对于压力钢管段，若采用混凝土轨道基础，则 拆除困难，故采用埋设锚杆后焊接轨道支承板的支承方式。
轨道安装根据洞室中心线进行布置，以避免钢管运输时出现卡住现象；同时严格按照工艺要 求 对轨道进行铺设。安装时轨道高度应保证运输时钢管中心略低于理论钢管中心线，以便于钢 管脱离运输台车。? 5卷扬系统容量及其位置确定
5.1卷扬机容量计算
卷扬机容量根据运输钢管最大重量和运输位置进行计算。钢管运输时，其上段由平段、i ＝0.08段组成；斜井段倾斜夹角50°；下游均为平段。各部位钢管运输的配套卷扬机容 量设计如下：
5.1.1平段运输
卷扬机拉力应不小于运行阻力，则有：
运行静阻力?
贵州洪家渡水电站压力钢管洞内运输 :
式中P摩?――运行摩擦阻力（满载时）；
P坡?――小车在坡度上运行时阻力。
式中Q钢――钢管重量，36×103kg；
G――运输台车自重，4×103kg；
K――滚动摩擦系数，钢车轮直径ø25cm，头部带圆弧 面轨道，Ｋ取0.04；
μ――轴承摩擦系数，滑动轴承取0.1；?
d――轴承内径，8cm；?
K附――附加摩擦阻力系数，圆柱踏面取1.5；?
D轮――车轮直径，25cm。
＝400kg
式中K坡――坡度阻力系数，取0.01。
实际运输时取3t卷扬机拖曳。
5.1.2?i＝0.08段运输
运行摩阻力P摩＝2 112cosα＝2 105 kg，钢管自重分力mgsinα＝3 189 kg
论文贵州洪家渡水电站压力钢管洞内运输
由i＝0.08，则α＝4.574°
?
根据现场实际情况，同时考虑到钢管静摩擦系数较大，为确保施工安全，对此段除在台车尾 部采用3t卷扬机后拉外，必要时在其头部配备2t卷扬机进行拖曳。
5.1.350°斜井段运输
运行摩阻力P摩＝2 112cosα＝1358kg，钢管自重分力mgsinα＝30640kg，根据α＝50°，则拉力F=mgsinα－P摩＝29 282kg
因洞室内不可能布置较大卷扬设备，根据现场实际情况，斜井段钢管运输的卷扬设备如下 ：
考虑滑轮组效率（滑动轴承支承，滑轮组效率为0?93），采用两台5t卷扬机分别配4倍滑轮 组（组成40t卷扬系统）进行放绳后拉运输。
5.2卷扬系统布置
卷扬机布置应保证换绳方便，操作可靠，并有利于加快钢管运输进度。根据引水洞布置及钢 管安装位置，卷扬机设备的设置如下：
下平段钢管运输一台3t卷扬机；2号洞进口至水平段一台3t卷扬机；2号洞i＝0 .08段～2号连通洞一台3t卷扬机；2号连通洞～各洞室上弯段一台3t卷扬机。
斜井段钢管运输时需在钢管各洞室上弯段上游约15m（以便于钢丝绳排绳）左岸侧附近分别 扩挖出工作洞室，用以安置斜井段钢管拉放用的卷扬机。同时在钢管上弯段相应位置埋设40 t 主地锚环，用于卷绕系统定滑轮组的锚固。在钢管上弯段相应位置底部中间位置设托辊，用 于上弯段钢管运输的绳索改向。在1号洞、2号洞、3号洞水平弯段设地锚环，用于安设转向 滑轮实现钢管水平运输时钢丝绳的改向，同时在各坡度变化及改向部位均埋设地锚装置。 滑轮均按地锚装置相应位置布置，以实现钢丝绳改向。? 6钢管模型试运行
为更直观地检测洞室开挖情况，检查运输路线钢管运输与供电、供气线路或各种埋设件之间 是否发生干涉，以便钢管顺利运输。在完成各项准备工作正式运输前，应制造 钢管模型在洞室内进行全行程试运行。钢管模型外形尺寸以最大运输单元为准，并完全按照 钢管运输情况进行洞内运输。? 7钢管洞内运输程序
钢管运输前，将其与运输台车进行可靠连接：将钢管加强环与台车支承贴紧，并通过手拉葫 芦将台车与钢管捆紧。斜井段钢管运输时还应将加强环与台车进行焊接，确保台车与钢管 成为整体结构。
除各引水洞下平段从各洞出口槽挖段运输至安装位置外，其余管节均由上游2号进水口洞口 运至各安装位置。下游钢管运输顺序为：始装节→凑合节→锥管段→接蝶阀段；上游钢管运 输顺序为：始装节→下弯段→斜井段→上弯段→钢管上段（含水平弯段）。
7.1上游压力钢管洞内运输程序
压力钢管在2号洞洞口的滚焊台车上拼焊成长6m的大节→卷扬机将其拖曳至2×20t门机（位 于2号洞洞口）工作范围→利用2×20t门机将钢管抬吊脱空→拖开滚焊台车→将大节钢管吊 上运输台车→钢管逐节用电动卷扬机拖运至2号连通洞→在弯道处用4个16t千斤顶将钢管顶 起约40mm→松开台车滚轮与支架间的连接螺栓→将滚轮旋转约90°后重新固定→千斤顶下 降，使滚轮落在另一方向的轨道上→卷扬机将转运钢管牵引至1号、3号洞弯道处→在弯道处 用4个16t千斤顶将钢管顶起约40mm→松开台车滚轮与支架间的连接螺栓→将滚轮旋转约9 0°后重新固定→千斤顶下降，使滚轮落在另一方向的轨道上→运至上弯段上游约15m处→用 2台5t卷扬机（40t卷绕系统）配40t滑轮组带住钢管后部，使其沿50°的斜坡段下滑至安装 位置→利用16t千斤顶顶起钢管后脱开运输台车→放松千斤顶使钢管落至安装位置。2号 引水洞钢管运输时无90°转向程序。
贵州洪家渡水电站压力钢管洞内运输 :
7.2下游钢管运输程序
用厂房32t塔机将钢管卸至各引水洞出口槽挖段→卷扬机将转运钢管牵引至各自安装位置→ 利用16t千斤顶顶起钢管后脱开运输台车→放松千斤顶使钢管落至安装位置。? 8斜井段钢管运输
压力钢管斜井段坡度为50°，其轴线长度及高程差为（包括上、下弯段）：1 号洞87.45 m，高程差为55.136 m；2号洞94.53 m，高程差为60.554 m；3号洞99.6 m ，高程 差为64.425 m。此段现场安装施工难度极大，且属高空作业，不安全因素多。不仅是钢管 运输的重点，也是钢管安装的难点。
8.1安全设施布置
斜井段钢管正式安装前，先完成如下安全设施设置：
(1)进出斜井段行走梯设置。
(2)为防止斜井段安装过程中杂物落下伤及下游安装人员，在钢管始装节（靠下弯管位置的 第一 节直管）安装完成并浇筑混凝土后，在其内壁焊接米字形挡板，并用脚踏板封堵管节断面。 米字形挡板用规格为L100×10的角钢制造，封堵脚踏板（方木）厚度不小于50mm。
(3)管内活动操作平台（含封堵板）及管外壁临时平台搭设。
8.2钢管运输同步保证措施
斜井段内钢管运输，因采用两台5t卷扬机分别配4倍滑轮组（组成40t卷扬系统）进行后拉 运输，故应严格保证其两吊点的同步性。
（1）两台卷扬机采用同一厂家生产的同一型号的产品；
（2）两台卷扬机电气部分采用相同控制方式并互锁；
（3）钢丝绳缠绕系统采用中间平衡滑轮调节两边钢丝绳长度及拉力差异；
（4）两台卷扬机共用一根钢丝绳不断开。
卷扬机缠绕方式见图3。? 8.3吊点位置确定
斜井段（含上、下弯段）钢管运输有三个不同的运输路线，即上弯段、斜井段、下弯段。为 确保斜井段运输安全，除将钢管与台车进行可靠连接外，其吊 点选择尤其重要。以下以大节 斜井段运输典型位置为例（大节运输时，钢管中心相对台车中心往后偏移1m），说明其 吊点选择的方式。
8.3.1台车后轮与上弯段终点吻合位置
根据钢管力和力矩平衡分别列方程进行计算，计算简图见图4。
钢管重量为G＝40×103kg，钢丝绳拉力与钢管轴线夹角为α（32°），台车前轮 支承力为N1，后轮支承力为N2，钢丝绳拉力为F，两车轮间距为3500mm，?则 车轮力和力矩平衡方程如下：
??
根据以上计算结果，钢管自上弯段终点开始（此处钢丝绳拉力最大）至下弯段起点时， 钢丝绳后拉力愈来愈小。靠上弯段位置愈近，台车后轮轮压愈大，前轮轮压愈小；反之，则 台车后轮轮压愈小，前轮轮压愈大。因此，对于上弯段位置，必须严格确保其轨道牢固。运 输时，若吊点选择不当，在上弯段位置可能因前轮轮压过小钢管容易后翻；在下弯段位置可 能因后轮轮压过小钢管容易前翻。故进行吊点选择时，必须经过严密计算，确保钢管运输 在上、下弯段位置时，其轮压值均为正值且轮压尽量均匀。 9运输安全措施
9.1安全检查
运输前，检查各线路埋设件紧固情况、卷扬机操作试车情况、电源线等洞内设施布置与管节 运输有无干涉。完成以上工作后，按照运输路线进行试车检查，确认无误后开始管节运输。
定期检查卷绕系统如卷扬机工作情况、地锚有无松动、滑轮装置运转是否灵活有无卡住现象 、钢丝绳磨损情况、电气元件有无漏电现象，并定期对各润滑部位进行润滑，确保运输设施 的完好性与可靠性。
9.2操作
卷扬机操作由专人负责，整个运输过程由专人负责施号，运输、操作采用对讲机联络，并在 施工前对各有关人员统一号令方式，在转弯改向、改换滑轮、改换卷扬机、管节安装位置均 设人看守，确保运输过程联络畅通及运输安全。
因卷扬机容量均按设计工况选择，故运输过程中应严格按设计工况操作，避免非设计工 况运输时，因超出卷扬机设计容量而发生事故。斜井段管节运输时，卷扬机拖住运输台车后 部，决不允许往回拖管节。
斜井段管节运输时，将台车支撑座与加强环相抵，以防钢管运输时发生晃动。同时在管节运 输时焊接吊耳，通过吊耳将专用20t卸扣与20t动滑轮组相连。
卷扬机配备电阻箱调节运输速度，通过4倍滑轮倍率减速，以最大限度实现斜井段运 输过程平稳。
贵州洪家渡水电站压力钢管洞内运输 :