岩滩水电站斜井段压力钢管运输技术

时间：2024-07-28

吴昌锐

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

岩滩水电站扩建工程共布置2条引水隧洞，即5#、6#引水隧洞，隧洞分为上弯段→渐变段→斜直段→下弯段→下平段。5#引水隧洞压力钢管管节为25节，6#引水隧洞压力钢管管节为24节。钢管最大直径11.13m，最小直径10.63m，单节最大轴线长度为2m，单节最小轴线长度为0.685m。其中，压力钢管衬砌段位于下平段。钢管中心线总长43.4m，分为弯管段、直管段及渐变段。钢管主管及弯管段内径为11.1m，锥管段钢管内径由11.1m渐变为10.6m，其板厚分别为30mm、36mm。

2 运输系统

钢管运输系统由运输轨道、运输台车、卷扬系统组成。压力钢管使用坝面M900塔机吊至运输台车后固定牢靠，运输钢管的台车与卷扬机之间采用钢丝绳进行绑扎式连接后下放至设计位置。

2.1 运输台车

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，钢管支承座采用与钢管弧度一致的弧形支承结构，以方便钢管的固定。

2.2 运输轨道

运输轨道根据钢管中心线布置，采用I20工字钢支撑，工字钢与一期埋件插筋连接加固，每间隔4m采用工字钢进行横撑及斜撑，以保证轨道的稳定性。

2.3 卷扬系统

2.3.1 卷扬机

进水口平台布置两台10t主卷扬机和1台5t牵引卷扬机，主卷扬机基础必须打地锚进行整体固定，满足拉力30t重物所承受的受力要求，5t卷扬机用以牵引钢管及弧形台车，从上平至上弯段进行运输。

2.3.2 滑轮组计算

采用2门走4绳滑轮组。

在吊装作业法施工中，首先要考虑构件(或设备)的质量来选用合理的滑轮组及卷扬机的起重能力，计算钢丝绳受力大小。滑轮组出绳头拉力可利用以下公式计算:

式中:S——滑轮组出绳拉力，N;

F——滑轮组吊重或牵引力，N;

n——滑轮组走数;

η——滑轮组效率，随着滑轮数的增多而降低，因为每增加一个滑轮就增加一次摩擦。一般取η=0.8～0.96。

压力钢管与台车安装后结构重量:Q=30×1000×9.8=294kN

单台卷扬机牵引力F=kQ，其中k为摩擦系数，取1.1。

故F=1.1×294=323.4kN，因布置2台卷扬机，则:F1=F/2=323.4/2=161.7kN

S=F1/nη=161.7/(4×0.9)=44.91kN

(经查机械设计手册2门走4绳动滑轮组，η取0.9)

故所选卷扬机应为慢速，计算得出5t卷扬机，而实际选用卷扬机为10t;满足牵引力要求。

2.3.3 钢丝绳受力计算

2.3.3.1 计算压力钢管及附属构件总重量G:

G=30×1000×9.81/1000=294.3kN

G已含压力钢管内支撑总重、钢丝绳、卡具、工装等综合按照30t验算。

2.3.3.2 受力分解后，因斜井段钢丝绳受力最大，提升拉力分解后如图1所示:

图1 斜井段钢丝绳受力分解示意

2.3.3.3 压力钢管设置4吊点，经过4根连接钢丝绳均衡传力给主牵引钢丝绳(滑轮组)，则单吊点定滑轮出绳拉力值为(每门滑轮组钢丝绳拉力):Q=(F/2)×Q1×Q2=182.55kN，其中，静载荷Q1=1.1，动载荷Q2=1.2。

2.3.3.4 定滑轮钢丝绳缠绕为2门走4，则单根钢丝绳受力为:Q/4=182.55/4=45.63kN。

2.3.3.5 选用钢丝绳6×19－Φ21.5型，其技术参数为:

钢丝绳公称抗拉强度:1870MPa;

钢丝绳每米重量PSB:473.42kg/100m;

钢丝绳直径d:21.5mm，丝径1mm;

钢丝绳破断拉力总和Qd:33.25t。

钢丝破断拉力=钢丝破断拉力总和×换算系数(0.82)=33.25×0.82=27.265t;钢丝绳安全载重力=钢丝破断拉力/安全载重系数(4.0)=27.265/4=6.81t;

安全系数较核:33.25×9.8/45.63=7.14＞6，故所选钢丝绳符合安全规定。

3 钢管运输

将压力钢管与运输台车加固成整体，通过4组手拉葫芦与3组15t型钢压梁将钢管与运输台车加固成整体，利用进水口平台布置的5t定位卷扬机定位运输台车(压力钢管)吊点3，通过吊点1、吊点2调整上弯段、斜井段、下弯段轨道与钢丝绳角度，待压力钢管调整完成后再同速将钢管整体下放，使得钢管平稳下放至下平段。从施工准备→钢管固定→钢管运输共需6人，卷扬机操作2人，4人绑扎固定钢管。在钢管下放过程中，通过对10t与5t卷扬机速度与坡度变化的关系，总结出一套经验数据，在保证安装的情况下，在下放过程中卷扬机操作人员自动调换10t与5t卷扬机档位，从而加快了下放速度。