杨春国，陈博

(中国水利水电第六工程局有限公司机电安装分局，辽宁 丹东　180012)



水电站洞内高竖井压力钢管安装安全管理简析

杨春国，陈博

(中国水利水电第六工程局有限公司机电安装分局，辽宁 丹东180012)

以江西洪屏抽水蓄能电站引水系统竖井钢管安装为例，介绍了为保证高竖井钢管安装施工安全采取的主要措施，包括运输、吊装设备的选择及其特殊要求，钢管安装临时工作平台设计计算，吊笼及其钢丝绳的选择，用电要求以及重要工序安全管理上的要求。通过实施，确保了洪屏抽水蓄能电站洞内高竖井压力钢管安装的顺利进行。

水电站；洞内竖井；压力钢管安装；运输；吊装；设备选择；安全管理

0　引言

近几年，抽水蓄能电站建设项目不断增多。这些项目引水系统多设计为竖井或斜井，而且长度大都超过100 m，其中宜兴抽水蓄能电站引水系统竖井高度为150.756 m(上竖井)和226.128 m(下竖井)，张河湾抽水蓄能电站竖井高度为386.000 m，江西洪屏抽水蓄能电站(以下简称洪屏电站)竖井高度为276.920 m(上竖井)和295.280 m(下竖井)，宝泉抽水蓄能电站斜井长357.000 m。类似的电站还有很多，这些竖井(斜井)设计均为钢衬结构，由于管道较长，钢管管径较大，属洞内施工，难度较大，经常发生安全事故，安全管理成为施工的重点、难点。本文以洪屏电站引水系统竖井压力钢管安装为例，介绍施工过程中采取的安全技术措施。

1　工程概况

洪屏电站引水系统由上库进/出水口、上库闸门井兼调压室、上平洞、上竖井、中平洞、下竖井、下平洞、岔管和引水支管等组成，引水系统(除上平洞、上库闸门井兼调压室)均用钢管管砌。

上竖井分为#1，#2两条竖井，高度均为276.920 m。钢管直径为ø5.2 m，材质分别为Q345R和600 MPa级高强钢(WDB620D)。

下竖井分为#1，#2两条竖井，高度均为295.280 m。钢管直径为ø4.8～5.2 m，材质分别为600 MPa级高强钢(WDB620D)和800 MPa级高强钢(WSD690E)。

钢管安装最大单件质量为33.6 t，竖井钢管吊装设备桥机采用整体吊装方法，最大单件质量为39.0 t。

2　竖井钢管安装专项安全技术措施

2.1钢管运输安全技术措施

2.1.1施工设备选择[1]

(1)钢管运输车辆。钢管安装最大运输单件质量为33.8 t，竖井钢管吊装设备桥机安装最大单件质量为39.0 t，选用40.0 t拖车满足钢管及设备运输要求。考虑运输安全，选择拖板高度时尽量低，该项目拖板为新采购，选择拖板高度为1.0 m。

(2)竖井钢管吊装卷扬机。竖井钢管吊装用卷扬机选用2×200 kN台车式固定卷扬机，卷扬机是影响钢管吊装安全性的决定性因素，所以对卷扬机的设计和制造提出以下要求：1)采用双抱闸；2)采用变频器，且比正常大一个型号；3)变频电机比正常配置大一个型号；4)选用防扭转互捻钢丝绳；5)设置限位器保护装置、高度指示仪、过载自锁保护装置；6)上述设备均选用知名品牌。该卷扬机委托有资质及设计经验的设计单位进行设计，并委托具有制造资质的企业进行生产。

(3)钢管洞内卸车、牵引卷扬机。

1)卸车卷扬机。最大起重量为390 kN，通过500 kN滑轮组进行卸车，卷扬机所承受的载荷为F=G/N=390/10=39 (kN)<50 kN，式中：G为最重钢管管节重量;N为滑轮组钢丝绳缠绕数量，500 kN滑轮组取值为10。故选用50 kN卷扬机满足使用要求。

2)牵引卷扬机。钢管通过卷扬机利用台车或焊制在钢管上的“铁鞋”在轨道上进行牵引移动到竖井上弯段处。卷扬机所承受的载荷为F=Gη=390×0.1=39 (kN)<50 kN，式中：η为滑动摩擦因数(滑动摩擦系数取最大值0.1)。故选用50 kN卷扬机满足使用要求。

图1　竖井工作平台结构示意

3)吊笼升降牵引卷扬机选择。吊笼卷扬机对保证人员上下的安全起决定性作用，该卷扬机的选择及设计应充分考虑安全因素，为此对该卷扬机要求如下：1)配置双抱闸系统；2)除了过流保护以外，要求配置载荷限制器；3)选用防扭转互捻钢丝绳；4)配置盘绳器。

2.1.2400 kN天锚的设计

400 kN天锚由12根长4.8 m，ø32 mm的Q235圆钢组成，岩体内4.5 m、岩体外0.3 m用水泥砂浆加固。天锚锚杆抗拉强度设计值205 MPa，锚杆的额定载荷(G1)约为400 kN，单根圆钢的极限受拉承载力F=205×3.14×(32/2)2=164.79 (kN)，天锚极限受拉承载力F12= 164.79×12=1977.48 (kN)，安全系数为k=F12/G1=1 977.48/400=4.94，式中：k为安全系数；F12为12根锚杆的极限受拉承载力；G1为额定负荷。

根据GB 50086—2011《岩石锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》[2]标准，安全系数取1.8，实际安全系数为4.94>1.8，锚杆承受垂直载荷具有足够的安全裕度。所有锚筋需进行拉拔试验，试验合格后才投入使用。

2.2竖井钢管的现场组对焊接安全技术措施

2.2.1竖井安装工作平台设计

工作平台是竖井压力钢管安装必备的临时设施，由于它的作用是承载施工人员、必要设备及材料，所以必须具有可靠的安全性；另外，其结构直接影响钢管安装的各个环节，故其结构必须可靠、实用。竖井工作平台结构如图1所示，中部平台及下部平台结构基本相同，中部平台上面需开进人孔，下部平台上需装导向轮。工作平台结构受力分析如下。

(1)由图1可知，吊笼部分的吊点布置在上平台主梁上，故需对主梁进行应力强度校核。上平台布置3根主梁(I20a)同时承受载荷，按载荷作用在主梁的中间考虑，所承受载荷包括吊笼、钢丝绳、施工人员、工具及其他，共约42.65 kN。主梁(I20a)材料为Q235，单根主梁抗弯强度为215 MPa。主梁(I20a)实际承受最大工作正应力为63 MPa。从以上数据可以看出，主梁的实际承载能力远大于工作载荷，满足使用要求。

(2)平台连接强度校核。工作平台每层间利用6根I10工字钢进行连接，I10工字钢的截面面积为1 430 mm2，6根总的截面积为6×1 430=8 580(mm2)，抗拉强度按215 MPa计算,则其承载能力为1 844.70 kN，而工作平台总的承载不超过169.70 kN(平台自重53.50 kN)，满足使用要求。连接点焊接材料为E5015(J507)焊条，6根立柱与各层连接部位按一类焊缝进行焊接，焊脚不小于12 mm。

2.2.2竖井吊笼系统设计

(1)载人吊笼选择。吊笼的作用是承载施工人员、必要设备及材料上下的通道，必须具有可靠的安全性，故吊笼采用矿山专用设备，由专业厂家制作，吊笼内安装有断绳保护器等装置，到达现场后进行吊笼的安装、调试、验收等工作。

(2)吊笼用滑轮的设计。吊笼用滑轮按照JB/T 9005.2—1999《起重机用铸造滑轮 直径的选用系列与匹配》[3]要求，滑轮外形尺寸ø355 mm。滑轮转动部分由轴套和ø70 mm轴组成。轴采用45钢，抗拉强度设计值为355 MPa，轴的设计截面为3 848 mm2，则轴所承受的设计载荷为1 366.04 kN。轴的抗剪强度设计值应为抗拉强度设计值的58%，故轴的抗剪强度设计值为792.30 kN。

吊笼用滑轮工作状态所承受载的荷包括吊笼11.00 kN、钢丝绳自重(按照750 m计算) 13.50 kN、承载人员9.60 kN、工具2.00 kN，所承受载荷为36.10 kN<792.30 kN，满足使用要求。

(3)吊笼钢丝绳的选用。吊笼的钢丝绳采用ø22 mm，6×37S+IWR型钢丝绳，公称抗拉强度为1 770 MPa，根据GB 8918—2006《重要用途钢丝绳》[4]标准，按照钢丝绳的最小破断拉力计算，最小破断拉力为283.00 kN。

国家规定用于载人的提升机安全系数K=14，按照上述要求计算用于载人吊笼的钢丝绳的允许拉力FYL=FPL/K=283/14=20.21 (kN)。钢丝绳实际受力分析如下：吊笼钢丝绳工作状态所承受载荷包括吊笼11.00 kN、钢丝绳自重(按照250 m计算)4.50 kN、承载人员9.60 kN、工具2.00 kN。由于整个吊笼系统的滑轮组由3个定滑轮，1个动滑轮组组成，其阻力系数K=1.216。钢丝绳实际受力为19.22 kN，满足使用要求。

(4)吊笼断绳保护器用钢丝绳的选用。钢丝绳工作状态所承受载荷包括吊笼11.00 kN、起升钢丝绳自重(按500 m计算)9.00 kN、承载人员9.60 kN、工具2.00 kN，共31.60 kN。由于断绳保护器有2个工作绳，实际钢丝绳受力15.08 kN,小于钢丝绳允许拉力20.21 kN，满足使用要求。

2.3电气设备的布置

(1)备用电源的布置。在竖井配电盘附近安装1台备用发电机，备用发电机为全自动双电源切换，停电后可快速启动，发电功率为50 kW，可满足竖井施工人员上下及洞内应急照明使用。

(2)施工现场用电采用三相五线制，电气设备的金属外壳必须与专用保护零线连接。

(3)凡采用220 V电源照明，均必须按规定布线和装置灯具，隧道洞内使用24 V安全电压照明，压力钢管内部使用12 V安全电压照明。

3　竖井钢管安装安全管理措施

3.1钢管安装工序安全管理[5]

竖井钢管安装除应遵守相应安全技术规范要求外，以下安装工序还应遵守相应的要求。

3.1.1压力钢管竖井内吊装

(1)竖井钢管运输系统用于吊装钢管的钢丝绳安全系数为6。

(2)钢管在吊装过程中设专人统一指挥，必须信号正确、清楚并保持通信畅通。

(3)钢管在吊放时，施工平台上严禁有人员施工。

(4)桥式起重机系统必须通过当地安监部门验收，方可使用。特种作业操作人员必须持证上岗，严格按照各工种的安全操作规程进行施工。

3.1.2压力钢管竖井载人吊笼运行

(1)竖井载人吊笼系统采用的钢丝绳安全系数为14。

(2)吊笼系统设置上限位器、断绳保护装置、超载保护装置。

(3)吊笼在每次运输前卷扬操作人员必须进行空载试运行，并按照日常安全检查记录表中所列内容逐一检查吊笼系统的各个部位是否安全、可靠，有无异常。维修人员每半个月对吊笼系统进行1次维护保养。如发现问题及时处理，重要部件如钢丝绳等若损伤较严重，必须更换或采取其他措施。

(4)吊笼乘坐过程中必须保证信号正确、清楚并保持通信畅通。为避免因通信故障而发生事故，采用2套通信方式：1)无线对讲机；2)安装在压力钢管安装工作平台上的有线电话。

(5)为便于卷扬操作工监视载人吊笼进入工作平台时的情况，工业电视监控系统安装在竖井安装工作平台第1与第2层之间，并在吊笼顶部设置反光牌。

(6)卷扬机操作工必须持证上岗，严格按照各工种的安全操作规程进行施工。吊笼系统必须通过当地安监部门验收方可使用。

(7)在下部平台上方安装安全网，防止上方物体掉落砸伤施工人员。平台周围安装固定围栏，防止人员高处坠落。

(8)在吊笼行走过程中施工人员禁止将头、手伸出吊笼窗外。

(9)对于突然性停电等突发状况，特种作业班组、电工班组第一时间了解设备的工作状态和停电原因，关闭外部电源并启动备用电源，保证吊笼内人员能够及时撤出。

3.1.3压力钢管安装用电

(1)设备应设置总配电箱、分配电箱、开关箱，即坚持“三级配电、两级保护”原则。

(2)总配电箱设在电源附近；分配电箱应设在用电设备或负荷相对集中的地区，分配电箱与开关箱的距离不超过30 m；开关与其控制的固定式用电设备的水平距离不超过3 m。

(3)动力配电和照明配电箱分别设置或分路设置。

(4)开关应由末级分配电箱配电，并应一机、一闸、一箱、一漏保(漏电保护装置)。

(5)配电箱、开关箱应设在干燥、通风及常温场所，空间大、无杂物；安装端正、牢固，与地面垂直距离应为1.3～1.5 m。

3.2安全管理制度

3.2.1安全检查制度

安全检查制度包括每日的常规检查、定期检查，专项检查、季节性检查和突击检查相结合的方式，及时发现生产过程中的安全生产隐患，并填写检查记录表。对所查出的问题，相关部门要及时改正，问题严重的要严肃处理，并在问题处理过程中由安全生产领导小组进行监督、检查。对违章人员要重新进行安全教育，合格后方可上岗。

3.2.2安全会议制度

严格按规定召开安全领导小组会议、安全周例会、应急工作会议，对以往工作进行总结，并协调解决安全施工中的具体问题，对下一步的安全工作任务进行部署。

3.2.3安全教育制度

做好安全教育，包括入场教育、违章教育、换岗教育、特殊工种培训教育、综合教育。

4　结论和建议

洪屏电站4条竖井总长度1 144.4 m，现压力钢管安装已经基本完成，未发生安全事故，说明只要措施得当、管理到位，水电站高竖井压力钢管安装施工的安全是有保障的。

为了更好地保证施工安全，提出以下几点建议：(1)竖井开挖完成后，应仔细清理并做好喷锚，不能有遗漏，防止高空坠物；(2)对于地下水较丰富的工程，竖井部位除应做好灌浆工作，较大排水点应做好引排，为钢管安装提供较好的施工环境；(3)多数工程洞内水雾很大，有时能见度不足2 m，采取通风措施也无效果，这种情况对电气设备影响较大，应采取必要的除湿措施保证设备安全运行。

[1]水利水电起重机械安全规程：SL 425—2008[S].

[2]岩石锚固与喷射混凝土支护工程技术规范：GB 50086—2011[S].

[3]起重机用铸造滑轮 直径的选用系列与匹配：JB/T 9005.2—1999[S].

[4]重要用途钢丝绳：GB 8918—2006[S].

[5]水利水电工程压力钢管制作安装及验收规范：GB 50766—2012[S].

(本文责编：白银雷)

2016-03-25；

2016-06-10

TV 732.4

C

1674-1951(2016)06-0034-04

杨春国(1974—)，男，辽宁新宾人，高级工程师，从事水利水电金属结构制作安装方面的工作(E-mail:ycgtyx@126.com)。