楊春國，陳博

(中國水利水電第六工程局有限公司機(jī)電安裝分局，遼寧 丹東　180012)

?

水電站洞內(nèi)高豎井壓力鋼管安裝安全管理簡(jiǎn)析

楊春國，陳博

(中國水利水電第六工程局有限公司機(jī)電安裝分局，遼寧 丹東180012)

以江西洪屏抽水蓄能電站引水系統(tǒng)豎井鋼管安裝為例，介紹了為保證高豎井鋼管安裝施工安全采取的主要措施，包括運(yùn)輸、吊裝設(shè)備的選擇及其特殊要求，鋼管安裝臨時(shí)工作平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算，吊籠及其鋼絲繩的選擇，用電要求以及重要工序安全管理上的要求。通過實(shí)施，確保了洪屏抽水蓄能電站洞內(nèi)高豎井壓力鋼管安裝的順利進(jìn)行。

水電站；洞內(nèi)豎井；壓力鋼管安裝；運(yùn)輸；吊裝；設(shè)備選擇；安全管理

0　引言

近幾年，抽水蓄能電站建設(shè)項(xiàng)目不斷增多。這些項(xiàng)目引水系統(tǒng)多設(shè)計(jì)為豎井或斜井，而且長(zhǎng)度大都超過100 m，其中宜興抽水蓄能電站引水系統(tǒng)豎井高度為150.756 m(上豎井)和226.128 m(下豎井)，張河灣抽水蓄能電站豎井高度為386.000 m，江西洪屏抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱洪屏電站)豎井高度為276.920 m(上豎井)和295.280 m(下豎井)，寶泉抽水蓄能電站斜井長(zhǎng)357.000 m。類似的電站還有很多，這些豎井(斜井)設(shè)計(jì)均為鋼襯結(jié)構(gòu)，由于管道較長(zhǎng)，鋼管管徑較大，屬洞內(nèi)施工，難度較大，經(jīng)常發(fā)生安全事故，安全管理成為施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。本文以洪屏電站引水系統(tǒng)豎井壓力鋼管安裝為例，介紹施工過程中采取的安全技術(shù)措施。

1　工程概況

洪屏電站引水系統(tǒng)由上庫進(jìn)/出水口、上庫閘門井兼調(diào)壓室、上平洞、上豎井、中平洞、下豎井、下平洞、岔管和引水支管等組成，引水系統(tǒng)(除上平洞、上庫閘門井兼調(diào)壓室)均用鋼管管砌。

上豎井分為#1，#2兩條豎井，高度均為276.920 m。鋼管直徑為?5.2 m，材質(zhì)分別為Q345R和600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼(WDB620D)。

下豎井分為#1，#2兩條豎井，高度均為295.280 m。鋼管直徑為?4.8～5.2 m，材質(zhì)分別為600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼(WDB620D)和800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼(WSD690E)。

鋼管安裝最大單件質(zhì)量為33.6 t，豎井鋼管吊裝設(shè)備橋機(jī)采用整體吊裝方法，最大單件質(zhì)量為39.0 t。

2　豎井鋼管安裝專項(xiàng)安全技術(shù)措施

2.1鋼管運(yùn)輸安全技術(shù)措施

2.1.1施工設(shè)備選擇[1]

(1)鋼管運(yùn)輸車輛。鋼管安裝最大運(yùn)輸單件質(zhì)量為33.8 t，豎井鋼管吊裝設(shè)備橋機(jī)安裝最大單件質(zhì)量為39.0 t，選用40.0 t拖車滿足鋼管及設(shè)備運(yùn)輸要求?？紤]運(yùn)輸安全，選擇拖板高度時(shí)盡量低，該項(xiàng)目拖板為新采購，選擇拖板高度為1.0 m。

(2)豎井鋼管吊裝卷揚(yáng)機(jī)。豎井鋼管吊裝用卷揚(yáng)機(jī)選用2×200 kN臺(tái)車式固定卷揚(yáng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)是影響鋼管吊裝安全性的決定性因素，所以對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提出以下要求：1)采用雙抱閘；2)采用變頻器，且比正常大一個(gè)型號(hào)；3)變頻電機(jī)比正常配置大一個(gè)型號(hào)；4)選用防扭轉(zhuǎn)互捻鋼絲繩；5)設(shè)置限位器保護(hù)裝置、高度指示儀、過載自鎖保護(hù)裝置；6)上述設(shè)備均選用知名品牌。該卷揚(yáng)機(jī)委托有資質(zhì)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，并委托具有制造資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)。

(3)鋼管洞內(nèi)卸車、牽引卷揚(yáng)機(jī)。

1)卸車卷揚(yáng)機(jī)。最大起重量為390 kN，通過500 kN滑輪組進(jìn)行卸車，卷揚(yáng)機(jī)所承受的載荷為F=G/N=390/10=39 (kN)<50 kN，式中：G為最重鋼管管節(jié)重量;N為滑輪組鋼絲繩纏繞數(shù)量，500 kN滑輪組取值為10。故選用50 kN卷揚(yáng)機(jī)滿足使用要求。

2)牽引卷揚(yáng)機(jī)。鋼管通過卷揚(yáng)機(jī)利用臺(tái)車或焊制在鋼管上的“鐵鞋”在軌道上進(jìn)行牽引移動(dòng)到豎井上彎段處。卷揚(yáng)機(jī)所承受的載荷為F=Gη=390×0.1=39 (kN)<50 kN，式中：η為滑動(dòng)摩擦因數(shù)(滑動(dòng)摩擦系數(shù)取最大值0.1)。故選用50 kN卷揚(yáng)機(jī)滿足使用要求。

圖1　豎井工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

3)吊籠升降牽引卷揚(yáng)機(jī)選擇。吊籠卷揚(yáng)機(jī)對(duì)保證人員上下的安全起決定性作用，該卷揚(yáng)機(jī)的選擇及設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮安全因素，為此對(duì)該卷揚(yáng)機(jī)要求如下：1)配置雙抱閘系統(tǒng)；2)除了過流保護(hù)以外，要求配置載荷限制器；3)選用防扭轉(zhuǎn)互捻鋼絲繩；4)配置盤繩器。

2.1.2400 kN天錨的設(shè)計(jì)

400 kN天錨由12根長(zhǎng)4.8 m，?32 mm的Q235圓鋼組成，巖體內(nèi)4.5 m、巖體外0.3 m用水泥砂漿加固。天錨錨桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205 MPa，錨桿的額定載荷(G1)約為400 kN，單根圓鋼的極限受拉承載力F=205×3.14×(32/2)2=164.79 (kN)，天錨極限受拉承載力F12= 164.79×12=1977.48 (kN)，安全系數(shù)為k=F12/G1=1 977.48/400=4.94，式中：k為安全系數(shù)；F12為12根錨桿的極限受拉承載力；G1為額定負(fù)荷。

根據(jù)GB 50086—2011《巖石錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》[2]標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)取1.8，實(shí)際安全系數(shù)為4.94>1.8，錨桿承受垂直載荷具有足夠的安全裕度。所有錨筋需進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后才投入使用。

2.2豎井鋼管的現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接安全技術(shù)措施

2.2.1豎井安裝工作平臺(tái)設(shè)計(jì)

工作平臺(tái)是豎井壓力鋼管安裝必備的臨時(shí)設(shè)施，由于它的作用是承載施工人員、必要設(shè)備及材料，所以必須具有可靠的安全性；另外，其結(jié)構(gòu)直接影響鋼管安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)，故其結(jié)構(gòu)必須可靠、實(shí)用。豎井工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示，中部平臺(tái)及下部平臺(tái)結(jié)構(gòu)基本相同，中部平臺(tái)上面需開進(jìn)人孔，下部平臺(tái)上需裝導(dǎo)向輪。工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力分析如下。

(1)由圖1可知，吊籠部分的吊點(diǎn)布置在上平臺(tái)主梁上，故需對(duì)主梁進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核。上平臺(tái)布置3根主梁(I20a)同時(shí)承受載荷，按載荷作用在主梁的中間考慮，所承受載荷包括吊籠、鋼絲繩、施工人員、工具及其他，共約42.65 kN。主梁(I20a)材料為Q235，單根主梁抗彎強(qiáng)度為215 MPa。主梁(I20a)實(shí)際承受最大工作正應(yīng)力為63 MPa。從以上數(shù)據(jù)可以看出，主梁的實(shí)際承載能力遠(yuǎn)大于工作載荷，滿足使用要求。

(2)平臺(tái)連接強(qiáng)度校核。工作平臺(tái)每層間利用6根I10工字鋼進(jìn)行連接，I10工字鋼的截面面積為1 430 mm2，6根總的截面積為6×1 430=8 580(mm2)，抗拉強(qiáng)度按215 MPa計(jì)算,則其承載能力為1 844.70 kN，而工作平臺(tái)總的承載不超過169.70 kN(平臺(tái)自重53.50 kN)，滿足使用要求。連接點(diǎn)焊接材料為E5015(J507)焊條，6根立柱與各層連接部位按一類焊縫進(jìn)行焊接，焊腳不小于12 mm。

2.2.2豎井吊籠系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)載人吊籠選擇。吊籠的作用是承載施工人員、必要設(shè)備及材料上下的通道，必須具有可靠的安全性，故吊籠采用礦山專用設(shè)備，由專業(yè)廠家制作，吊籠內(nèi)安裝有斷繩保護(hù)器等裝置，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行吊籠的安裝、調(diào)試、驗(yàn)收等工作。

(2)吊籠用滑輪的設(shè)計(jì)。吊籠用滑輪按照J(rèn)B/T 9005.2—1999《起重機(jī)用鑄造滑輪 直徑的選用系列與匹配》[3]要求，滑輪外形尺寸?355 mm?；嗈D(zhuǎn)動(dòng)部分由軸套和?70 mm軸組成。軸采用45鋼，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為355 MPa，軸的設(shè)計(jì)截面為3 848 mm2，則軸所承受的設(shè)計(jì)載荷為1 366.04 kN。軸的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的58%，故軸的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為792.30 kN。

吊籠用滑輪工作狀態(tài)所承受載的荷包括吊籠11.00 kN、鋼絲繩自重(按照750 m計(jì)算) 13.50 kN、承載人員9.60 kN、工具2.00 kN，所承受載荷為36.10 kN<792.30 kN，滿足使用要求。

(3)吊籠鋼絲繩的選用。吊籠的鋼絲繩采用?22 mm，6×37S+IWR型鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度為1 770 MPa，根據(jù)GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》[4]標(biāo)準(zhǔn)，按照鋼絲繩的最小破斷拉力計(jì)算，最小破斷拉力為283.00 kN。

國家規(guī)定用于載人的提升機(jī)安全系數(shù)K=14，按照上述要求計(jì)算用于載人吊籠的鋼絲繩的允許拉力FYL=FPL/K=283/14=20.21 (kN)。鋼絲繩實(shí)際受力分析如下：吊籠鋼絲繩工作狀態(tài)所承受載荷包括吊籠11.00 kN、鋼絲繩自重(按照250 m計(jì)算)4.50 kN、承載人員9.60 kN、工具2.00 kN。由于整個(gè)吊籠系統(tǒng)的滑輪組由3個(gè)定滑輪，1個(gè)動(dòng)滑輪組組成，其阻力系數(shù)K=1.216。鋼絲繩實(shí)際受力為19.22 kN，滿足使用要求。

(4)吊籠斷繩保護(hù)器用鋼絲繩的選用。鋼絲繩工作狀態(tài)所承受載荷包括吊籠11.00 kN、起升鋼絲繩自重(按500 m計(jì)算)9.00 kN、承載人員9.60 kN、工具2.00 kN，共31.60 kN。由于斷繩保護(hù)器有2個(gè)工作繩，實(shí)際鋼絲繩受力15.08 kN,小于鋼絲繩允許拉力20.21 kN，滿足使用要求。

2.3電氣設(shè)備的布置

(1)備用電源的布置。在豎井配電盤附近安裝1臺(tái)備用發(fā)電機(jī)，備用發(fā)電機(jī)為全自動(dòng)雙電源切換，停電后可快速啟動(dòng)，發(fā)電功率為50 kW，可滿足豎井施工人員上下及洞內(nèi)應(yīng)急照明使用。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)用電采用三相五線制，電氣設(shè)備的金屬外殼必須與專用保護(hù)零線連接。

(3)凡采用220 V電源照明，均必須按規(guī)定布線和裝置燈具，隧道洞內(nèi)使用24 V安全電壓照明，壓力鋼管內(nèi)部使用12 V安全電壓照明。

3　豎井鋼管安裝安全管理措施

3.1鋼管安裝工序安全管理[5]

豎井鋼管安裝除應(yīng)遵守相應(yīng)安全技術(shù)規(guī)范要求外，以下安裝工序還應(yīng)遵守相應(yīng)的要求。

3.1.1壓力鋼管豎井內(nèi)吊裝

(1)豎井鋼管運(yùn)輸系統(tǒng)用于吊裝鋼管的鋼絲繩安全系數(shù)為6。

(2)鋼管在吊裝過程中設(shè)專人統(tǒng)一指揮，必須信號(hào)正確、清楚并保持通信暢通。

(3)鋼管在吊放時(shí)，施工平臺(tái)上嚴(yán)禁有人員施工。

(4)橋式起重機(jī)系統(tǒng)必須通過當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)部門驗(yàn)收，方可使用。特種作業(yè)操作人員必須持證上崗，嚴(yán)格按照各工種的安全操作規(guī)程進(jìn)行施工。

3.1.2壓力鋼管豎井載人吊籠運(yùn)行

(1)豎井載人吊籠系統(tǒng)采用的鋼絲繩安全系數(shù)為14。

(2)吊籠系統(tǒng)設(shè)置上限位器、斷繩保護(hù)裝置、超載保護(hù)裝置。

(3)吊籠在每次運(yùn)輸前卷揚(yáng)操作人員必須進(jìn)行空載試運(yùn)行，并按照日常安全檢查記錄表中所列內(nèi)容逐一檢查吊籠系統(tǒng)的各個(gè)部位是否安全、可靠，有無異常。維修人員每半個(gè)月對(duì)吊籠系統(tǒng)進(jìn)行1次維護(hù)保養(yǎng)。如發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，重要部件如鋼絲繩等若損傷較嚴(yán)重，必須更換或采取其他措施。

(4)吊籠乘坐過程中必須保證信號(hào)正確、清楚并保持通信暢通。為避免因通信故障而發(fā)生事故，采用2套通信方式：1)無線對(duì)講機(jī)；2)安裝在壓力鋼管安裝工作平臺(tái)上的有線電話。

(5)為便于卷揚(yáng)操作工監(jiān)視載人吊籠進(jìn)入工作平臺(tái)時(shí)的情況，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)安裝在豎井安裝工作平臺(tái)第1與第2層之間，并在吊籠頂部設(shè)置反光牌。

(6)卷揚(yáng)機(jī)操作工必須持證上崗，嚴(yán)格按照各工種的安全操作規(guī)程進(jìn)行施工。吊籠系統(tǒng)必須通過當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)部門驗(yàn)收方可使用。

(7)在下部平臺(tái)上方安裝安全網(wǎng)，防止上方物體掉落砸傷施工人員。平臺(tái)周圍安裝固定圍欄，防止人員高處墜落。

(8)在吊籠行走過程中施工人員禁止將頭、手伸出吊籠窗外。

(9)對(duì)于突然性停電等突發(fā)狀況，特種作業(yè)班組、電工班組第一時(shí)間了解設(shè)備的工作狀態(tài)和停電原因，關(guān)閉外部電源并啟動(dòng)備用電源，保證吊籠內(nèi)人員能夠及時(shí)撤出。

3.1.3壓力鋼管安裝用電

(1)設(shè)備應(yīng)設(shè)置總配電箱、分配電箱、開關(guān)箱，即堅(jiān)持“三級(jí)配電、兩級(jí)保護(hù)”原則。

(2)總配電箱設(shè)在電源附近；分配電箱應(yīng)設(shè)在用電設(shè)備或負(fù)荷相對(duì)集中的地區(qū)，分配電箱與開關(guān)箱的距離不超過30 m；開關(guān)與其控制的固定式用電設(shè)備的水平距離不超過3 m。

(3)動(dòng)力配電和照明配電箱分別設(shè)置或分路設(shè)置。

(4)開關(guān)應(yīng)由末級(jí)分配電箱配電，并應(yīng)一機(jī)、一閘、一箱、一漏保(漏電保護(hù)裝置)。

(5)配電箱、開關(guān)箱應(yīng)設(shè)在干燥、通風(fēng)及常溫場(chǎng)所，空間大、無雜物；安裝端正、牢固，與地面垂直距離應(yīng)為1.3～1.5 m。

3.2安全管理制度

3.2.1安全檢查制度

安全檢查制度包括每日的常規(guī)檢查、定期檢查，專項(xiàng)檢查、季節(jié)性檢查和突擊檢查相結(jié)合的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的安全生產(chǎn)隱患，并填寫檢查記錄表。對(duì)所查出的問題，相關(guān)部門要及時(shí)改正，問題嚴(yán)重的要嚴(yán)肅處理，并在問題處理過程中由安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組進(jìn)行監(jiān)督、檢查。對(duì)違章人員要重新進(jìn)行安全教育，合格后方可上崗。

3.2.2安全會(huì)議制度

嚴(yán)格按規(guī)定召開安全領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議、安全周例會(huì)、應(yīng)急工作會(huì)議，對(duì)以往工作進(jìn)行總結(jié)，并協(xié)調(diào)解決安全施工中的具體問題，對(duì)下一步的安全工作任務(wù)進(jìn)行部署。

3.2.3安全教育制度

做好安全教育，包括入場(chǎng)教育、違章教育、換崗教育、特殊工種培訓(xùn)教育、綜合教育。

4　結(jié)論和建議

洪屏電站4條豎井總長(zhǎng)度1 144.4 m，現(xiàn)壓力鋼管安裝已經(jīng)基本完成，未發(fā)生安全事故，說明只要措施得當(dāng)、管理到位，水電站高豎井壓力鋼管安裝施工的安全是有保障的。

為了更好地保證施工安全，提出以下幾點(diǎn)建議：(1)豎井開挖完成后，應(yīng)仔細(xì)清理并做好噴錨，不能有遺漏，防止高空墜物；(2)對(duì)于地下水較豐富的工程，豎井部位除應(yīng)做好灌漿工作，較大排水點(diǎn)應(yīng)做好引排，為鋼管安裝提供較好的施工環(huán)境；(3)多數(shù)工程洞內(nèi)水霧很大，有時(shí)能見度不足2 m，采取通風(fēng)措施也無效果，這種情況對(duì)電氣設(shè)備影響較大，應(yīng)采取必要的除濕措施保證設(shè)備安全運(yùn)行。

[1]水利水電起重機(jī)械安全規(guī)程：SL 425—2008[S].

[2]巖石錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范：GB 50086—2011[S].

[3]起重機(jī)用鑄造滑輪 直徑的選用系列與匹配：JB/T 9005.2—1999[S].

[4]重要用途鋼絲繩：GB 8918—2006[S].

[5]水利水電工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范：GB 50766—2012[S].

(本文責(zé)編：白銀雷)

2016-03-25；

2016-06-10

TV 732.4

C

1674-1951(2016)06-0034-04

楊春國(1974—)，男，遼寧新賓人，高級(jí)工程師，從事水利水電金屬結(jié)構(gòu)制作安裝方面的工作(E-mail:ycgtyx@126.com)。