水电站洞内高竖井压力钢管安装安全管理简析.pdf

第 3 8 卷 第 6 期 2016年 6 月 华 电 技 术 Huadian Technology Vol. 38 No. 6 Jun.2016 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 10012) 摘 要摘 要: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。 关键词关键词: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 中图分类号中图分类号:TV 732.4 文献标志码文献标志码：C 文章编号文章编号： 1674 -1951(2016)06 -0034 -04 引言 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336. 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295.280m(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#5. 2 m， 材质分别为Q3 4 R 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# 4.8 5. 2 m， 材质分别为600 MPa 级 高 强 钢 （ WDB6 2 D ) 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。 收稿日期： 2016 -03 -25;修回日期： 2016 -06 -10 2竖井钢管安装专项安全技术措施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 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 1， 选用40.0 1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 x 200kN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 500kN滑轮组进行卸车， 卷扬机所承受的载荷为 F = = 390/10 =39 (kN) 50kN,式中：G 为最重 钢管管节重量为滑轮组钢丝绳缠绕数量，500kN 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 = Gn = 390 x0.1 =39 (kN) 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 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 00I C S 1 图 1竖井工作平台结构示意图 1竖井工作平台结构示意 36 华 电 技 术第 3 8 卷 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（ I2 a)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。 ( ) 平台连接强度校核。工作平台每层间利用 6 根 110工字钢进行连接， 110工字钢的截面面积为 1430 mm2, 6 根 总 的 截 面 积 为 6 x 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53.50kN)， 满足使用要求。连接点焊接 材料为E5015 (507)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。 ( ) 吊笼用滑轮的设计。吊笼用滑轮按照JB/T 9005. 21999 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0 355 mm。滑轮转 动部分由轴套和0 70 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5 8 % ， 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 kN792. 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 022mm， 6 x 37S + IWR型钢丝绳， 公称抗拉强度为 1 770 MPa， 根 据 GB 89182006 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 FY L = 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 2 0 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. 00kN、 承载人员9. 60kN、 工具2.00kN， 共 31.60kN。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2 . 21 kN， 满足使用要求。 2 2.3电气设备的布置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2 0 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竖井钢管安装安全管理措施 3 . 1 钢管安装工序安全管理 s 3 . 1 钢管安装工序安全管理 s 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 ( ) 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。 ( ) 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 第 6 期 杨 春 国 ， 等 ： 水电站洞内高竖井压力钢管安装安全管理简析 37 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。 ( ) 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。 ( ) 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。 ( ) 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） 。 ( ) 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 3.2安全管理制度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 (上接第3 0 页） 级工程师， 从事汽轮机技术服务方面的工 作（ E- mail:zhourmzjentc. com)。 吴恒刚（ 1982） 男， 浙江兰溪人， 高级工程师， 从事汽 轮机性能试验、 技术服务方面的工作（ E- mail: wuhenggang 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，