拱形屋顶在高压电环境下的施工安全控制方案

在特殊施工环境下安装拱形屋顶是现代大型工程面临的挑战。小湾水电站主变室通风层的拱形波纹钢屋盖安装工程就面临着在500kV高压电环境下进行施工的极端困难。该工程由377块单元板（YT6118型梯形槽板）组成，横向跨度14.89米、弧长16.2米、纵向长度229.979米，采用1.2mm厚热镀铝锌彩板，总平面积3403.556平方米。通过采用专业的防护措施、科学的施工工艺和严格的安全控制体系，成功完成了这项在带电环境下进行的大型屋顶安装工程。

工程概况与施工环境

工程基本信息

小湾水电站是澜沧江中下游河段重要的水利工程：

• 工程位置：云南省南润县与凤庆县交界处澜沧江中游
• 工程等级：大（1）型一等工程
• 主坝类型：混凝土双曲拱坝（坝高294.5米，世界最高）
• 装机容量：4200万瓦（6×700万瓦）
• 年发电量：188.9亿度电
• 库容：149.14亿立方米

主变室电缆层屋顶工程参数

主变室拱形波纹钢屋盖是地下主厂房的重要组成部分：

• 结构位置：位于地下主厂房下游侧，主变室电缆层上方
• 屋盖形式：拱形波纹钢屋盖（无梁结构）
• 单元板型号：YT6118梯形槽板
• 总单元数：377块
• 板材规格：热镀铝锌彩板，厚度1.2mm
• 槽板尺寸：上槽口宽61cm，槽深18cm
• 横向跨度：14.89米
• 弧长：16.2米
• 纵向长度：229.979米
• 总覆盖面积：3403.556平方米
• 曲率半径：12.23米
• 支座位置：端部支承角钢高程EL1052.09m，距电缆层楼面垂直高度4.7米
• 跨中位置：下翼缘高程EL1057.70m，距楼面高度7.2米

特殊施工环境与挑战

该工程施工面临独特的环境挑战，国内鲜有类似工程经验可借鉴：

• 带电施工：主变室电缆层已投入商业运行，1#、2#、3#机组运行，G等电气设备带500kV高压电，无法停机
• 空间受限：地下洞室环境，作业面积和施工场地严格受限
• 路线复杂：钢屋盖需从尾水出口平台通过主厂房运输洞、主变通风洞运至主变室电缆层，距离近800米
• 高空作业：需从主变室吊物孔垂直升运约160米至电缆层
• 电气干扰：电缆布置密集，中间通道每隔11.3米就有一根高压电缆横跨
• 分段施工：受高压试验限制，分两个时间段进行（2009年11月至2010年1月，2010年8月至9月）

安全防护重点与措施

支座肋板和角钢安装的防护

支座肋板切割和支承角钢焊接是施工的难点和重点：

• 危险因素：动火作业（气割、电焊）产生的灼热焊渣、火星飞溅可能导致高压电缆或电气设备损伤，后果严重
• 防护方案：在主变室上、下游侧通风层钢屋盖支座处楼板位置，采用可拆卸支撑架加1mm厚铁皮进行防护
• 安装方法：防护架采用打孔和膨胀螺栓固定，上、下游对称布置约50米
• 操作规范：施工人员禁止在防护架上行走或站立，防止连人带架坠落
• 支座肋板：10mm厚QQ35钢板，在屋盖预埋板安装时已焊接，仅需根据设计尺寸切割支承角钢镶嵌槽
• 支承角钢：∠140×90×8不等边角钢，与肋板采用满焊连接

钢屋盖运输与吊装的防护

钢屋盖单元板的运输涉及三个关键环节：

• 地面运输：从尾水出口平台经主厂房运输洞、主变通风洞至主变室T备段吊物孔下方，距离约800米，由10名工人搬运
• 垂直运输：采用5吨电动葫芦从主变室地面（EL.998.50m）垂直吊运至主变电缆层（EL1010.50m），升运高度约160米，每块钢屋盖需系安全绳
• 水平运输：从吊物孔搬上自制的跨梁移动行车，由10多个工人推动至安装部位，每次运送2块，全程需系安全绳自我保护
• 防护要求：5吨电动葫芦及其安全装置必须经过检验，运输人员全程佩戴安全帽、系安全绳

跨梁移动行车设计

为适应地下空间的特殊环境，专门设计制造了跨梁移动行车：

• 设计灵感：从小湾永久大桥的拱形造型得到启发
• 结构形式：采用半成品方式制作，主梁采用89毫米钢管制成，可分为两部分
• 尺寸关系：弦长比钢屋盖设计弦长稍短，弧长比设计弧长稍长，便于钢屋盖搬运
• 安装方法：采用货车运至吊物孔下，通过5吨电动葫芦垂直吊运至电缆层跨梁上进行拼装
• 连接方式：主梁钢管端部采用高强螺栓固定拼装，弦长部位采用钢丝绳和调节花兰螺栓绷紧固定
• 关键功能：调节花兰螺栓在运行时对拱高调整起关键作用

施工工艺与流程

工艺流程总体步骤

整个施工过程按照以下工艺流程进行：

• 电缆和电气设备安全防护→支座肋板切槽、支承角钢安装→肋板及角钢防腐、防火涂料涂刷→肋板间砖砌挡水坎施工→钢屋盖单元板制作→钢屋盖单元板运输→钢屋盖单元板安装

单元板制作规范

钢屋盖单元板在尾水出口平台采用YT6118机组压制成形：

• 原料规格：长16200mm、宽914mm的热镀铝锌彩卷，厚度1.2mm
• 下料规格：下料长度为16200mm，跨度按14820mm控制
• 成型参数：下翼缘曲率半径为12230mm
• 质量要求：下料长度偏差不超过±10mm，成形单元板矢高偏差不超过设计值的±5%
• 表面质量：弧形槽板上的小波纹应均匀、光顺

单元板安装工艺

单元板到达安装部位后，需要进行精确的就位和固定：

• 位置调整：在跨梁移动行车上微调至设计位置，每次安装2块
• 螺栓孔钻孔：根据支承角钢位置，在现场配钻连接螺栓的螺栓孔
• 垫板安装：安装垫板并拧紧螺栓，确保板材与支撑结构紧密连接
• 板材咬合：采用锁边机将相邻单元板的拱板内翻边与外翻边紧紧咬合在一起，实现机械咬合连接
• 接缝处理：确保两相邻单元板间的间隙符合设计要求

其他构件施工

支撑结构和附属构件的处理：

• 防腐处理：支座肋板、支承角钢及预埋件外露面进行除锈处理（等级St3），人工刷漆防腐
• 防火处理：根据设计要求进行防火涂料涂刷
• 挡水坎施工：肋板间砌筑砖砌挡水坎，高度200mm、厚度240mm，采用M5水泥砂浆砌筑MU10黏土红砖，抹面厚20mm，表面做成5%坡度

安全控制与管理体系

施工前的安全准备

监理中心在施工前组织了全面的安全协调会议：

• 参会单位：小湾水电厂、业主、机电标监理、承包人、钢屋盖施工项目承包人
• 讨论内容：安全防护实施方案、防护设施搭设、动火作业防护、钢屋盖运输和安装防护
• 业主要求：搭设全封闭排架形成防护屏障，对下部所有电器设备和高压电缆有效保护，同时形成安装作业平台
• 防护设计：在竹跳板和木板铺设前用彩条铺设防尘层
• 施工纪律：架子管搭设和彩钢板运输、安装等所有施工不能触碰电器设备和高压电缆

施工过程中的安全措施

在实际施工中采取了详细的安全控制措施：

• 防护栏检查：对支座肋板切缝、支承角钢安装的防护栏制作牢固性进行检查，由安全人员监督安装
• 设施检查：防护棚在使用过程中定期检查，禁止焊渣或火星飞溅至下部机电设备
• 废料处理：切割下来的铁件及杂物及时回收，采用皮桶妥善存放，禁止乱堆乱放
• 工具管理：禁止掉落膨胀螺栓等施工材料和工器具，安装人员将扳手、锤子等工具用绳子系在腰上
• 高空安全：安装人员需将安全带扣在稳固物体上，禁止抛传施工用具
• 专职监督：设置专职安全员在主变室电缆层巡视，及时发现和排除安全隐患
• 吸烟管制：全部施工人员禁止在主变室内吸烟，禁止携带打火机
• 制度执行：进场施工人员严格执行"施工临时用电申请单、工作票、动火作业票"等制度

与其他工程的协调

在复杂的施工环境中保持与其他标段的协调：

• 干扰协调：主变钢屋盖安装与机电设备安装及机组运行间存在施工干扰，需要积极配合
• 规范遵守：严格遵守电厂运行的相关规定
• 信息沟通：与其他标段保持密切联系，避免施工冲突

常见问题

为什么必须在带高压电的环境下施工？

屋顶安装必须在主变室投入商业运行之后进行，因为高压试验需要足够的净高空间。此时电气设备已投入运行，无法停机，所以必须在带电环境下施工。这就要求采取特别的防护措施，确保不因施工操作导致停电事故。

跨梁移动行车的作用是什么？

跨梁移动行车的作用是提供一个安全的、符合拱形设计的运输和作业平台。它使得施工人员可以将钢屋盖单元板从吊物孔搬运至安装部位，同时保持屋顶的拱形精度。半成品设计使得它可以分段运输和拼装，节省吊物孔的通行空间。

为什么要采用机械咬合连接而不是焊接？

机械咬合连接（锁边）相比焊接有多个优势：避免在已投入运行的电气设备上方进行焊接作业，减少火花和高温的危险；施工速度更快，降低施工风险；连接质量更稳定，不受焊工水平和现场环境的影响。

如何保证箱体内不积水？

通过在肋板间砌筑砖砌挡水坎，并做成5%的坡度，使雨水能够自然流向上、下游侧边墙和排水系统。同时通过单元板间的紧密咬合，防止水分进入屋面板下。定期清理和维护是防止积水的长期措施。

小结

小湾水电站主变室拱形屋顶在高压电环境下的安装工程成功地展示了现代钢结构技术在极限工程条件下的应用。通过采用科学的防护体系（防护架、跨梁移动行车、全封闭作业平台）、专业的施工工艺（单元板压制、机械咬合、现场钻孔）和严格的安全管理体系，江苏杰达钢结构工程有限公司及其合作方成功完成了这项在500kV高压环境下进行的大型拱形屋顶安装工程。该项目的成功为其他特殊环境下的钢结构施工提供了宝贵经验，充分证明了拱形波纹钢屋盖结构在复杂工程条件下的可行性和安全性。

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