沐若水電站引水系統(tǒng)壓力鋼管安裝工藝研究

鐘學(xué)鋒 夏 毅

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 鋼管簡(jiǎn)介

沫若電站壓力鋼管共2 條，由上到下分別為：上平段、調(diào)壓井段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段、岔管段、支管段。其中上平段、調(diào)壓井段、上彎段以及部分豎井段管壁材料為Q345R，其余管壁材料為07MnCrMoVR，管壁板厚（不包括月牙肋板）從30 mm 逐漸過渡到72 mm，其中最厚鋼板為岔管月牙板，其厚度為150 mm。

位于河流右側(cè)為1#壓力鋼管，對(duì)應(yīng)的機(jī)組為3#、4#機(jī)組，左側(cè)為2#鋼管，對(duì)應(yīng)機(jī)組為1#、2#機(jī)組，兩條鋼管水平中心距為35 m，其中1#鋼管管節(jié)軸線總長(zhǎng)度為1 422.244 m，總重為8 848.5 t，2#鋼管總長(zhǎng)為1 465.143 m，總重量為9 092 t。1#壓力鋼管起始位置為DI1+344.526，2#壓力鋼管起始節(jié)位置為DII1+294.096。鋼管從起始段到下游蝸殼進(jìn)口段，管徑依次漸變：Φ8 000→Φ7 000→Φ6 200→Φ5 700→Φ5 500→Φ4 200→Φ3 400。

2 安裝工藝流程介紹

壓力鋼管安裝分為現(xiàn)場(chǎng)制造與現(xiàn)場(chǎng)安裝兩大部分，對(duì)于車間制造，主要完成瓦片的組圓、縱縫焊接工序，根據(jù)進(jìn)度分析，2 條壓力鋼管需要同時(shí)安裝。

現(xiàn)場(chǎng)布置2個(gè)壓力鋼管制造車間，其中之一布置在下平洞施工支洞附近，車間為輕型鋼結(jié)構(gòu)，車間有效使用面積為78 m×18 m，設(shè)置4個(gè)組拼工位，2個(gè)焊接工位。在該車間，主要布置有1 臺(tái)25 t龍門吊，1 臺(tái)自動(dòng)焊滾焊臺(tái)車，以及自制鋼管校圓工裝，對(duì)于鋼管成品，將利用拖車運(yùn)放到附近指定的設(shè)備堆放場(chǎng)。

在上平段調(diào)壓井位置設(shè)置一個(gè)組裝車間，車間采用輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，在該車間內(nèi)配置1 臺(tái)25 t 龍門吊，并對(duì)該龍門吊進(jìn)行改造，保證龍門吊的有效起升高度滿足壓力鋼管從調(diào)壓井下放的要求。該車間設(shè)置2個(gè)組裝工位和一個(gè)自動(dòng)焊接工位，對(duì)于鋼管成品，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置堆放區(qū)。

現(xiàn)場(chǎng)安裝管節(jié)運(yùn)輸與就位的主要設(shè)備配置：鋼管管節(jié)運(yùn)輸配置1 臺(tái)30 t 平板拖車、1 臺(tái)50 t 汽車吊配合裝車，1 臺(tái)150 t 汽車吊配合岔管安裝。鋼管管節(jié)洞內(nèi)運(yùn)輸主要采用卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組以及地錨配合運(yùn)輸，在每條壓力鋼管的豎井位置布置1 臺(tái)20 t卷?yè)P(yáng)機(jī)和1 臺(tái)10 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，配合上平段、豎井及彎段部位的管節(jié)安裝。在每條壓力鋼管的下平段位置布置3 臺(tái)10 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，配合該部位的管節(jié)安裝。對(duì)于支管，則利用廠房土建施工門機(jī)負(fù)責(zé)吊裝到施工洞口，然后利用臺(tái)車運(yùn)輸就位。

3 壓力鋼管安裝工作面設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況結(jié)合土建交面時(shí)間，每條壓力鋼管安裝設(shè)置5個(gè)安裝工作面。每條鋼管下平段設(shè)置2個(gè)工作面，岔管、支管、下彎段至上平段各設(shè)置1個(gè)工作面。

4 壓力鋼管定位節(jié)及湊合節(jié)設(shè)置

每條壓力鋼管設(shè)置2個(gè)定位節(jié)，一個(gè)定位節(jié)為岔管，另一個(gè)為下彎段相連結(jié)的漸變段管節(jié)。

以岔管進(jìn)水口端面為定位端面，以此為基準(zhǔn)，依次向上游安裝下平段壓力管道，以岔管支管出口斷面為基準(zhǔn)，依次向下游安裝機(jī)組的支管段。

以漸變段下游管口為基準(zhǔn)，依次向下游安裝下平段壓力鋼管，以漸變段上游管口為基準(zhǔn)，依次向上游安裝其余管節(jié)。

在施工支洞交匯處設(shè)置下平段鋼管湊合節(jié)，滿足調(diào)整由于兩個(gè)不同方向安裝的下平段鋼管的連接。湊合節(jié)采用4個(gè)瓦片湊合的方式，瓦片長(zhǎng)度方向預(yù)留100 mm 以上的切割余量，當(dāng)瓦片實(shí)際湊合線位置確定后，再用磁力切割機(jī)進(jìn)行切割，用氣刨和砂輪機(jī)配合開坡口。

5 岔管安裝

5.1 岔管組裝

岔管瓦片運(yùn)輸采用平板拖車由港口碼頭直接運(yùn)輸?shù)浇M裝工位，然后利用150 t 汽車吊卸車就位，組裝過程中的瓦片位置調(diào)整利用千斤頂配合調(diào)整。岔管在新增的岔管運(yùn)輸施工支洞洞口設(shè)置組裝平臺(tái)，在該平臺(tái)上組裝成整體。根據(jù)施工支洞洞口空間位置，岔管只能依次組裝，先組裝1#岔管，當(dāng)1#岔管組裝驗(yàn)收合格后，將其拖拉到安裝位置，然后再在組裝平臺(tái)組裝2#岔管。

5.2 岔管水壓試驗(yàn)

岔管工作壓力為4.29 MPa，水壓試驗(yàn)最高壓力為5.36±0.2 MPa，岔管水壓試驗(yàn)在組裝場(chǎng)地進(jìn)行，每個(gè)岔管水壓試驗(yàn)需要占用約1個(gè)月的直線工期。

5.3 岔管洞內(nèi)運(yùn)輸

經(jīng)組拼驗(yàn)收合格的岔管整體運(yùn)輸?shù)桨惭b洞內(nèi)。岔管在洞內(nèi)的運(yùn)輸利用10 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)及32 t 滑輪組作為動(dòng)力，用拖排的方式運(yùn)輸進(jìn)洞，在施工支洞沿途布置導(dǎo)向，利用導(dǎo)向和滑輪組配合將岔管拖拉到位，然后利用千斤頂將岔管調(diào)整到安裝位置。

5.4 岔管的安裝與回填混凝土

當(dāng)岔管運(yùn)輸?shù)桨惭b洞位置后，首先調(diào)整岔管管口的水平，將岔管水平高程基本調(diào)整到位，然后再調(diào)整管口中心線樁號(hào)和里程控制，經(jīng)反復(fù)多次調(diào)整且滿足要求后，采用型鋼進(jìn)行加固。

岔管洞內(nèi)安裝與調(diào)整工具主要采用千斤頂，安裝尺寸主要利用預(yù)置高程點(diǎn)和坐標(biāo)控制點(diǎn)采用拉線和吊線錘的方式進(jìn)行測(cè)量控制。

岔管安裝驗(yàn)收合格后，回填二期混凝土，回填過程需派專人監(jiān)測(cè)，防止岔管位移，岔管回填混凝土完成后，進(jìn)行再次測(cè)量驗(yàn)收，并以此作為定位節(jié)安裝數(shù)據(jù)，安裝岔管上下游管節(jié)。

6 下平段壓力鋼管運(yùn)輸

在下平段壓力鋼管運(yùn)輸之前，采用輕型鋼結(jié)構(gòu)框架來模擬鋼管外形幾何最大尺寸，將該模擬構(gòu)件捆扎在運(yùn)輸車輛上，沿下平段壓力鋼管運(yùn)輸經(jīng)過的路徑進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對(duì)于不滿足運(yùn)輸要求的空間和路段進(jìn)行處理，直到滿足運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

壓力鋼管在制造車間或堆放場(chǎng)利用龍門吊或50 t 汽車吊配合裝車，然后沿下平段施工支洞運(yùn)輸?shù)桨惭b洞內(nèi)。由于下平段施工支洞截面尺寸的限制，壓力鋼管只能采取管口平面垂直地面的方式裝車運(yùn)輸，并且壓力鋼管運(yùn)輸車平板距離地面的高度不能高于1.1 m。

對(duì)于1#壓力管道鋼管，采用臺(tái)車通過連通洞的運(yùn)輸方式將鋼管運(yùn)輸?shù)?#洞位置，對(duì)于2#壓力鋼管，在洞內(nèi)的合適位置布置天錨卸車。

7 上平段、調(diào)壓井、支管、豎井及彎段鋼管運(yùn)輸

上平段、調(diào)壓井、豎井、及彎段壓力鋼管管節(jié)組裝在車間2 進(jìn)行。該車間布置在調(diào)壓井頂平面位置，在該車間將管節(jié)由瓦片組裝成管節(jié)，然后利用車間龍門吊將管節(jié)沿調(diào)壓井下放到臺(tái)車上，對(duì)于下彎段和豎井位置的鋼管，利用在豎井平面位置擴(kuò)挖的施工承重墻，在該承重墻上布置吊梁和滑輪組，將該位置的鋼管吊裝下放到安裝位置。對(duì)于上彎段壓力鋼管，利用臺(tái)車運(yùn)輸?shù)桨惭b位置后，采用天錨吊裝就位。對(duì)于上平段壓力鋼管，利用臺(tái)車水平運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫珣?yīng)注意上平漸變段需要預(yù)先運(yùn)到洞內(nèi)，然后采用倒裝的方式進(jìn)行安裝。最后采用龍門吊直接吊裝岔管和調(diào)壓井管道。該部分岔管制造分塊尺寸應(yīng)滿足洞內(nèi)吊裝限制尺寸的要求；支管將采用廠房布置的DZQ100 型門機(jī)吊裝。首先將支管用載重汽車運(yùn)輸?shù)介T機(jī)覆蓋范圍內(nèi)，然后用門機(jī)將支管吊裝到引水鋼管洞口，在洞口，利用臺(tái)車將支管運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

8 臺(tái)車運(yùn)輸軌道布置

軌道用途：利用臺(tái)車將壓力鋼管沿軌道運(yùn)到安裝位置；壓力鋼管安裝調(diào)整合格后，利用型鋼將鋼管與軌道連接加固，保證壓力鋼管澆注混凝土?xí)r位移控制在允許范圍內(nèi)。

軌道布置：臺(tái)車軌道利用I20a 工字鋼，布置在洞內(nèi)混凝土支墩上，混凝土支墩頂面高程根據(jù)壓力鋼管支腿間距確定，混凝土截面尺寸約為300 mm×300 mm，支墩混凝土屬于鋼管回填混凝土部分，壓力鋼管安裝后不進(jìn)行拆除，因此按照永久混凝土技術(shù)要求澆注。

9 安裝樣點(diǎn)布置

壓力鋼管安裝主要控制點(diǎn)為管節(jié)中心點(diǎn)的高程和平面位置。因此設(shè)置管節(jié)安裝樣點(diǎn)主要用來控制壓力鋼管管口截面位置。采用線錘將管節(jié)的兩腰點(diǎn)投影到洞內(nèi)樣點(diǎn)上，用來控制管中心的平面位置，利用水平儀測(cè)量?jī)裳母叱?，用來控制管?jié)中心點(diǎn)的高程。

壓力鋼管控制樣點(diǎn)根據(jù)洞內(nèi)鋼管安裝進(jìn)度分段布置，測(cè)量放樣利用全站儀。樣點(diǎn)布置原則：保證安裝節(jié)管口中心高程和位置測(cè)量方便，高程和位置樣點(diǎn)均采用水泥釘固定在洞內(nèi)，并用紅油漆標(biāo)記，然后繪制樣點(diǎn)圖。

10 定位節(jié)安裝

每條壓力鋼管設(shè)有2個(gè)定位節(jié)：岔管和下平漸變段鋼管。

定位節(jié)安裝質(zhì)量的控制好壞，直接影響到其余管節(jié)安裝的質(zhì)量。安裝的要點(diǎn)是控制中心、高程和環(huán)縫間隙。安裝時(shí)，先進(jìn)行中心的調(diào)整，用千斤頂調(diào)整鋼管，使鋼管口的下中心對(duì)準(zhǔn)控制樣點(diǎn)，然后采用4個(gè)千斤頂，均衡地將鋼管調(diào)整到要求的高程。合格后用榔頭在鋼管與支墩間隙之間打入鍥型鐵，撤出千斤頂，重新檢測(cè)和調(diào)整中心、高程、里程，這樣反復(fù)數(shù)次，直到滿足要求后進(jìn)行加固。加固完后再次進(jìn)行中心、高程、里程的檢測(cè)，并作好記錄。

11 其余管節(jié)和湊合節(jié)的組裝

定位節(jié)安裝加固合格后，進(jìn)行第二管節(jié)的安裝，采用千斤頂調(diào)整管節(jié)，使管節(jié)的上、下游管口中心、里程、高程符合安裝設(shè)計(jì)要求，彎管段還應(yīng)檢查彎度。所有檢查項(xiàng)目符合要求后，進(jìn)行壓縫。

壓縫采用壓碼等簡(jiǎn)易工裝進(jìn)行。壓縫時(shí)注意鋼板錯(cuò)牙和環(huán)縫間隙。壓縫完成后，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，合格后進(jìn)行加固、環(huán)縫焊接。

最后進(jìn)行湊合節(jié)安裝，湊合節(jié)以瓦片形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割和焊接。首先將瓦片吊裝進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，利用臨時(shí)壓碼將瓦片固定，然后以安裝好的鋼管為基準(zhǔn)進(jìn)行劃線，將瓦片按照切割線，采用磁力切割機(jī)進(jìn)行切割。然后進(jìn)行壓縫和焊接。

12 鋼管安裝質(zhì)量控制

鋼管安裝質(zhì)量檢測(cè)的主要項(xiàng)目及評(píng)價(jià)按表1～表5 的要求執(zhí)行，焊接質(zhì)量按照焊接工藝要求執(zhí)行。

表1 埋管管口中心和里程評(píng)定表

表2 埋管圓度評(píng)定表

表3 縱縫、環(huán)縫錯(cuò)位評(píng)定表

表4 鋼管內(nèi)、外壁表面清除和局部凹坑焊補(bǔ)評(píng)定表

表5 灌漿孔堵焊評(píng)定表

13 壓力鋼管安裝焊接工藝

壓力鋼管安裝環(huán)焊縫焊接采用手工焊為主，對(duì)于湊合節(jié)縱縫采用埋弧自動(dòng)焊。

鋼管安裝前，按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，編寫焊接工藝評(píng)定報(bào)告，根據(jù)已批準(zhǔn)的焊接工藝評(píng)定制定詳細(xì)的、切實(shí)可行的焊接工藝。

施焊前，對(duì)鋼管主要尺寸（高程、里程、周長(zhǎng)、橢圓度等）再次進(jìn)行檢查，有偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)校正。還應(yīng)檢查定位焊間距、厚度、長(zhǎng)度等，檢查焊接質(zhì)量，如有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷應(yīng)清除。所有距離焊縫50 mm 內(nèi)的鋼板及坡口表面的氧化皮、鐵銹、油污或其它雜物均應(yīng)清理干凈，每一道焊完后及時(shí)清理，檢查合格后再焊。

環(huán)縫焊接由6～8個(gè)焊工對(duì)稱焊接，采用多層多道焊。焊接過程中按照焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行，嚴(yán)格控制焊接規(guī)范。環(huán)縫焊接逐條焊接，管壁上不得隨意焊接臨時(shí)支撐或腳踏板等構(gòu)件。雙面焊接時(shí)，在其單側(cè)焊接后進(jìn)行清根并打磨處理；多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開；每條焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，當(dāng)因故中斷焊接時(shí)，采取防裂措施，在重新焊接前應(yīng)將表面清理干凈；拆除引、熄弧板時(shí)不應(yīng)傷及母材，拆除后應(yīng)將殘余焊疤打磨至與母材表面平齊。焊接完畢，焊工應(yīng)自檢，一、二類焊縫自檢合格后在焊縫附近用鋼印打上工號(hào)，并做好記錄。高強(qiáng)鋼不打鋼印，但進(jìn)行編號(hào)并作好記錄。

根據(jù)焊接工藝要求預(yù)熱的部位，其定位焊和主縫均應(yīng)預(yù)熱（定位焊預(yù)熱溫度較主縫預(yù)熱溫度提高20℃～30℃），并在焊接過程中保持預(yù)熱溫度。層間溫度不低于預(yù)熱溫度，且不高于230℃。焊縫預(yù)熱采用遠(yuǎn)紅外線加熱器預(yù)熱。預(yù)熱過程中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)焊縫兩側(cè)3 倍板厚且不小于100 mm 的范圍內(nèi)的溫度。

所有焊縫的外觀及內(nèi)部無損檢測(cè)按照《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范》中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。內(nèi)部無損探傷在24 h 后進(jìn)行，焊縫內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有裂紋等危險(xiǎn)缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析，找出原因，制定措施，方可進(jìn)行返修。

14 壓力鋼管安裝防腐

壓力鋼管安裝防腐主要指焊縫位置和施工中損壞的局部位置進(jìn)行防腐。

防腐主要利用手工涂刷的方式進(jìn)行。在壓力鋼管安裝調(diào)整合格后，利用人工進(jìn)行涂刷防腐。

15 結(jié)論

按照以上方案進(jìn)行沫若壓力鋼管的安裝，實(shí)踐證明該方案是合理可行的，該工程積累的經(jīng)驗(yàn)可以推廣到類似工程。