大直徑供水鋼管安裝施工技術

平 少 坤

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司,重慶 北碚區(qū) 400700)

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大直徑供水鋼管安裝施工技術

平 少 坤

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司,重慶 北碚區(qū) 400700)

摘要:針對大直徑供水鋼管焊接難度大的問題，采用新型的鋼管轉(zhuǎn)動對接裝置，將焊縫轉(zhuǎn)動到任意方便操作的角度，能夠高效、優(yōu)質(zhì)的完成鋼管轉(zhuǎn)動焊接.通過研究大直徑供水鋼管施工技術，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，并在本工程的相鄰標段也推廣應用.

關鍵詞:大直徑；鋼管；焊接

1概述

該工程為遼寧省某水利工程，合同主體工程為水工隧洞工程和管線工程，樁號D120+550～D127+108，全長6558 m.其中隧洞共分兩段，全長5060 m，4-1隧洞為無壓隧洞，馬蹄形斷面；4-2隧洞為有壓隧洞，圓形斷面.管道建安工程共分3段，包括2段管道建安工程和1段進出口連接段，總長度為1458 m.管道建安工程采用DN5400鋼管，鋼管規(guī)格為Φ5440×20/1400×250×24(Φ鋼管外徑×壁厚/加勁環(huán)間距×加勁環(huán)高度×加勁環(huán)厚度).鋼管外形尺寸圖、剖面圖分別見圖1、2.

圖1鋼管標準節(jié)外形圖 圖2鋼管標準節(jié)剖面圖

2大直徑鋼管主要施工工藝及要點

2.1工藝流程

工藝流程：鋼管吊裝→鋼管鉚接→鋼管焊接→焊縫檢測→焊縫欠缺處理和補焊→鋼管防腐.

2.2鋼管吊裝

鋼管吊裝根據(jù)管道的幾何尺寸、重量等參數(shù)，采用70 t履帶吊完成鋼管吊裝作業(yè)，70 t履帶吊主臂長24 m，依據(jù)現(xiàn)場實際量測，施工幅度為16 m，最大吊裝重量為11.23 t.為了防止吊裝不穩(wěn)起重機應在相對平整的路面進行吊裝作業(yè)，尤其在深基坑附近進行吊裝時，起重機站位及行走范圍內(nèi)的地面進行夯實，當?shù)孛孑^松軟時，鋪設鋼板.起重機在吊裝作業(yè)時，臂桿的起落及車體的回轉(zhuǎn)不得同時操作，應分開進行.

2.3鋼管鉚接

圖3　支墩平面布置圖

鋼管鉚接前首先在鋼管表面鋪設彈性墊層.彈性墊層使用聚乙烯閉孔泡沫板，厚度為10 mm，施工時，先涂一層寬度不小于10 mm的低密度聚氯乙烯底膠，再包裹聚乙烯閉孔泡沫板.

鋼管鉚接采用新研究一種安全高效的鋼管轉(zhuǎn)動對接裝置，由兩個轉(zhuǎn)臺組成，分別設置于鋼管左右側(cè)底部，轉(zhuǎn)臺包括支架，支架一端設置軸承，使用時兩個轉(zhuǎn)臺對接，并通過安裝兩個銷子連接.

為確保鋼管安裝平面坐標位置、標高及里程，本工程鋼管鉚接前采用C30混凝土支墩方式支撐固定鋼管.混凝土支墩尺寸為2.1 m×1 m，其平面布置圖見圖3.

鋼管安裝技術要求

(1)鋼管的直管及伸縮節(jié)等附件與設計軸線的平行度誤差應不大于0.2%.

(2)鋼管安裝中心的偏差應小于5 mm.

(3)鋼管始裝節(jié)的里程偏差應小于±5 mm.

(4)兩端管口垂直度應小于±3 mm.

2.4鋼管焊接

鋼管焊接采用二氧化碳氣體保護焊接方式.

焊接工藝流程：焊前準備→定位焊→焊前預熱→正式施焊→焊接檢驗→焊后熱處理→焊縫無損探傷→缺陷處理和補焊→焊接評定.

(1)焊前預熱.

正式施焊前，首先對鋼管焊縫進行預熱，預熱溫度100～150 ℃，焊前預熱采用電加熱器的方式進行加熱，恒溫30 min后進行焊接.

(2)焊接.

圖4　焊接順序圖

為防止焊接變形，采用六人對稱施焊，焊接方向自下而上，左右對稱施焊.在焊接里口時，第一層至第二層必須采用小規(guī)范焊接，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因.在焊接第二層結(jié)束后，背面進行清根.使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面的滲碳，露出金屬光澤，防止表面碳化嚴重造成裂紋.外口分兩層焊完，最后再焊里口的剩余部分(如圖4).

當焊接第二層時，焊接方向應與第一層方向相反，以此類推.每層焊接接頭應錯開15 mm～20 mm.

(3)焊后熱處理.

焊接接頭應在焊后12小時之內(nèi)進行焊后熱處理.

(4)焊接檢驗.

焊接接頭采用超聲波探傷法進行檢驗，檢驗比例為100%.

(5)焊接基本要求.

①二氧化碳氣體保護焊風速大于2 m/s或遇有大風和雨天、雪天以及環(huán)境溫度在5 ℃以下，相對濕度在90%以上時，焊接處應有可靠的防護措施，保證焊接處有所需的足夠溫度，焊工技能不受影響，方可施焊.

②施焊前，將坡口及其兩側(cè)10～20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、熔渣、油污、水跡等清除干凈.

③焊條、焊劑應放置于通風、干燥和室溫不低于5 ℃的專用庫房內(nèi)，烘焙和發(fā)放，并應及時作好實測溫度和焊條發(fā)放記錄.

(6)焊縫檢測.

焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測采用超聲波檢測和放射檢測.所有焊縫進行100%超聲波(或射線)檢測，5%射線(或超聲波)復驗.焊縫及環(huán)向焊縫交叉處的丁字焊縫進行100%射線檢驗及100%超聲波復驗.一、二類焊縫進行5%磁粉或滲透檢測.

(7)焊縫欠缺處理和補焊.

①焊縫內(nèi)部或表面發(fā)現(xiàn)裂紋時，應進行分析，找出原因，制訂措施后方可補焊.

②焊縫內(nèi)部欠缺應采用砂輪或碳弧氣刨方法清除，并修磨成利于焊接的凹槽.焊補前應檢查，如為裂紋缺欠，則應采用磁粉或滲透方法進行檢測，確認裂紋已經(jīng)消除，方可焊補.

③管壁表面凹坑深度大于板厚的10%或大于2 mm，應進行焊補，焊補后，應將焊補處磨平，檢查有無裂紋.對高強鋼還應進行磁粉或滲透檢測，不允許存在裂紋.

④鋼管表面不允許存在電弧擦傷.如有擦傷，應將擦傷處打磨，并檢查有無裂紋.

2.5鋼管防腐

(1)鋼管外壁除銹前應進行表面預處理，將外表面的油垢、泥土、雜物清理干凈，焊縫的焊接飛濺物及焊瘤打磨掉，保證外壁及焊縫表面光滑.

(2)外壁清理完畢后，用電動鋼絲刷進行外表面人工除銹，要將外表面的浮銹及氧化鐵清除干凈.經(jīng)檢查除銹合格后，應在8小時內(nèi)涂刷上底漆.若遇環(huán)境惡劣時，應進一步縮短時間.

(3)涂刷時鋼管外壁應干燥、無塵.底漆采用人工涂刷，按先軸向，后周向的步驟進行.涂刷時漆膜要飽滿、均勻、無氣泡、無凝塊、無流淌、無漏刷.

(4)第一道面料要在底料表干后涂刷，面料亦采用人工刷涂.面料的刷涂步驟和要求與底料相同，亦應一次刷涂完畢.在常溫下，涂底料與第一道面料的間隔時間不應超過24 h.

(5)在第一道面料涂刷完畢后再進行一次玻璃布纏繞前的底料涂刷.

(6)底料涂刷完成后進行玻璃布纏繞.采用干燥、脫蠟、無捻、封邊、網(wǎng)狀平紋中堿玻璃布，要求玻璃布表面平整、無皺折和空鼓.玻璃布的壓邊寬度為30～40 mm，搭接接頭長度為100～150 mm，各層搭接接頭應錯開，兩端預留50 mm的階梯接茬.

(7)玻璃布纏繞完畢，立即涂刷第二道面料，其刷涂步驟與第一道面漆相同.要求料膜飽滿均勻，將第一層玻璃布的所有網(wǎng)眼灌滿，不漏布紋，且應一次刷涂完畢.

(8)第三道面料的刷涂要在第二道面料實干(用手指捻防腐層不移動)后、固化(用手指甲用力刻防腐層不留劃痕)前進行刷涂；刷涂要求料膜飽滿均勻、無氣泡、無流淌、不漏刷、表面光滑，刷涂的步驟相同.

3新技術研究

本文中對新技術的研究通過優(yōu)化施工方法極大的節(jié)省了工期，節(jié)約了施工成本，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益.

3.1焊接技術

本工程管道焊接施工若采用普通焊條手工焊接對焊工技術要求高，生產(chǎn)效率低，它是以外部涂有涂料(藥皮)的焊條作為電極和填充金屬，電弧在焊條端部和工件表面之間進行燃燒形成熔池，隨著電弧向前移動，熔池液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶，形成焊縫.在焊接過程中，藥皮不斷地分解、熔化會產(chǎn)生大量有毒氣體及熔渣，焊芯在電弧熱作用下不斷熔化，施工過程中技術不嫻熟會造成焊滴的浪費.

采用二氧化碳氣體保護焊、“內(nèi)三外二”焊接工藝，保證了DN5400大直徑鋼管焊接質(zhì)量.以二氧化碳作為保護氣體，依靠連續(xù)送進焊絲和焊件之間發(fā)生穿透力極強的電弧，使兩種金屬充分熔合.因電弧和熔池完全處在二氧化碳氣體保護下，從而可獲得優(yōu)質(zhì)焊縫.焊接設備主要由焊槍、送絲機構(gòu)和平特性直流電源組成.

焊接材料主要由焊絲和二氧化碳氣體組成，在施工中易于做到對材料的清理回收，不亂扔、亂放.選擇二氧化碳氣體保護焊操作簡便，節(jié)省人工，極大的縮短工期.在機械選型上選擇使用了低噪音、低污染的環(huán)保機具，保證了社會效益.

3.2鋼管鉚接技術

將兩根鋼管對在一起焊接，是施工中經(jīng)常遇到的問題.大型工程用的鋼管直徑大、長度長，這就要在焊接前將每一對鋼管端頭的接縫盡可能對正，確定誤差在允許的范圍內(nèi)以后，在周圈點焊上多個點固定，然后才能將接縫全部焊接死.

目前，鋼管的端頭接縫對接是將需要對接的鋼管支撐起來，當端頭靠在一起不能對正時，要將鋼管抬起并在鋼管的下面人工加楔子來調(diào)整，調(diào)整到合格后再點焊對接.在調(diào)整對接大直徑、連接長度長的鋼管費工費時，工效低，人工加楔子調(diào)整不好把握尺度，人工操作也不安全.通過此方法對接鋼管時，鋼管外防腐層很容易被事先預埋在支墩的鋼筋及支墩接觸點破壞.

針對現(xiàn)有施工技術中存在技術缺陷，研究采用的是實用新型鋼管對接裝置.鋼管轉(zhuǎn)動對接裝置由兩個轉(zhuǎn)臺組成，分別設置于鋼管左右側(cè)底部，轉(zhuǎn)臺包括支架，支架一端設置軸承，使用時兩個轉(zhuǎn)臺對接，并通過安裝兩個銷子連接.

圖5所示為本實用新型的鋼管轉(zhuǎn)動對接支撐裝置的工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為本實用新型的鋼管轉(zhuǎn)動對接支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖.

圖5圖6

如圖5和圖6所示，本實用新型的鋼管轉(zhuǎn)動對接支撐裝置包括兩個支架1，兩個分別設置在所述的兩個支架上表面外側(cè)的支座2，以及兩個分別可旋轉(zhuǎn)地設置在所述的支座上的支承輥3，所述的兩個支架的內(nèi)側(cè)分別向內(nèi)延伸地設置有側(cè)連接板4，在所述的側(cè)連接板分別設置有銷孔5，所述的兩個支架的側(cè)連接板相互交錯并通過穿過銷孔的銷釘固定連接.將兩個支架的側(cè)連接板交錯設置，同時因為所述的側(cè)連接板上設置有沿水平方便間隔設置的多個銷孔，旋轉(zhuǎn)匹配的小孔，并利用一個或者多個銷釘穿多銷孔，可以將兩個支架連接在一起，而且，兩個側(cè)連接板上穿插銷釘位置的不同，還會導致兩個支承輥間距的變化，這樣能實際調(diào)節(jié)支撐鋼管的高度，提高其支撐效果.圖7、圖8、圖9為鋼管轉(zhuǎn)動支撐裝置和鋼管旋轉(zhuǎn)裝置在本工程中實際使用情況.

圖7鋼管轉(zhuǎn)動支撐裝置(轉(zhuǎn)臺) 圖8鋼管轉(zhuǎn)動支撐裝置(轉(zhuǎn)臺)

圖9　鋼管旋轉(zhuǎn)裝置

其中，本實用新型的主體結(jié)構(gòu)由工字鋼焊接而成，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，操作簡捷，在使用時，只需使用吊車將鋼管吊裝至混凝土支墩上，通過在鋼管底部加設千斤頂，將鋼管支起，然后放置該支撐裝置即可撤出千斤頂，為了保證支承輥支于鋼管下，每對支架分別從鋼管兩側(cè)完成對接.對接后將銷釘穿多銷孔即完成連接，而多個銷孔的設置可在對接調(diào)整搭接長度以調(diào)整支撐高度.

本實用新型能夠簡便、高效、安全的完成鋼管轉(zhuǎn)動，快速的將鋼管與上一節(jié)對接，完成鋼管焊接，具有實用價值，且制備工藝簡便，成本較低通過施加更少的力，減少勞動力使用，節(jié)約大成本費用，實現(xiàn)對大直徑鋼管的翻轉(zhuǎn)，鋼管在支承輥上轉(zhuǎn)動摩擦力很小對鋼管表面無損傷，實現(xiàn)更精準的對接，保證了鋼管對接口的無損對接，保證了鋼管連接焊接質(zhì)量.

4結(jié)束語

本文所論述的大直徑供水鋼管施工技術在負責施工的中鐵十八局集團第四工程有限公司遼寧省某水利工程中得到了成功應用.通過優(yōu)化施工方法，細化工藝方案進行成本控制，控制措施可行、高效，利用科學合理的施工方法保證了工程質(zhì)量，縮短了施工周期，并為后續(xù)工程的施工提供保障，在本工程的相鄰標段也推廣應用并取得了良好的效果，值得在類似工程中進一步推廣應用.

Research on Construction Technology o Large-diameter Water Supply Pipe

PING Shao-kun

(Tunnel Engineering Corporation of China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd,Chongqing 400700,China)

Abstract：Aiming at the problem of difficult welding of large-diameter water pipe,new type of steel pipe rotation docking device is used,by which the welding can be rotated to any angle for the convenient operation and rotating welding of steel pipe can be completed with high efficiency and high quality.In this paper,the construction technology of large-diameter steel pipe for water supply is studied.This technology has obtained good economic benefit and social benefit,which can also be applied in the project of the adjacent blocks.

Key words：large diameter;steel pipe;welding

收稿日期：2015-10-23

作者簡介：平少坤(1982-),男，工程師,從事隧洞、橋梁施工.

中圖分類號:TU 7

文獻標識碼：A