大型鋼制四通管件分塊原位組裝關(guān)鍵技術(shù)的研究

王曉光

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽 110003）

1 研究背景

某年供水量為20.84億m3的大型輸水工程，在輸水線路上設(shè)置配水站2座，站內(nèi)設(shè)計有帶加強梁三、四通共7件。由于整體輸水工程任務(wù)重，工期緊，質(zhì)量目標要求高等特點，為了保質(zhì)保量、按期完成配水站內(nèi)大型三、四通安裝完成，經(jīng)過多次技術(shù)研討最終將原整體吊裝就位實施方案優(yōu)化為分塊原位組裝焊接實施方案。

2 參數(shù)

工程所涉及的配水站內(nèi)大型三、四通管件，單重最輕為46.897 t，最重為64.984 t，管徑分別為DN3400和DN3800，管件整體結(jié)構(gòu)尺寸最大為7.45 m×8.0 m×4.62 m（長×寬×高，下文同），三、四通參數(shù)見表1。

表1 三四通參數(shù)表

本文以DN3400×30四通管件安裝為例進行論述分析。

3 四通管件分塊原位組裝技術(shù)

3.1 組裝存在問題

原方案由負責(zé)生產(chǎn)的施工單位完成加強梁四通各部位的組焊，并完成管件防腐等工作，運至安裝現(xiàn)場，由鋼管安裝的施工單位整體吊裝到位，再進行相鄰其他管件的連接。

安裝DN3400×30四通時，現(xiàn)場的施工條件為：起吊位置距離安裝位置距離是15.8 m，中間需要跨越已澆筑完成的配水站混凝土外墻高度7.3 m，需要400 t的吊車才能完成此次吊裝。為了縮短工期、節(jié)省安裝成本、保證安裝質(zhì)量，將最初的安裝方案優(yōu)化為采用構(gòu)件分塊原位組裝。

3.2 分塊方案

DN3400×30四通重64.984 t，尺寸7.45 m×8.0 m×4.62 m；三通單重45.889 t，尺寸7.45 m×6.21 m×4.62 m。因運輸條件限制，按最小安裝單元考慮，將四通整個管件分成加梁4塊、拉桿2段、主管2節(jié)、支管2節(jié)三部分，共計10個部件。DN3400×30四通構(gòu)件分塊見表2。

表2 DN3400×30四通構(gòu)件分塊表

3.3 現(xiàn)場組裝方案

為了提高施工速度，保證施工質(zhì)量和施工安全，將現(xiàn)場的混凝土結(jié)構(gòu)的支墩，優(yōu)化為內(nèi)為鋼制支墩外包混凝土的結(jié)構(gòu)型式，有效地解決了澆筑混凝土強度提升速度緩慢，制約四通構(gòu)件安裝進度的問題。步驟如下：

1）首先組立序號為3-1帶上下拉桿的加強梁，四通上下拉桿與加強梁的對接焊縫已在工廠內(nèi)完成，并通過焊縫外觀尺寸檢查、無損探傷等手段檢測合格。加強梁采用矩形斷面的方柱進行支撐，一是保證施工時的安全，二是保證加強梁的安裝高程、角度、橫縱向樁號位置精確，如圖1所示。

圖1 第一步示意圖

2）組立序號為3-2的加強梁，同樣用立撐、斜撐加固，并用橫撐與序號3-1號加強梁連接，序號3-2的加強梁與上下拉桿的連接采用拉板點焊固定，以使當(dāng)前結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定、安全，如圖2所示。

3）安裝序號為2-1的支管，此短管的縱縫、環(huán)縫已在廠內(nèi)焊接完成，并檢驗合格，坡口型式為漸變內(nèi)破口，已在廠內(nèi)切割修磨完成。支管前段直接坐在帶馬鞍座的鋼制支墩上，與上下拉桿連接處采用拉板或者絲扣進行固定，為減小正式焊接的氣刨量，支管與加強梁之間的漸變焊縫不采用點焊固定，如圖2所示。

4）組立序號3-3、3-4加強梁，組立固定方式與序號3-1、3-2加強梁方式基本相同，同樣需要立撐、橫撐來固定保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

5）組立序號2-2支管、1-1、1-2主管，組立方式與組立序號2-1支管的方法基本相同，主支管與相鄰加強梁和拉桿之間都采用拉板和絲扣進行固定，并與斜撐、立撐、橫撐組立成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體，為下一步焊接做好準備。

圖2 第二、三步示意圖

6）至此整個DN3400×30四通組立完成。在橫向和縱向位置的控制上，采用在工程沿線最近的控制點引測，在配水站混凝土地面上放出DN3400×30四通主、支管中心的在地面上投影點，并放出下拉桿的中線點，安裝時，再根據(jù)地面上的投影點放出各塊加強梁的投影中心線。放點后在正式安裝前，再次對地面的放點進行橫縱位置、高程等校測，坐標、高程在精度上完全滿足設(shè)計圖樣要求的情況下才可以進行正式安裝。正式安裝時，采用線墜三點一線的方法保證管件安裝位置的準確，即主支管出廠前打好印記的管頂中點、管底中點與地面投影點重合。一方面能保證管口位置的準確，另一方面也能測量出管口的垂直度。根據(jù)工程對安裝質(zhì)量的要求，DN3400×30四通管口的垂直度極限偏差不大于2 mm，如圖3所示。

4 原位整體與分塊組裝方案對比

4.1 吊裝難度的對比

4.1.1 整體吊裝

DN3400×30四通重64.984 t，能滿足設(shè)備需要的起吊位置距離安裝位置距離是15.8 m，中間需要跨越已澆筑完成的配水站混凝土外墻高度7.3 m，至少需要400～500 t的履帶式吊車才能完成。根據(jù)工程沿線400 t吊車的租賃情況，大致租賃價格在30萬／月左右，拆裝轉(zhuǎn)運費用約10萬／月，月平均耗油費用約5萬元，而且重型的起吊設(shè)備租賃市場不多，因為三、四通吊裝工程量不多，地點分散，攤銷拆裝轉(zhuǎn)運成本后，承租雙方很難達成一致，租賃困難。

圖3 組立完成示意圖

4.1.2 分塊組裝

為了縮短工期、節(jié)省安裝成本、保證安裝質(zhì)量，降低吊裝設(shè)備租賃的困難，將最初整體吊裝安裝方案優(yōu)化為分塊原位組裝。將DN3400×30四通構(gòu)件分為10件，分割后單件最大重量為9.181 t，最大尺寸為4 516 mm×4 419 mm×120 mm，最終現(xiàn)場使用130 t汽車式起重機輕松吊裝到位，吊車租賃全部費用為1.3萬／d，按照每個配水站大型三四通安裝工期為15 d計算，全部安裝完成節(jié)約租賃吊車成本約30萬。由此看來,采用分塊原位組裝方案可以大大降低對現(xiàn)場起吊設(shè)備的要求，同時也降低了吊裝設(shè)備運行期間對地面基礎(chǔ)的要求，有效降低了DN3400×30四通現(xiàn)場安裝的難度，提高了施工速度，降低了工程費用。

4.2 運輸難度的對比

DN3400×30四通管件是在距離安裝地點400 km的工廠內(nèi)加工，管件運輸需走連接兩地的高速公路，所經(jīng)高速路基本為雙向4車道，單側(cè)路寬為10 m。按此計算，如果整體運輸此管件，首先要對高速收費站的大部設(shè)施進行拆除，以保證運輸車輛能順利進入高速路；其次在行駛途中運輸車輛占據(jù)寬度為7.45 m，造成其他車輛無法通行。故在高速公路上整體運輸此構(gòu)件難度很大，在費用方面無可估算。

將DN3400×30四通分塊后，根據(jù)高速公路對大件車輛長、寬、高的相關(guān)要求，部分管件只要在高速管理部門的監(jiān)護下，并在管件最長、最寬、最高的部分懸掛明顯的安全標志就可以正常通行。分塊后的管件在重量和尺寸上大大降低了運輸難度，保證了管件能及時、安全運輸?shù)桨惭b地點，保證了管件的組立、焊接等后續(xù)工作的正常進行。

4.3 對比分析

通過對比分析可得出，無論從管件在對吊裝設(shè)備上的要求上，還是在運輸難度上來看分塊原位組裝方案均優(yōu)于整體安裝方案，可有效降低構(gòu)件吊裝施工難度、保證安裝質(zhì)量、縮短工期，節(jié)約成本，并在實踐中證明其分塊方案的可行。但分塊原位組裝方案也有不足之處：1）本應(yīng)在工程內(nèi)焊接防腐完成的管件因分塊需在現(xiàn)場進行組立、焊接、防腐，存在與其他部分施工交叉作業(yè)問題，需要做好施工計劃安排，避免產(chǎn)生嚴重的干擾，耽誤施工進度；2）分塊原位組裝需要在現(xiàn)場進行焊接、防腐，現(xiàn)場施工條件，如電能、風(fēng)速、濕度等對施工質(zhì)量影響較大，尤其采用二氧化碳氣體保護焊接時，風(fēng)速對焊接質(zhì)量的影響和防腐涂料飛沫對周邊已建筑物的影響需要著重考慮，施工前需對現(xiàn)場環(huán)境充分考察，制定詳細的實施方案，經(jīng)批復(fù)后才能實施。