大管徑鋼管倒裝吊裝與焊接技術(shù)探析

王志峰

（中鐵建設(shè)集團(tuán)北京分公司，北京 100040）

1 工程概況

北京終端管制中心工程位于北京市順義區(qū)李橋鎮(zhèn)中心區(qū)工業(yè)用地西部，建設(shè)規(guī)模約65 975㎡，其中地上建筑面積61 057㎡，地下建筑面積4 918㎡，由終端管制樓、管制訓(xùn)練樓、訓(xùn)練學(xué)員宿舍、食堂及活動中心、動力能源中心組成。

動力能源中心屋面標(biāo)高為23.01m，冷水機(jī)組設(shè)在動力能源中心1層機(jī)房內(nèi)，冷卻塔設(shè)在屋面，冷卻水管道采用大管徑為D700mm×9mm螺旋焊接鋼管，經(jīng)過1層管井接向屋面冷卻塔，該制冷機(jī)房負(fù)責(zé)終端管制中心工程的制冷負(fù)荷。

2 高層建筑大管徑鋼管安裝

2.1 施工工藝流程

首先進(jìn)行管道的綜合排布→對管道分段吊裝并分別進(jìn)行編號→對預(yù)制管道進(jìn)行分段標(biāo)識→安裝管道支吊架→利用塔式起重機(jī)將管道初步定位→再用倒鏈將管道精細(xì)定位→焊接管道安裝管道支架→管道局部對口焊接→安裝吊托架→焊口刷漆→水壓試驗(yàn)。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 安裝準(zhǔn)備及材料檢驗(yàn)

管道安裝前，根據(jù)圖紙利用BIM技術(shù)進(jìn)行管道綜合排布，將管道路由進(jìn)行綜合排布，根據(jù)確定好的管道路由進(jìn)行定尺下料，材料進(jìn)場后，應(yīng)進(jìn)行管道壁厚及規(guī)格檢驗(yàn)，經(jīng)過大管徑鋼板卷焊與無縫鋼管進(jìn)行對比，無縫鋼管壁厚偏差比卷焊鋼管偏差率低，為避免由于錯邊量過大造成管道焊接質(zhì)量和管道坡度的影響，必須嚴(yán)格檢測同批管道的管道直徑誤差，將其偏差控制在規(guī)范要求內(nèi)[1]。

2.2.2 管道分段切割及標(biāo)識

大管徑的鋼管通常采用卷焊焊接鋼管，每根鋼管焊接之間必須預(yù)留足夠的坡口寬度，為提高管道切割后的對口焊接質(zhì)量，應(yīng)盡量保證同一根管道在同一中心，利用焊接定位的方式將管道進(jìn)行定位焊接，為此對每根切口管道進(jìn)行標(biāo)識，從而降低對口偏差，如圖1所示，每個管道標(biāo)識2處。

2.2.3 管道支架安裝

2.2.3.1 管井內(nèi)管道安裝

1）正裝法 先將管道根據(jù)BIM技術(shù)進(jìn)行分割，分割完成后的管道運(yùn)至車庫地下1層，經(jīng)塔式起重機(jī)將管道通過管井由下至上逐節(jié)安裝。按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求設(shè)置預(yù)制支架，將立管固定在豎井內(nèi)預(yù)先安裝好的管道支架上。待管道固定牢固并檢查合格后，再根據(jù)管道標(biāo)識依次吊裝下1節(jié)管道，安裝到位后與上1節(jié)管道對口焊接，豎井內(nèi)管道按照由上到下的施工順序進(jìn)行安裝。

圖1 管道分段切割標(biāo)識

2）倒裝法 管道從上向下逐節(jié)倒裝安裝，管道連接的所有焊口均在統(tǒng)一位置進(jìn)行焊接。根據(jù)施工現(xiàn)場結(jié)構(gòu)情況確定豎井頂部吊裝支架，本工程管道豎井結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，吊裝支架采用雙牛腿支架，吊耳焊接在牛腿支架的橫梁上，固定支架承擔(dān)全部立管的荷載。底部支架設(shè)置在2層，由于該管段負(fù)荷較小，采用單懸臂支架，為保證分段管道吊裝完成后與上部管段的焊接質(zhì)量，下部管道支架采用活動形式。將管道吊裝至指定位置后進(jìn)行臨時(shí)固定，并根據(jù)豎井內(nèi)管道支撐方式施工圖，焊接筋板，將管道支撐固定設(shè)置在每層的支架上。

2.2.3.2 地下室水平干管支架及管井立管管道固定支架安裝

地下室水平干管根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求安裝完成，與管道立管連接，在水平及豎向方向利用固定支架進(jìn)行固定，在水平干管與豎向立管連接處50cm范圍內(nèi)安裝水平固定支架，支架根部采用10號槽鋼固定在頂板上。由于豎向立管底部水平支架承載較大荷載，一般采用鋼管支架，支架形式如圖2所示。

圖2 支架形式

3 質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1）管道焊縫外形規(guī)格尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙及施工驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，管道焊縫高度不得低于母材表面，管道焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。管道焊縫區(qū)域表面應(yīng)無裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、弧坑和氣孔等缺陷，按照規(guī)范要求應(yīng)對焊口進(jìn)行無損探傷試驗(yàn)，確保焊口焊接質(zhì)量合格率為100%。

2）管道的坡口及支吊架除銹及刷漆到位，滿足規(guī)范要求。管道接口對接焊縫的中心到管道彎曲起點(diǎn)的距離不應(yīng)小于管道外徑且≥100mm，管道焊接焊縫與支、吊架邊緣之間的距離≥50mm。

3）管道和閥門安裝的允許偏差和檢驗(yàn)方法如表1所示。

表1 管道和閥門安裝的允許偏差和檢驗(yàn)方法

4）管道焊接完成后要進(jìn)行焊口打磨，刷環(huán)氧富鋅漆進(jìn)行二次防腐處理。

3.2 關(guān)鍵工序、關(guān)鍵部位質(zhì)量控制

1）不宜在焊縫及其邊緣上開孔。

2）焊前準(zhǔn)備工作 ①采用等離子弧、氧-乙炔焰等熱加工方法對焊件的切割和坡口加工，加工坡口后，必須除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影響接頭質(zhì)量的表面層，并將凹凸不平處打磨平整。②應(yīng)將坡口及其內(nèi)外側(cè)表面≥10mm范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹、毛刺及鍍鋅層等清除干凈后進(jìn)行焊件組對，且不得有裂紋、夾層等缺陷[2]。

3）嚴(yán)格控制分段的預(yù)制管道的測量數(shù)據(jù)誤差，保證管道長度及管道中心線偏差控制在1cm以內(nèi)，對口處不平應(yīng)用6mm厚鋼板墊平并焊接。

4）嚴(yán)格控制管道的焊接質(zhì)量，對于預(yù)留焊接口要依照規(guī)范進(jìn)行管道坡口，型鋼的橫向槽鋼與豎向槽鋼連接處要進(jìn)行45°切割，保證型鋼的接觸面是線接觸，并進(jìn)行兩面焊接，焊縫高度不低于3mm，不得有夾渣氣孔出現(xiàn)。

5）管道滑移過程中要保證實(shí)時(shí)監(jiān)控，在既有臨時(shí)固定基礎(chǔ)上，要在≤5m間距用φ8mm鋼絲繩進(jìn)行捆扎，保證安全及成品管道的焊口不開裂、管道不下墜。

4 控制要點(diǎn)

1）對管道的支架進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算（要考慮管道及后期注水后的負(fù)荷計(jì)算），為結(jié)構(gòu)工程師提供相對應(yīng)的參數(shù)，便于在結(jié)構(gòu)深化圖階段考慮安裝管道所產(chǎn)生的負(fù)載。

2）結(jié)合施工圖管道走向、標(biāo)高及分段吊裝的編號、段數(shù)，提前預(yù)制各個管道及支吊架。

3）吊裝管道時(shí)應(yīng)先對管道臨時(shí)固定。

4）待分段管道吊裝完畢后，將管道橫向調(diào)到同一直線，調(diào)好管道標(biāo)高、坡度，然后進(jìn)行管道對口及支吊架焊接。

5）各個分段管道焊接完畢后，將管道補(bǔ)焊剩余對接口，打磨焊口。

6）對焊點(diǎn)進(jìn)行防腐處理，刷防火涂料。

5 效益分析

以北京終端管制中心工程為例，管道安裝工人15名，高空焊接每天焊接管道30m，通過施工工藝調(diào)整后實(shí)際焊接管道45m/d，每人每天工費(fèi)為300元，管道安裝總工程量為540m，通過管道安裝工藝調(diào)整后工程成本降低為27 000元。

原管道工藝方案：540m÷30m/d×300元/人·d×15人＝81 000元。

管道安裝工藝調(diào)整后：540m÷45m/d×300元/人·d×15人＝54 000元。

成本降低：81 000-54 000=27 000元，成本節(jié)約33%，總工期提前6d。

6 結(jié)語

北京終端管制中心工程通過管道倒裝施工技術(shù)對屋面冷卻水管道吊裝焊接施工，減少了高位置管井大管徑管道對口焊接時(shí)間，使原來高空焊接管道30m/d提高到實(shí)際焊接管道45m/d，極大地提高了大管徑鋼管在管井高空安裝效率和質(zhì)量，使此項(xiàng)目節(jié)約施工成本27 000元，工期提前6d。同時(shí)此施工工藝實(shí)現(xiàn)了建筑過程中綠色環(huán)保、節(jié)能要求。