移動式組焊車間新技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用與創(chuàng)新

何衛(wèi)東

（湖南涔天河工程建設(shè)投資有限責(zé)任公司，湖南 永州 425500）

1 工程概況

涔天河水庫擴建工程樞紐電站引水系統(tǒng)發(fā)電鋼管（以下簡稱鋼管）采用一管四機布置形式，下平洞為壓力鋼管洞內(nèi)埋管、洞外設(shè)4 個岔管，主管段工程量約1450t。隧洞內(nèi)主管內(nèi)徑Φ9.5 m，長度約153 m，主管壁厚36 mm，單節(jié)最大長度2 500 mm，材質(zhì)Q345C，加勁環(huán)36×250（厚度×高度），依次序為Φ9.5 m 水平直管前段、Φ9.5 m 水平彎管段、Φ9.5 m 水平直管后段、漸變段和Φ8.2 m直管段五個部分。圖1 為壓力鋼管布置圖。

根據(jù)工程招投標所形成的規(guī)劃方案，采用常規(guī)的壓力鋼管制安技術(shù)方案，擬在廠房施工區(qū)域內(nèi)的主河道建設(shè)鋼管制造廠，在鋼管制造廠內(nèi)完成鋼板下料、瓦片卷制，在壓力鋼管岔管段上游側(cè)河道中搭設(shè)組圓平臺。進入工程實施階段，實際情況與招投標階段存在較大的差異，河道狹窄，存在兩個問題，一是難以提供足夠的場地建設(shè)鋼管廠和組圓平臺，二是主管制作影響所有岔管安裝，延長壓力鋼管制安直線工期。根據(jù)施工單位編制的壓力鋼管制安施工組織設(shè)計，壓力鋼管在組圓平臺上制作成管節(jié)后，通過運輸臺車運抵洞內(nèi)安裝，只有完成主管安裝后，岔管才能安裝，成為涔天河工程地面廠房和壓力鋼管施工的難題。

2 大型鋼管自動組焊技術(shù)

為了解決工地場對施工的影響，了解到大型鋼管自動組焊技術(shù)，可以利用制作好的瓦片進行垂直組圓，可以布置在洞內(nèi)或者洞口，幾乎不占用場地。這中大型鋼管自動化組焊技術(shù)，是國際首創(chuàng)科技項目，在傳統(tǒng)的工藝和現(xiàn)有技術(shù)標準基礎(chǔ)上，采用智能化組焊設(shè)備進行鋼管的現(xiàn)場組圓和焊接。其主要特點：

1）管節(jié)由傳統(tǒng)的水平組圓方式變成垂直組圓；

2）瓦片機械組對調(diào)整；

3）縱縫采用埋弧自動焊接工藝, 確保了縱縫的焊接質(zhì)量穩(wěn)定；

4）鋼管自動調(diào)圓；

5）加勁環(huán)機械組對及其角焊縫的埋弧自動焊接等工藝流程，效率更高；

6）管節(jié)制作完成后，直接上臺車運輸?shù)桨惭b工位；

7）減少施工人員和減輕勞動強度，提高了鋼管組圓焊接質(zhì)量和效率。

經(jīng)過調(diào)研，在梨園電站和黃金坪水電站部分采用了智能化鋼管組焊專機設(shè)備。設(shè)備主機由固定式機架、動力箱、回轉(zhuǎn)液壓支撐架和控制系統(tǒng)構(gòu)成，并配備了帶加勁環(huán)組焊功能的滾輪架和埋弧自動焊設(shè)備。瓦片采取機械組對方式。加勁環(huán)利用組焊功能的滾輪架，在旋轉(zhuǎn)的鋼管下端依次進行機械組對。設(shè)備配置埋弧自動焊機，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

3 涔天河工程引進推廣移動式壓力鋼管組焊車間新技術(shù)

針對涔天河壓力鋼管工程施工存在的難題，自2014 年9 月，建設(shè)單位機電工程部組織設(shè)計到黃金坪水電站進行考察，雖然黃金坪電站只是壓力鋼管部分工程量使用了這項技術(shù)，但取得了較好的效果。這項技術(shù)如果引入可以解決涔天河水庫擴建工程壓力鋼管制安場地和工期難題。

在建設(shè)單位決定展開新技術(shù)引進工作同時，技術(shù)研發(fā)單位總結(jié)了梨園和黃金坪水電站使用經(jīng)驗，對設(shè)備系統(tǒng)升級改造，形成了移動式的鋼管組焊車間，系統(tǒng)完成了標準化和模塊化設(shè)計，見表1。

表1 涔天河鋼管工程的移動式組焊車間設(shè)備主要配置和性能

設(shè)備安裝調(diào)試階段結(jié)束后，形成了穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，新技術(shù)的優(yōu)勢越來越明顯，至2015 年5 月開始形成了平均2.5 天/節(jié)（最快1.5 天/節(jié)）鋼管的生產(chǎn)能力，見表2。

表2 涔天河工程壓力鋼管自動化制造工藝參數(shù)（2016 年5～8 月記錄）

涔天河鋼管新技術(shù)創(chuàng)新主要在以下幾個方面：

1）首次實現(xiàn)鋼管組焊車間設(shè)備的標準化和模塊化,移動、安裝和拆卸簡單方便。

2）瓦片和加勁環(huán)分別在工廠制造，運輸瓦片到工地，運距約1 400 km。

3）首次采用“三工位”法進行鋼管現(xiàn)場制造和安裝，焊縫總長的70%實現(xiàn)埋弧自動焊接。即第一個工位實現(xiàn)單節(jié)鋼管組焊（含加勁環(huán)），使100%的縱縫和加勁環(huán)角環(huán)縫實現(xiàn)自動焊接；第二個工位雙節(jié)鋼管組焊，使30%、50%的管節(jié)對接環(huán)縫實現(xiàn)自動焊接；第三個工位鋼管安裝。見圖2。

4）首次實現(xiàn)鋼管重量50 t、5 m 的大節(jié)管節(jié)（兩節(jié)管節(jié)組對成1 節(jié)）過彎道運輸。

圖2 涔天河水工鋼管移動組焊車間布置在引水發(fā)電洞出口

截止2016 年10 月16 日，涔天河水電站應(yīng)用新工藝總計完成了65 節(jié)鋼管制造和安裝，縱縫473 m（超聲波探傷一次合格率達99%）、對接環(huán)縫567 m（超聲波探傷一次合格率達99.6%）、加勁環(huán)角焊縫長度4 072 m 均采用了埋弧自動焊接工藝，占焊縫總長的70%。根據(jù)最終檢測結(jié)果：焊接質(zhì)量100%合格，鋼管制作尺寸和形位公差優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。鋼管制作安裝工期較原計劃縮短4 個月。

4 新技術(shù)引進推廣創(chuàng)新模式

涔天河水庫擴建工程使用移動組焊車間新技術(shù)是首次在水利工程中推廣應(yīng)用，創(chuàng)新了業(yè)主直補施工單位促進技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的模式。

移動式壓力鋼管組焊車間新技術(shù)是在招投標已經(jīng)完成，為解決工程施工階段遇到實際困難，建設(shè)單位主動要求壓力鋼管制安單位采用的。引進推廣新技術(shù)，會提高施工單位的成本，為了平衡施工單位的利益，建設(shè)單位采取提供專項補助資金的模式，促使施工單位應(yīng)用新技術(shù)。通過新技術(shù)的應(yīng)用，達到了優(yōu)化場地布置、提高工程質(zhì)量、確保施工工期的目標。

5 結(jié) 語

移動式壓力鋼管組焊車間經(jīng)過在涔天河工程的成功應(yīng)用，標志著我國水利工程大型鋼管先進制造技術(shù)上了一個新臺階。這項新技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)的壓力鋼管生產(chǎn)施工技術(shù)工藝，節(jié)省了建設(shè)單位在工地建設(shè)鋼管廠、運輸?shù)缆犯脑旒按蠹\輸?shù)荣M用，實現(xiàn)了水工大型壓力鋼管制作安裝質(zhì)量提升、施工工期縮短、成本降低（總工程）的目標。為今后在所有高山峽谷地區(qū)以及國際水利水電工程建設(shè)的設(shè)計規(guī)劃提供了可借鑒的解決方案，對促進水利水電工程建設(shè)事業(yè)定會起到積極的作用。