遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程電站廠房壓力鋼管安裝探討

孫 琪

(本溪泓源供水有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程，位于太子河干流上，是將觀音閣水庫(kù)水經(jīng)過(guò)輸水隧洞和管線自流輸入到本溪市的大(2)型Ⅱ等工程。電站廠房壓力鋼管安裝內(nèi)容是：壓力鋼管與附件的裝車、運(yùn)輸、安裝和湊合節(jié)的安裝、工地現(xiàn)場(chǎng)的涂裝。為了減小外水的壓力，在壓力鋼管的外壁、底部布置有排水管，用來(lái)檢修鋼管時(shí)，排除鋼管內(nèi)的積水。并配合蝸殼安裝的承包人，進(jìn)行蝸殼和壓力鋼管的連接處理；提供相關(guān)的施工場(chǎng)地。

4條鋼管，包括鋼管湊合節(jié)的重量，不包括鋼管安裝、運(yùn)輸所用的吊耳、內(nèi)支撐、埋件等的重量，總重量為30.84t。其中長(zhǎng)度12.17m、壁厚16mm、φ2000鋼管2根，長(zhǎng)度14.29m、壁厚12mm、φ1400鋼管2根。

2 壓力鋼管安裝工藝流程

壓力鋼管安裝前，進(jìn)行安裝控制網(wǎng)點(diǎn)布置，根據(jù)監(jiān)理人提供的測(cè)量基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)及其基本資料與數(shù)據(jù)進(jìn)行，網(wǎng)點(diǎn)布置后進(jìn)行安裝施工。單條鋼管以始裝節(jié)為基準(zhǔn)，依次組裝相鄰管節(jié)。安裝環(huán)縫采用手工電弧焊，一個(gè)單元管道安裝合格后再澆筑混凝土，直到混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再安裝下一個(gè)單元。單元管節(jié)數(shù)量和長(zhǎng)度取決于混凝土澆筑要求。當(dāng)管道澆筑混凝土并進(jìn)行灌漿處理后，對(duì)灌漿孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，拆除內(nèi)支撐，打磨焊疤和進(jìn)行防腐處理，最后竣工驗(yàn)收。鋼管安裝工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鋼管安裝工藝流程

3 主要安裝技術(shù)方案規(guī)劃

3.1 鋼管安裝順序

從工程整體進(jìn)度和土建施工要求方面考慮，采用4條鋼管4個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行壓力鋼管安裝。2015年10月15日，開(kāi)始?jí)毫︿摴馨惭b。從下游段向上游段進(jìn)行安裝，鋼管便于就位、支撐、固定操作。4管齊下便于工位轉(zhuǎn)移，減少施工干擾，提高工作效率。

3.2 設(shè)置內(nèi)支撐

為避免鋼管在運(yùn)輸、吊裝、二期混凝土澆筑中變形，防腐完工后，在鋼管拼裝時(shí)在距端部約500mm兩端部位設(shè)兩個(gè)“米”字形內(nèi)支撐，增加鋼管剛性，確保在制作及安裝過(guò)程中鋼管不變形。

3.3 鋼管固定及運(yùn)輸?shù)跹b方式

在鋼管下部，設(shè)置底支座進(jìn)行支撐，在側(cè)襯兩側(cè)，根據(jù)混凝土澆筑層，布置拉錨筋，在其內(nèi)部安設(shè)內(nèi)支撐，防止鋼管變形。

采用50t汽車吊、30t平板托車臥式平運(yùn)方式運(yùn)輸(見(jiàn)圖2)。

圖2 鋼管拖車轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖

運(yùn)輸車?yán)闷嚨?，進(jìn)行鋼管卸車、翻身及吊裝至轉(zhuǎn)運(yùn)平板車上。鋼管在平板車上用鋼絲繩和葫蘆進(jìn)行緊固，采用鋼絲繩捆扎吊運(yùn)鋼管時(shí)，應(yīng)在鋼絲繩與鋼管間加設(shè)木墊。鋼管經(jīng)平板車運(yùn)輸?shù)轿?，采?0t汽車吊將鋼管垂直吊起，同樣進(jìn)行鋼絲繩的緊固，鋼管運(yùn)至安裝位置，利用天鉤和液壓千斤頂調(diào)整安裝。

3.4 安裝誤差消除

鋼管安裝時(shí)，會(huì)存在中心與里程兩方向誤差。為消除焊接收縮對(duì)里程的影響，采用湊合節(jié)處理。為減少中心偏差，單孔測(cè)量放點(diǎn)時(shí)一次盡可能長(zhǎng)，而且采用同一測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。此湊合節(jié)僅做鋼管長(zhǎng)度調(diào)整，不存在傳統(tǒng)的消除焊接應(yīng)力問(wèn)題，在其長(zhǎng)度方向適當(dāng)加長(zhǎng)100mm，待其安裝完成后，根據(jù)測(cè)量放點(diǎn)的要求修去多余部分達(dá)設(shè)計(jì)要求即可。彎管起點(diǎn)的里程偏差，不超過(guò)±10mm。鋼管始裝節(jié)的里程偏差，不超過(guò)±5mm。裝節(jié)兩端管口垂直度偏差，不超過(guò)±3mm。

4 壓力鋼管安裝技術(shù)措施

4.1 安裝準(zhǔn)備

a.鋼管安裝技術(shù)資料準(zhǔn)備。鋼管和相關(guān)的部件安裝及驗(yàn)收，按照合同文件中有關(guān)規(guī)定、設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)修改通知、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)的規(guī)程規(guī)范、監(jiān)理人提供的標(biāo)準(zhǔn)、簽發(fā)的施工更改通知單等執(zhí)行。鋼管安裝，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙及《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(DL/T 5017—2007)進(jìn)行，如有修改，應(yīng)取得監(jiān)理人的書(shū)面同意，并對(duì)修改的內(nèi)容做詳細(xì)記錄。

b.安裝基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置。根據(jù)監(jiān)理人提供的測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，放設(shè)鋼管安裝控制網(wǎng)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算出每節(jié)鋼管控制點(diǎn)位置坐標(biāo)，把每節(jié)鋼管的兩腰點(diǎn)和頂(底)點(diǎn)作為控制點(diǎn)放設(shè)，根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)情況可適當(dāng)彎動(dòng)，采用測(cè)量用的預(yù)埋鋼板或水泥鋼釘標(biāo)記作為控制點(diǎn)，在合適的位置放設(shè)高程控制點(diǎn)。

c.支座和軌道安裝及工裝制造。鋼管安裝支座、軌道及滾動(dòng)工裝，主要用作鋼管轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝調(diào)整及加固。根據(jù)壓力鋼管安裝圖紙，計(jì)算和測(cè)放出支墩、軌道安裝控制點(diǎn)位置，并利用一期埋件安裝固定軌道支座，將軌道鋪放在支墩上固定，把滾動(dòng)工裝放在軌道上。

d.鋼管尺寸復(fù)查。鋼管裝車前，全面檢查吊管節(jié)的高度、周長(zhǎng)、橢圓度(不少于2倍直徑)、管口平整度、焊接坡口、頂?shù)籽行木€標(biāo)記、水流標(biāo)記、內(nèi)表面防腐層是否損傷等，彎管還應(yīng)檢查兩管口平面夾角、管口傾斜度等，對(duì)不合格的管節(jié)進(jìn)行返修處理。所有檢查項(xiàng)目應(yīng)做好記錄，參加單位應(yīng)簽字。

4.2 工地運(yùn)輸

場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆酚幸欢ǖ牟黄蕉群推露?，管?jié)主要采用臥式平運(yùn)方式運(yùn)輸，并用鋼絲繩捆扎吊運(yùn)鋼管，在鋼絲繩與鋼管間加設(shè)軟墊以保護(hù)管節(jié)。組織專人對(duì)運(yùn)輸路線道路進(jìn)行實(shí)地勘察，根據(jù)情況對(duì)道路進(jìn)行適當(dāng)加固和拓寬處理，確保安全運(yùn)輸。依據(jù)土建施工及施工道路布置情況確定壓力鋼管運(yùn)輸路線。

壓力鋼管，用30t平板托車運(yùn)輸，裝車吊裝設(shè)備采用壓力鋼管制安加工廠內(nèi)50t汽車吊，卸車及翻身吊裝設(shè)備采用施工50t汽車吊。

4.3 吊裝就位與調(diào)整

支撐座定位后，開(kāi)始各分節(jié)鋼管安裝。安裝時(shí)利用汽車吊調(diào)整鋼管位置，與預(yù)埋定位銷對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)測(cè)量所設(shè)安裝基準(zhǔn)線、制造時(shí)廠內(nèi)標(biāo)識(shí)的鋼管標(biāo)記線，輔助利用千斤頂、手拉葫蘆等工器具對(duì)鋼管進(jìn)行精確定位。調(diào)整時(shí)，按照水流方向里程調(diào)整→水平方向調(diào)整→焊縫位置調(diào)整→垂直方向調(diào)整→綜合調(diào)整的順序進(jìn)行操作。

定位后，須用全站儀復(fù)核安裝管節(jié)里程、高程以及孔口中心線。鋼管就位時(shí)，因支撐架鋼管比理論安裝高程稍低，調(diào)整就位后，在支撐架上另行焊接支承件支承鋼管。

4.4 始裝節(jié)安裝

壓力鋼管定位節(jié)的安裝質(zhì)量，直接影響其余管節(jié)安裝，所以要重點(diǎn)保證始裝節(jié)的安裝質(zhì)量。把始裝節(jié)吊裝到位后先初定位，再采用全站儀精確定位，局部錨固，測(cè)量無(wú)誤加強(qiáng)錨固，最后測(cè)量復(fù)核，確保安裝質(zhì)量。

壓力鋼管安裝，要點(diǎn)是控制中心、高程和環(huán)縫間隙。安裝時(shí)先調(diào)整中心，用千斤頂調(diào)整鋼管，使鋼管口的下中心與控制樣點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，用4個(gè)千斤頂，把鋼管均衡地調(diào)整到要求高程。合格后用榔頭在鋼管支腿和支墩間隙之間打入楔形鐵，撤出千斤頂，重新檢測(cè)和調(diào)整高程、中心、里程，直到滿足安裝設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行加固。加固完再次進(jìn)行高程、中心、里程的檢測(cè)，做好記錄。

安裝后，始裝節(jié)的里程偏差，不要超過(guò)±5mm。彎管起點(diǎn)里程偏差，不要大于±10mm。始裝節(jié)兩端管口，垂直度偏差不要超過(guò)±3mm。

4.5 拼接與鋼管固定

鋼管就位經(jīng)檢測(cè)合格進(jìn)行固定。鋼管固定分底座支撐架固定、外部拉錨筋斜拉固定兩種，所有外支撐焊接，在本管節(jié)環(huán)焊縫焊接完后進(jìn)行。鋼管內(nèi)支撐待混凝土澆筑完成后拆除，支撐架、側(cè)向拉筋等外部支撐與鋼管一起永久埋于混凝土。

a.固定與內(nèi)支撐設(shè)置。鋼管定位后將加勁環(huán)與支撐座連接固定，焊縫不小于8mm，連續(xù)焊縫，把鋼管和支撐座形成一個(gè)剛性的整體結(jié)構(gòu)。為防止混凝土澆筑時(shí)造成側(cè)向移動(dòng)，在鋼管兩側(cè)，沿水流方向間距2m位置，布置規(guī)格為[10槽鋼側(cè)向拉筋。

為防止混凝土澆筑時(shí)因壓力造成鋼管變形，在鋼管內(nèi)部設(shè)置米字形內(nèi)支撐。為減少安裝工作量，在鋼管制造時(shí)，防腐后安裝內(nèi)支撐。

b.拼接。鋼管在固定前已調(diào)整好，但未進(jìn)行對(duì)接拼裝。拼裝時(shí)，為防止對(duì)接處錯(cuò)邊超差，分段進(jìn)行：先分別將兩將接管口六等分，以分點(diǎn)為起點(diǎn)朝同一方向進(jìn)行拼接。安裝后，鋼管及其附件與設(shè)計(jì)軸線的平行度誤差不大于0.2%，管口圓度誤差應(yīng)不大于40mm，最少測(cè)量4對(duì)直徑。

4.6 安裝焊縫焊接

鋼管節(jié)間環(huán)縫在管節(jié)對(duì)接拼裝完成后，開(kāi)始焊接，盡量選用小線能量焊接，并配合焊前預(yù)熱及焊后熱處理，確保焊接質(zhì)量。

a.焊接設(shè)備及焊接材料選用。鋼管現(xiàn)場(chǎng)安裝，焊縫焊接全部采用手工電弧焊焊接，采用ZX7-400S型逆變式直流焊機(jī)焊接設(shè)備。焊接材料的品種要與母材和焊接方法相適應(yīng)，由焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)選定，極限抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和延伸率等機(jī)械性能要與母材性能相匹配。

b.管壁對(duì)接焊縫焊接。除預(yù)留環(huán)縫壓力鋼管管壁對(duì)接外，全部按照設(shè)計(jì)圖采用“X”形坡口，坡口具體厚度和角度的選定參考施工圖紙及焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。對(duì)接間隙取0～2mm，具體視管壁板厚確定，焊完一面后利用碳弧氣刨進(jìn)行反面清根并焊接余下焊縫。焊接時(shí)為保證結(jié)構(gòu)剛性，內(nèi)支撐不予拆除。每條鋼管對(duì)接焊縫，安排4名焊工對(duì)稱施焊，盡量選用相同焊接工藝規(guī)范參數(shù)。

c.錨筋與槽鋼焊接。壓力鋼管外布置有錨筋與混凝土鋼筋焊接連接，長(zhǎng)度不小于5d，槽鋼與混凝土鋼筋焊接連接且與混凝土基礎(chǔ)頂緊。

4.7 后續(xù)工作處理

拆除鋼管上的工卡具等其他臨時(shí)構(gòu)件，要采用碳弧氣刨或氧-乙炔火焰切除，不能使用錘擊法，嚴(yán)禁傷及母材。切除后鋼管壁、加勁環(huán)上殘留的焊疤用砂輪磨平，檢查有無(wú)裂紋，也可以采用磁粉或滲透探傷檢查。內(nèi)支撐在灌漿完后拆除，并對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行清理。

因內(nèi)支撐在混凝土澆筑后才能進(jìn)行內(nèi)壁防腐，防腐分兩次進(jìn)行，先進(jìn)行外部防腐，后進(jìn)行內(nèi)壁防腐。防腐內(nèi)容包括：安裝施工過(guò)程中，鋼管表面涂裝損壞的部位；鋼管表面現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫的兩側(cè)、灌漿孔處等未涂裝的鋼材表面。

涂裝采用高壓無(wú)氣噴涂，按照壓力鋼管制造加工廠內(nèi)有關(guān)涂裝方法執(zhí)行，安裝環(huán)縫兩側(cè)各200mm范圍內(nèi)，在表面預(yù)處理時(shí)，應(yīng)涂刷不會(huì)影響焊接質(zhì)量的車間底漆。環(huán)縫焊接后應(yīng)進(jìn)行二次除銹，用人工涂刷或小型高壓噴漆機(jī)械施噴涂料。

5 結(jié) 論

壓力鋼管安裝質(zhì)量好壞，直接影響水工建筑物的運(yùn)行穩(wěn)定。本文所述壓力鋼管安裝，通過(guò)對(duì)壓力鋼管施工環(huán)節(jié)過(guò)程中的質(zhì)量控制，保證了水工建筑物的自身質(zhì)量和使用年限，對(duì)水利水電工程壓力鋼管焊接施工具有重要的參考價(jià)值。