大型壓力鋼管制造新技術(shù)在千島湖配水工程中的應(yīng)用

戴國(guó)華，張俊峰

（浙江江能建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

杭州市第二水源千島湖配水工程從千島湖淳安縣境內(nèi)取水，通過(guò)輸水隧洞將水引至杭州市余杭區(qū)閑林水庫(kù)，為下游原水輸水工程提供優(yōu)質(zhì)千島湖水，同時(shí)在輸水線路途中向建德市、桐廬縣及富陽(yáng)區(qū)部分區(qū)域供水。本工程為I等工程，千島湖進(jìn)水口、輸水隧洞（含埋管、事故檢修閘、閑林控制閘、調(diào)壓井等）、分水口、出口流量控制建筑物、閑林水庫(kù)取水口等主要建筑物為1級(jí)，檢修排水退水設(shè)施、交通道路等次要建筑物為3 級(jí)。

杭州市第二水源千島湖配水工程包括千島湖進(jìn)水口、千島湖—閑林水庫(kù)輸水建筑物、分水口、閑林出口流量控制及調(diào)壓設(shè)施、閑林水庫(kù)取水口等建筑物。千島湖—閑林水庫(kù)輸水線路長(zhǎng)113.22 km，其中輸水隧洞混凝土襯砌段長(zhǎng)約102.39 km，淺埋隧洞鋼襯段（不含跨江鋼襯段）長(zhǎng)約6.34 km，線路跨分水江穿江隧洞段長(zhǎng)約0.98 km，跨淥渚江倒虹吸管長(zhǎng)約0.83 km，輸水線路過(guò)小溪流處埋管段長(zhǎng)約1.80 km。輸水線路沿線在高嶺塢、林山及羊巖塢設(shè)3座事故檢修閘；在分水江上下游、淥渚江上下游以及獅子山埋管上游各設(shè)置1座事故檢修閥，共5座事故檢修閥，便于隧洞及倒虹吸管分段排水檢修。輸水線路沿線布置32個(gè)施工支洞，總長(zhǎng)約18.83 km。保留其中16個(gè)施工支洞，運(yùn)行期作為交通洞。保留的施工支洞中，在金竹牌支洞和桐村支洞的主支洞交匯口布置有超聲波流量計(jì)，這2個(gè)支洞作為流量計(jì)檢修交通洞。分水江1#支洞和分水江 2#支洞為分水江上下游閥室交通洞；其余石毛畈支洞、樟村支洞等12個(gè)支洞為隧洞檢修交通洞，運(yùn)行期亦可作為調(diào)壓井發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。在閑林水庫(kù)上游設(shè)置閑林控制閘，控制上游來(lái)水進(jìn)入閑林水庫(kù)[1-2]。

2 卷板機(jī)改造，撐圓裝置設(shè)計(jì)和應(yīng)用

杭州市第二水源千島湖配水工程采用隧洞混凝土襯砌及鋼襯管道進(jìn)行輸水，鋼襯管道分為隧洞鋼襯、埋管和明管3種布置方式，其中大部分鋼管直徑為5.00 m。鋼管單節(jié)長(zhǎng)度為3.00 m，質(zhì)量8.17 t，主要材料選用寶鋼生產(chǎn)的Q345R鋼材，管壁厚度為22 mm，加勁環(huán)選用Q345R鋼材，板厚22 mm，隧洞鋼襯和明管高度300 mm，埋管200 mm。

項(xiàng)目?jī)?nèi)壓力鋼管直徑5.00 m，此類大型鋼管制作難以一體化卷制，傳統(tǒng)工藝采用2～3片瓦片卷制后拼裝焊接，制作投入拼裝人力巨大，拼裝工序繁瑣，焊縫數(shù)量成倍增加，質(zhì)量保障困難，不經(jīng)濟(jì)。為此，充分了解現(xiàn)場(chǎng)基本具備鋼管整節(jié)運(yùn)輸進(jìn)洞的情況后，決定采用整節(jié)制作的工藝，對(duì)材料進(jìn)行雙定尺，一次性卷制成型，保證質(zhì)量的同時(shí)，減少焊縫數(shù)量，經(jīng)濟(jì)合理。為保證5.00 m直徑壓力鋼管整節(jié)制作橢圓度偏差在3 mm內(nèi)，對(duì)壓力鋼管卷制設(shè)備（卷板機(jī)）進(jìn)行改造，加設(shè)可調(diào)節(jié)支撐頂橫梁與側(cè)托軸，另外設(shè)計(jì)一套加工液壓自動(dòng)撐圓裝置。利用2組40 t液壓系統(tǒng)將支撐盤擴(kuò)張到5.00 m直徑，支撐盤一次性將鋼管撐頂?shù)轿缓笃囱b加勁環(huán)及架設(shè)鋼管內(nèi)支撐，保證壓力鋼管制造精度符合SL 432—2008《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求[3-4]，同時(shí)大大提高制作效率。

3 壓力鋼管卷制設(shè)備的改造

本項(xiàng)目壓力鋼管直徑大，周長(zhǎng)長(zhǎng)，普通的卷板機(jī)卷制時(shí)，瓦片產(chǎn)生的自重下墜影響鋼管卷制圓度，易產(chǎn)生硬彎、桃形等問(wèn)題，采用改制的液壓3輥卷板機(jī)，將卷板機(jī)出板側(cè)加裝固定式滾軸托架。板材上升到一定高度時(shí)，依托此托架能有效控制鋼管向外撇擴(kuò)，板材上升到頂部時(shí)則啟動(dòng)頂部加裝的頂橫梁同步上升進(jìn)行承托，避免鋼管自重下掛，改裝設(shè)備見(jiàn)圖1。

圖1 壓力鋼管卷制改裝設(shè)備圖

卷板機(jī)安裝注意事項(xiàng)：①根據(jù)制作場(chǎng)地的位置，合理布局，使吊運(yùn)鋼管方便，盡量減少板材及成品的多次吊運(yùn)，合理配置資源；②卷板機(jī)安裝前需對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行處理，澆筑混凝土基礎(chǔ)前需進(jìn)行地腳螺栓的預(yù)留預(yù)埋，卷板機(jī)安裝遵循先地下后地上的原則，合理布置液壓管路、配電箱，盡量減少占用制作場(chǎng)地；③卷板機(jī)安裝后應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，試運(yùn)行。

該卷板機(jī)的改裝使直徑5.00 m的鋼管一次性卷制成型，大大減少拼裝及焊接的工作量，高峰時(shí)可生產(chǎn)8～10節(jié)/d鋼管，與傳統(tǒng)大直徑鋼管分瓦片卷制后進(jìn)行組拼焊接的工藝相比較，一次性卷制成型的工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益更為突出。

4 壓力鋼管撐圓裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 壓力鋼管撐圓裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)壓力鋼管的內(nèi)徑固定、長(zhǎng)度及板厚基本相同等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的裝置既能水平擴(kuò)張到設(shè)計(jì)直徑5.00 m，又能沿鋼管長(zhǎng)度方向上下移動(dòng)，從而達(dá)到鋼管兩管口直徑精度偏差在3 mm以內(nèi)。

工裝布置的原理為：根據(jù)制造工藝及流程，在廠區(qū)適當(dāng)?shù)膱?chǎng)地內(nèi)搭建工裝使用基礎(chǔ)平臺(tái)；作為工裝固定使用地點(diǎn)，需對(duì)地面進(jìn)行找平，放置3件方墊，再安裝撐圓裝置。

撐圓裝置側(cè)面圓采用厚30 mm鋼板卷制高度為300 mm的鋼管，斷開為2部分，底面用厚12 mm的鋼板下料制成直徑5.00 m的圓，從中間斷開后，按圖紙布置加勁板及40 t齒動(dòng)油缸，并設(shè)置定位導(dǎo)向滑塊，用于2部分撐圓裝置的連接及承載，也可避免油缸工作時(shí)，撐圓裝置有其他方向的扭動(dòng)。蓋板按圖紙割出定位導(dǎo)向滑塊及油缸位置的孔槽，單件制作好后進(jìn)行整體組拼，焊接牢固，隨后對(duì)側(cè)面30 mm厚鋼板進(jìn)行銑削加工，使鋼管圓度保證在Φ5.00 m，且對(duì)中心斷開位置兩側(cè)500 mm位置，加工到直徑4.98 m，避免鋼管無(wú)法下放。撐圓裝置見(jiàn)圖2。

圖2 撐圓裝置圖

4.2 壓力鋼管撐圓裝置安裝及使用

（1）在基礎(chǔ)平臺(tái)上，把加工好的撐圓裝置進(jìn)行整體組拼，焊接吊裝專用吊耳，油管連接到油缸上。

（2）吊入撐圓裝置圓盤，連接好管路，并注入液壓油。

（3）檢查調(diào)試，將卷制焊接好的鋼管套入撐圓裝置，使撐圓裝置的圓盤處于下管口500 mm的位置。準(zhǔn)備就緒后，打開液壓閥，撐圓裝置擴(kuò)張到直徑5.00 m，將鋼管整體撐圓到設(shè)計(jì)直徑，稍后泄壓，用行車將圓盤調(diào)動(dòng)至上管口500 mm的位置，再次打開液壓閥，使上管口同樣撐圓到直徑5.00 m。

（4）吊入制作好的米字支撐，對(duì)鋼管進(jìn)行支撐固定。

5 壓力鋼管制造質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）針對(duì)大型壓力鋼管，從下料卷板開始制作，組織相關(guān)人員反復(fù)認(rèn)真地研究和論證，控制好鋼管的管口直徑、管口平面度誤差，保證鋼管在撐圓后的圓度符合要求。

（2）制定切實(shí)可行的技術(shù)措施和制作工藝流程，細(xì)化每個(gè)環(huán)節(jié)，制定質(zhì)量控制和檢查驗(yàn)收方案。

（3）加強(qiáng)過(guò)程控制，嚴(yán)格執(zhí)行三檢制，遇到問(wèn)題及時(shí)總結(jié)調(diào)整，加強(qiáng)各工作面及各項(xiàng)檢查，對(duì)產(chǎn)生的誤差及時(shí)修正。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著水利水電工程的發(fā)展，壓力鋼管的規(guī)格趨于大型、超大型化，在保留傳統(tǒng)的鋼板劃線、下料、卷板工藝前提下，采用新技術(shù)，減輕人工組隊(duì)及焊接的勞動(dòng)強(qiáng)度，將大型鋼管一次性卷制成型并保證鋼管圓度的工藝是大勢(shì)所趨。

杭州市第二水源千島湖配水工程在浙江省內(nèi)首次將大型鋼管整節(jié)制作的技術(shù)進(jìn)行成功應(yīng)用，截至2019年6月，本項(xiàng)目運(yùn)用上述新技術(shù)總計(jì)完成1 500余節(jié)直徑5.00 m鋼管制作，鋼管制作尺寸和形位公差優(yōu)于傳統(tǒng)瓦片制作工藝，并具有機(jī)械化特點(diǎn)，可改善壓力鋼管制作質(zhì)量，節(jié)省拼裝人力，提高工作效率，減少占用施工拼裝場(chǎng)地，節(jié)約人力物力的投資等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)工藝在杭州市第二水源千島湖配水工程中的成功應(yīng)用，開創(chuàng)了浙江省內(nèi)大型鋼管機(jī)械化制作的先例，對(duì)同類型項(xiàng)目具有較好的借鑒意義。