高水頭斜坡段壓力鋼管安裝施工

熊 亮， 鄭 文 全

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

引大濟(jì)湟工程，是在湟水一級支流大通河上游石頭峽建庫引水，經(jīng)調(diào)水總干渠穿越大阪山入黑泉水庫，解決湟水兩岸山區(qū)和干流資源性缺水問題。該工程共分三期實(shí)施，西干渠為第三期工程，建設(shè)地點(diǎn)位于青海省西寧市湟中縣(上五莊鎮(zhèn)、攔隆口鎮(zhèn)、多巴鎮(zhèn))。西干渠工程(干渠部分)第4標(biāo)，起訖樁號為：K75+926.78～K95+706.75，總長19.78 km，其中倒虹吸2條，長6.4 km。1號倒虹吸樁號為K78+685.18～K83+528.63，全長4843.45 m，最高水頭166 m，設(shè)計(jì)流量Q=5.05 m3/s。倒虹吸鋼管管材為Q345R鋼材，內(nèi)管徑為180 cm，壁厚14～20 mm。鋼管防腐采用內(nèi)EP外3PE,為保證管道冬季運(yùn)行，1號倒虹吸全部采用埋管布置，回填管槽線與與原地形原則上平順銜接，頂部覆土厚度2 m，河床段覆土厚度3 m。鎮(zhèn)墩、箱涵、外包混凝土采用現(xiàn)澆C25F200W6鋼筋混凝土。其中樁號K78+685.22-K79+182.92 m段(497.7 m)位于斜坡，自然坡度25°～40°， 79+709.42-81+535.92 m段(1826.5)位于中山丘陵區(qū)斜坡段，自然坡度15°～30°。2號倒虹吸起于多巴鎮(zhèn)中村，止于目爾加村，樁號為K92+079.67～K93+578.51，全長1 498.8 m，最高水頭88 m，設(shè)計(jì)流量Q=5.05 m3/s。2號倒虹吸管材特性為：管徑1.6 m，壁厚14 mm，材質(zhì)Q235B。倒虹吸地形呈“W”型，左側(cè)邊坡40°～45°，右側(cè)岸坡坡度25°～30°。

鋼管防腐采用內(nèi)EP外3PE，即內(nèi)壁采用熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末熱噴涂(500 μm)；外壁噴涂聚乙烯樹脂(PE)粉末防腐涂層：第一層為環(huán)氧粉末(FBE>120 μm)、第二層膠粘劑(AD)170～250 μm、第三層聚乙烯(PE)2.5～3.7 mm。

2 斜坡段鋼管安裝工藝原理

《高水頭斜坡段壓力鋼管安裝施工技術(shù)研究》，該課題是壓力鋼管安裝施工中的一個(gè)分支，采用自制小車安裝高水頭斜坡段壓力鋼管施工技術(shù)。

2.1 安裝準(zhǔn)備

鋼管在制作車間檢驗(yàn)合格方可出廠。鋼管運(yùn)輸在車間采用10 t門機(jī)吊裝，20 t載重汽車運(yùn)輸至工地現(xiàn)場，80 T汽車吊卸載。

鋼管運(yùn)輸時(shí)，將鋼管安放在鞍型支架或加墊木梁上，以保護(hù)管節(jié)及其坡口免遭損壞；利用柔性吊帶將鋼管與運(yùn)輸車?yán)壚喂?，防止鋼管滑動，鋼管與運(yùn)輸車接觸面用方木墊實(shí)。吊帶與鋼管間加軟墊，以保護(hù)防腐面受到損壞[1]。

為鋼管管節(jié)在運(yùn)輸和吊裝過程中不變形，在廠內(nèi)制作完成后立即安裝內(nèi)支撐。鋼管內(nèi)支撐采用活動結(jié)構(gòu)(內(nèi)支撐在鋼管安裝和回填完成后可以拆出循環(huán)使用)。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形情況，在斜坡段頂部設(shè)置臨時(shí)堆放場，鋼管運(yùn)輸汽車運(yùn)至臨時(shí)堆放場堆放，每個(gè)斜坡段都要在頂部布置1個(gè)臨時(shí)堆放場，以便于安裝。

在斜坡段安裝工作面具備安裝條件時(shí)，進(jìn)行軌道鋪設(shè)和運(yùn)輸臺車牽引設(shè)備布置，并對工作面進(jìn)行檢查和清理。

根據(jù)坐標(biāo)控制點(diǎn)，用測量儀放出壓力鋼管安裝所需的中心、高程和里程控制點(diǎn)，并對所有的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)檢和記錄。

2.2 安裝偏差控制

斜坡段壓力鋼管的安裝，由于受地形環(huán)境的影響，工作場地較復(fù)雜，導(dǎo)致鋼管安裝時(shí)容易產(chǎn)生偏差，影響工程整體性和施工速度，因此，在安裝過程中的誤差控制是保證安裝質(zhì)量的關(guān)鍵[2]，必須滿足如下要求：

(1)鋼管的直管和彎管以及附件與設(shè)計(jì)軸線的平行度誤差應(yīng)不大于0.2%；

(2)鋼管始裝管節(jié)的里程偏差不超過±5 mm。彎管起點(diǎn)的里程偏差不超過±10 mm；始裝管節(jié)兩端管口垂直度不超過±3 mm；

(3)鋼管安裝后，始裝管節(jié)中心的極限偏差為5 mm，彎管起點(diǎn)的管口中心的極限偏差為10 mm，其它部位管節(jié)中心的極限偏差為20 mm；

(4)安裝后的管口圓度(指相互垂直兩直徑之差的最大值)偏差不大于5D/1000，即30 mm；至少要測量四對直徑。

2.3 環(huán)縫焊接

定位焊后應(yīng)盡快焊接安裝環(huán)縫，每條焊縫應(yīng)連續(xù)完成，不得中斷。

2.3.1 焊接材料

焊接材料的品種應(yīng)與母材和焊接方法相適應(yīng)。存放焊接材料的庫房應(yīng)通風(fēng)良好，室溫不應(yīng)低于5 ℃，相對濕度不應(yīng)高于70%。電焊條應(yīng)在烤箱內(nèi)按規(guī)定進(jìn)行烘烤(2～3 h)，施焊時(shí)應(yīng)放在加蓋的焊條保溫筒內(nèi)，隨用隨取，以免受潮[3]。

2.3.2 焊接要求

在正式焊接前，應(yīng)對試板焊縫全長進(jìn)行外觀檢查和無損探傷檢查(檢查方法與生產(chǎn)性施焊相同)，并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試板不得有缺陷。若需修正的缺陷長度超過試板長度的5%，則該試件無效，須重作評定。

焊接過程中，不能在相對濕度大于90%、環(huán)境溫度低于-5 ℃、雨天和雪天的露天、風(fēng)速大于8 m/s時(shí)施焊[4]。雙面焊接時(shí)，在其單側(cè)焊接后應(yīng)進(jìn)行清根并打磨干凈滲碳層，再焊另一面。定位焊應(yīng)在坡口內(nèi)進(jìn)行，每條焊縫要一次連續(xù)完成，若因故中斷焊接，應(yīng)采取防裂措施。在重新焊接前，應(yīng)將表面清理干凈并確認(rèn)無裂紋后，方可按原工藝?yán)^續(xù)施焊。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

斜坡段壓力鋼管安裝工藝流程見圖1。

圖1 斜坡段壓力鋼管安裝工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 人員設(shè)備安排

人員、設(shè)備全部到位，分配到各工作面，保證安裝過程中各作業(yè)面的正常施工。

3.2.2 運(yùn)輸小車的制作

小車采用20號槽鋼制作，外型尺寸6 000 mm×2 000 mm，鋪設(shè)軌道的軌距1 800 mm，在加工廠按設(shè)計(jì)圖紙制作，最大載重量為15 t，制作驗(yàn)收完成后，運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場進(jìn)行安裝。

3.2.3 卷揚(yáng)機(jī)的安裝

采用10 t卷揚(yáng)機(jī)布置在鎮(zhèn)墩上，根據(jù)管線的實(shí)際情況在鎮(zhèn)墩澆筑一期混凝土?xí)r，要預(yù)埋鋼板用于卷揚(yáng)機(jī)的加固，安裝卷揚(yáng)機(jī)必須保證卷揚(yáng)機(jī)卷筒的中軸線與鋼管安裝軸線相互垂直。

3.2.4 運(yùn)輸小車軌道的安裝

利用10號槽鋼作為運(yùn)輸小車的軌道，軌距1 800 mm，在澆筑的一期混凝土上進(jìn)行軌道鋪設(shè)，混凝土的厚度必須大于100 mm且平整度不大于50 mm，以滿足軌道的加固強(qiáng)度和平直度。軌道與混凝土的連接采用膨脹螺栓與軌道連接的方式，兩連接點(diǎn)間距1 m。

3.2.5 施工平臺

施工平臺用于鋼管從運(yùn)輸汽車吊裝到運(yùn)輸小車上使用，平臺必須滿足運(yùn)輸車和80 t吊車安全施工，平臺位置根據(jù)實(shí)際的安裝現(xiàn)場來定。

3.2.6 墊層混凝土的施工

管槽墊層混凝土的厚度不低于100 mm，平整度不大于50 mm，寬度不低于2 m，以保證軌道的牢固和平直。墊層混凝土表面的高程與鋼管最低端的高程不低于300 mm，便于運(yùn)輸小車把鋼管運(yùn)輸?shù)桨惭b位置并把鋼管對接完成后，能夠順利從鋼管底部拉出。

3.2.7 壓力鋼管運(yùn)輸

用80 t汽車式起重機(jī)將大節(jié)鋼管吊起平放于拖車上，用鋼絲繩、倒鏈等牢固封車(在鋼繩與鋼管間加設(shè)墊塊，防止鋼管表面漆膜或管壁受到損壞)，將鋼管直接運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。因壓力鋼管運(yùn)輸危險(xiǎn)，對運(yùn)輸路段公路可制做簡易框架先進(jìn)行試運(yùn)，對運(yùn)輸造成困難的路段應(yīng)在正式運(yùn)輸前處理好以保證安全。

3.2.8 壓力鋼管卸載

壓力鋼管由拖車運(yùn)輸至施工平臺后，由80 t汽車吊進(jìn)行卸載，卸載后直接吊裝到自制臺車上，用鋼絲繩和手拉葫蘆將壓力鋼管固牢。

3.2.9 壓力鋼管安裝

(1)定位節(jié)安裝。鋼管就位后，利用倒鏈、千斤頂?shù)裙ぞ邔摴芄芄?jié)中心和高程調(diào)整至安裝位置，利用拉緊器、壓縫器、楔子板等調(diào)整壓縫，控制焊縫間隙的均勻性及管壁錯(cuò)牙，合格后加固定位焊接。

(2)上、下彎段鋼管調(diào)整。依據(jù)測量控制點(diǎn)測出各管節(jié)安裝方向、管口位置的高程、中心和里程，利用鋼絲線、鋼盤尺測出各管節(jié)安裝的幾何尺寸與設(shè)計(jì)尺寸，使偏差達(dá)到要求后進(jìn)行加固定位焊接。

(3)斜坡段鋼管安裝。斜坡段鋼管每截長度為7.6 m，重量為4.8～6.8 t，坡度為16.4°～36.5°。采用10 T卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸安裝，將運(yùn)輸臺車由上向下移動，運(yùn)輸臺車到達(dá)安裝位置后，利用10 T千斤頂將小車頂起至安裝高程，調(diào)整鋼管位置達(dá)到安裝要求后焊接加固，加固完成后用千斤頂將小車降到軌道面，再用卷揚(yáng)機(jī)將運(yùn)輸臺車?yán)亍?/p>

4 安裝措施

4.1 總體安裝措施

倒虹吸坡度大于10°小于40°的管段鋪軌道，自制專用滑車運(yùn)輸鋼管，卷揚(yáng)機(jī)牽引就位、人工配合安裝到位；坡度大于40°的陡坡段采用索吊將鋼管吊至工作面、人工安裝到位。

4.2 關(guān)鍵部位安裝措施

湊合節(jié)安裝：湊合節(jié)是一段鋼管中最后安裝的一節(jié)鋼管，用以調(diào)節(jié)焊接收縮和安裝誤差。采用整節(jié)式湊合節(jié)，在廠內(nèi)制成單節(jié)，安裝時(shí)根據(jù)測量實(shí)際長度，割去多余部分。多用于斜管和上彎管相接處和有些支管與岔管相接處；當(dāng)其附近設(shè)有伸縮節(jié)時(shí)，使伸縮節(jié)處于自由伸縮狀態(tài)，以適應(yīng)湊合節(jié)環(huán)縫的焊接收縮，在伸縮節(jié)組裝時(shí)應(yīng)預(yù)留此伸縮量。

4.3 現(xiàn)場安裝環(huán)縫焊接工藝控制

鋼管就位后組裝對接、加固牢固后對環(huán)焊縫進(jìn)行焊接，環(huán)縫焊接應(yīng)逐條焊接，不得跳越，焊接時(shí)注意各焊工間的電焊弧光防護(hù)。施焊順序?yàn)椋合群镐摴芡獗冢瑑?nèi)壁清根后進(jìn)行焊接，由兩名焊工對稱施焊，焊接時(shí)一定要嚴(yán)格控制每層焊道厚度不能大于5 mm，以便控制焊接熱輸入。

4.4 焊縫檢測

焊接的外觀檢查，應(yīng)符合DL/T5018-94規(guī)范中4.4條規(guī)定；省級技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器無損檢測人員技術(shù)資格考試委員會考核的方能操作。評定焊縫質(zhì)量應(yīng)由Ⅱ級或Ⅱ級以上的檢測人員擔(dān)任；焊縫分類及焊接要求參照設(shè)計(jì)要求：一、二類焊縫的RT檢驗(yàn)等級為AB級，并和GB3323《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》的Ⅱ、Ⅲ級合格標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)；超聲波檢測按GB11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》評定，檢驗(yàn)等級可選作B級，一類焊縫BI級為合格，二類焊縫BⅡ級合格；探傷比例：碳素鋼射線探傷，一類縫不少于15%，二類縫不少于10%。超聲波探傷，一類縫不少于50%，二類縫不少于30%；或按技術(shù)要求執(zhí)行。

焊縫局部無損探傷如發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)在其延伸方向或可疑部位作補(bǔ)充檢查。如補(bǔ)充檢查仍出現(xiàn)不合格，則應(yīng)對該條焊縫進(jìn)行全部檢查[5]。

表面裂紋，采用磁粉或滲透探傷，以確定其深度和長度。

腹板與翼緣板的焊縫允許未焊透深度不應(yīng)大于板厚的25%，最大不超過4 mm，或按標(biāo)書技術(shù)條件或設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定。角焊縫的焊腳必須符合施工圖樣的規(guī)定，焊縫外形平緩過渡。

4.5 焊縫返修與處理

焊縫內(nèi)部或表面如發(fā)現(xiàn)有缺陷，應(yīng)找出原因，制定措施。缺陷部位選用碳弧氣刨或砂輪進(jìn)行修磨、消除，認(rèn)真檢查后方可修補(bǔ)。焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過二次，超過二次以上時(shí)，應(yīng)查明原因，制定可靠的工藝措施，并經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，方可實(shí)施。返修后的部位，進(jìn)行探傷檢查。如環(huán)境氣溫低于-15 ℃時(shí)，就不應(yīng)進(jìn)行焊接，需焊接時(shí)，采取防護(hù)、預(yù)熱措施。

5 結(jié) 語

目前1、2號倒虹吸共計(jì)3 km斜坡段鋼管已經(jīng)安裝完成，通過對斜坡段壓力鋼管安裝工藝的提高與改進(jìn)，在壓力鋼管安裝質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，耗時(shí)顯著減少，節(jié)約時(shí)間，降低成本。同時(shí)，斜坡段壓力鋼管安裝工藝的改進(jìn)，顯著提高了壓力鋼管安裝一次驗(yàn)收合格的成功率，避免了反復(fù)調(diào)整鋼管軸線及高程，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了資源投入，提高了效益。

在斜坡段壓力鋼管安裝工藝改善與研究過程中，對斜坡段壓力鋼管安裝過程中的一些質(zhì)量控制細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，為提高鋼管整體安裝質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。