倒虹吸壓力鋼管制作 與安裝工藝探討

王建命

貴德縣拉西瓦灌溉工程位于青海省貴德縣境內(nèi)黃河上游拉西瓦電站大壩和李家峽電站水庫庫尾之間的黃河南岸，為黃土高原與青藏高原的過渡地帶，海拔2190m～2560m之間。2#倒虹吸管壓力鋼管段長585.14m，進(jìn)出口段地形較陡,自然坡度30°～40°，溝底兩岸谷坡地形平緩，最大水頭69m。倒工吸管徑2400mm，管身采用壁厚18mmQ345C鋼板，設(shè)有加勁環(huán)和支撐環(huán)，其中加勁環(huán)間距為2m，支撐環(huán)間距為8m，采用鏡面不銹鋼與聚氯乙烯四氟板滑動型式。

一、前言

2#倒虹吸基于壓力鋼管整體卷制工藝，為了確保質(zhì)量，我們確定采用定制鋼板、自動刨邊機(jī)制作坡口，雙面埋弧焊焊接縱縫及大節(jié)組對環(huán)縫，人工焊接安裝環(huán)縫的施工工藝。在施工過程中大大提高了壓力鋼管現(xiàn)場生產(chǎn)的機(jī)械化操作程度，降低了工人勞動強(qiáng)度，降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險，提高了壓力管理制作安裝的效率。

二、主要原材料控制

2#倒虹吸所使用原材料均由我方統(tǒng)一采購，管身段所使用Q345C鋼板項目部選用酒鋼廠生產(chǎn)的定尺鋼板，采用B公差標(biāo)準(zhǔn)，焊條、焊絲、焊劑均采用大橋牌產(chǎn)品，從源頭上保證了質(zhì)量。材料進(jìn)場后，對鋼板化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足要求，同時對焊條、焊絲、焊劑進(jìn)行了焊接試驗，通過檢測，檢測結(jié)果滿足要求。

三、壓力鋼管制作

1.樣本制作

為了方便檢查，保證鋼管及各種管道輔件的制作安裝精度，采用δ=0.5mm的鍍鋅鐵皮制作樣板。根據(jù)設(shè)計要求，鋼管內(nèi)徑弧度檢查、支撐環(huán)、加勁環(huán)等都必須制作樣板，樣板弧長必須符合規(guī)范要求。樣板制作完畢后，經(jīng)過校核，在樣板上進(jìn)行標(biāo)記，以防止在使用過程中混用。

2.鋼管下料、切割及坡口加工

2#倒虹吸管徑為2400mm，我部采用定尺鋼板，以減少管身段縱縫焊接。鋼板進(jìn)場檢驗合格后，在使用前將鋼板表面油污、溶渣及氧化鐵清除干凈，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，對鋼板尺寸進(jìn)行校核下料，劃線后應(yīng)用鋼印、油漆和沖眼標(biāo)記鋼板水平、垂直中心線、坡口角度及切割線等符號。鋼板下料采用半自動火焰切割機(jī)切割，焊接坡口采用自動刨邊機(jī)制作。

3.管節(jié)卷制

（1）鋼板端頭預(yù)頂彎

由于2#倒虹吸管徑較大，鋼板為Q345C高強(qiáng)鋼板，屈服強(qiáng)度較高，鋼板端頭若不進(jìn)行預(yù)頂彎，卷制成型后壓頭較為困難，會出現(xiàn)端頭弧度不夠，較為平直的現(xiàn)象。鋼板端頭頂彎采用加襯墊方式在卷管機(jī)上進(jìn)行，襯墊為事先按設(shè)計弧度卷成的鋼制專用胎模，頂彎后鋼板端頭弧度用樣板檢查達(dá)到設(shè)計要求為止。

（2）管身段卷制及組圓

鋼管卷制利用現(xiàn)場安裝好的龍門吊配合卷管機(jī)卷制。首先，利用龍門吊將鋼板緩慢送入卷管機(jī)，調(diào)整好龍門吊小車與卷管機(jī)的位置，在卷制過程中，龍門吊大車與卷筒保持同一速度，對鋼板前半段卷制，隨時調(diào)整卷管機(jī)上下的間距并用樣板對弧度進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)鋼板卷至一定長度時，用龍門吊將卷制好的部分吊住，使鋼板自重不致將卷制中的鋼板壓變形并防止過度輸料導(dǎo)致鋼板從卷管機(jī)中脫出造成傾翻事故。鋼管卷制成型后，以自由狀態(tài)立于檢查平臺上，用夾具將縱縫接口對平，進(jìn)行弧度和管口平面度檢查，為防止弧面扭曲，還應(yīng)用對角線的方法進(jìn)行校核。管身弧度和管口平面度校正后，進(jìn)行點焊牢固。同時，用于管道內(nèi)徑等長的臨時支撐在管口兩邊加以固定，使其在吊裝過程中不發(fā)生變形。

（3）管節(jié)縱縫焊接

管節(jié)組圓后由龍門吊吊至縱縫焊接平臺上進(jìn)行縱縫焊接?？v縫焊接采用手工焊內(nèi)側(cè)封底，在焊縫的兩端分別焊接引弧板和熄弧板，嚴(yán)禁在母材上引弧和熄弧。內(nèi)側(cè)封底完成后，采用自動埋弧焊接管節(jié)內(nèi)縫，內(nèi)縫焊接完成后，外側(cè)采用碳弧氣刨配合角磨機(jī)清根后對外縫施焊。

（4）大節(jié)組對環(huán)縫焊接

管節(jié)大節(jié)組對在組對臺車上進(jìn)行，利用千斤、壓碼組對合格后，先采用手工焊在內(nèi)側(cè)焊縫進(jìn)行封底加固，內(nèi)外縫施焊順序同管節(jié)縱縫焊接順序。內(nèi)外側(cè)環(huán)縫焊接時要調(diào)整焊接臺車轉(zhuǎn)速與自動埋弧焊機(jī)送絲速度匹配，以保證焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)焊不滿或者焊縫過高現(xiàn)象發(fā)生。環(huán)縫外側(cè)焊縫采用碳弧氣刨清根時刨槍與焊縫成一定夾角，以保證清根質(zhì)量。

圖1 管節(jié)卷制

圖2 大節(jié)組對環(huán)縫內(nèi)側(cè)焊接

四、壓力鋼管安裝

1.首裝節(jié)安裝

倒虹吸鋼管安裝應(yīng)從最低點水平段開始安裝，待水平段鎮(zhèn)墩砼澆筑完成后進(jìn)行爬坡段自下游段至上游段管身安裝。首裝節(jié)為倒虹吸最低點水平段第一節(jié)水平直管，通過全站儀測定鋼管安裝的中心、里程及高程，采用吊車吊裝就位，利用千斤頂、倒鏈進(jìn)行位置調(diào)整至設(shè)計要求后，進(jìn)行鋼管的外支撐加固。

2.管身段安裝

首裝節(jié)安裝完畢，將其上游側(cè)管節(jié)吊裝至臨時支撐上，用千斤頂、倒鏈配合調(diào)整管節(jié)的各項安裝尺寸，符合要求后，即可進(jìn)行環(huán)縫對接。環(huán)縫的對接利用千斤、頂杠、壓碼進(jìn)行對口，對口達(dá)到規(guī)范要求后對鋼管環(huán)縫進(jìn)行點焊固定，點焊長度為80-100mm，間距控制在100-400mm之間。環(huán)縫點焊完畢后對安裝中心線、高程進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無誤后進(jìn)行鋼管加固。管身段安裝至鎮(zhèn)墩處，應(yīng)與鎮(zhèn)墩錨栓連接加固，確保鋼管在砼澆筑時不產(chǎn)生變形和位移。

3.伸縮節(jié)安裝

經(jīng)與項目法人協(xié)商考察后確定，2#倒虹吸伸縮器采用1.6Mpa單向軸向型波紋伸縮器。該伸縮器與管道采用焊接連接，伸縮器連接端、外護(hù)筒、導(dǎo)流筒材質(zhì)與管道母材相一致均采用Q345C型，伸縮體采用304不銹鋼制作波紋管，波內(nèi)設(shè)鎧裝環(huán)，以防止壓縮過度造成波紋損壞。

伸縮器在安裝時應(yīng)考慮安裝環(huán)境溫度，由于管道安裝歷時較長，各管節(jié)安裝溫度不盡相同，需要考慮伸縮器進(jìn)行預(yù)壓縮或預(yù)拉伸。經(jīng)與伸縮器制造商共同計算，伸縮器在出廠時設(shè)為“0”位，按當(dāng)?shù)貧夂驐l件，在七、八月份安裝時，對伸縮器預(yù)壓縮2.5cm，隨著安裝環(huán)境溫度逐漸下降，不斷調(diào)小預(yù)壓縮量，當(dāng)安裝環(huán)境溫度下降至5-10℃左右時，伸縮器按“0”位安裝，環(huán)境溫度在0-零下5℃時，伸縮器預(yù)拉伸1cm，環(huán)境溫度低于零下5℃時停止安裝。在青海地區(qū)，最高溫和最低溫溫差達(dá)60℃左右，這樣可以有效消除伸縮器在安裝過程中的溫度差造成的伸縮量差，防止伸縮器在高溫或者低溫情況下出現(xiàn)伸縮量不夠造成擠損或拉脫情況。在安裝過程中伸縮器限位螺栓不得松動，需待下游段鎮(zhèn)墩砼澆筑完成后即該松開限位螺栓。2#倒虹吸伸縮器通過4年寒暑期運行，伸縮量均在設(shè)計范圍內(nèi)。

五、結(jié)語

整體管節(jié)卷制技術(shù)的應(yīng)用最大限度地實現(xiàn)大直徑壓力管道的自動化焊接，提高了焊接效率，壓縮了單節(jié)管節(jié)制造的直線工期。使大批量鋼管制造自動化操作程度得到大大提高，節(jié)約了設(shè)備資源，提高了安全系數(shù)，降低了工人勞動強(qiáng)度，真正實現(xiàn)了壓力鋼管制造從鋼板組對、卷制、焊接等流水線工序的自動化程度，提高了工效，有效降低了施工成本。