大直徑輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工技術

徐同良 鄭 浩

(1.東平湖管理局梁山黃河河務局，山東 濟寧 272000；2.河南立信工程管理有限公司，河南 鄭州 450003)

輸水隧洞鋼管管節(jié)的運輸和安裝調(diào)整屬于重要工序,傳統(tǒng)施工采用軌道小車運輸安裝方案，費工費材料，施工進度慢，安全性低。目前采用隧洞臺車運輸安裝方案，雖施工效率高，但機械組裝復雜，成本較高。本文結(jié)合施工實踐，將挖掘機液壓反鏟改造后，用于鋼管運輸和安裝，大大提高了作業(yè)效率，減輕了工人勞動強度，提高了安裝質(zhì)量和施工安全性。

1 施工工藝原理

大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工技術通過對挖掘機液壓反鏟進行適當?shù)母脑?，用于隧洞?nèi)鋼管的運輸和安裝調(diào)整，涉及機械改造、支架制作、變形控制等多項關鍵技術。首先拆卸反鏟小臂，根據(jù)鋼管直徑制作一個簡易支架安裝在反鏟大臂端頭，反鏟把簡易支架從鋼管內(nèi)部托在鋼管頂部。壓力鋼管往往相對較長、較重，導致安裝鋼管時，壓力鋼管的長度越長，出現(xiàn)變形的概率越大。壓力鋼管的底部放置U形墊塊焊接于支架頂部，U形墊塊本身受力面積相對較大，更好地將壓力鋼管固定。支架上焊接固定錨環(huán)，支架兩邊各懸掛2個5t手拉葫蘆拉于鋼管中腰處，用于固定和調(diào)整鋼管，防止鋼管變形及鋼管前后傾倒。在挖掘機液壓反鏟尾部制作一配重平臺，根據(jù)反鏟工況及管節(jié)重量，適當增加少許配重，以達到反鏟在緩坡行走的平衡穩(wěn)定。

壓力鋼管安裝后承受水壓力較大、受力復雜，為有效避免鋼管變形，瓦塊縱縫與環(huán)縫交接處采用圓弧段焊縫過渡，減少焊接應力集中。此外，為加強瓦塊整體受力，保留壓力鋼管加勁環(huán)設計，安裝時將瓦塊加勁環(huán)與鋼管加勁環(huán)對接焊接。瓦塊制作時采用合理的加工流程和加固措施，確保瓦塊卷制弧度，控制加勁環(huán)安裝間隙，防止瓦塊的運輸變形。瓦塊安裝焊縫采用不對稱X形坡口，坡口外小內(nèi)大，背面焊縫坡口比例為2/5，正面焊縫(過流面)坡口比例為3/5，在保證厚板焊接質(zhì)量的同時減少了外部狹小空間內(nèi)焊接停留時間。通過選擇合理的焊接順序和焊接方法，盡量減少在剛性約束條件下的焊接應力集中現(xiàn)象，防止焊縫產(chǎn)生冷裂紋。

該技術適用于大直徑隧洞內(nèi)緩坡段的短管節(jié)鋼管安裝，隧洞和鋼管直徑在3～12m，洞內(nèi)坡度為0°～8°,鋼管管節(jié)長度在3m以下。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

2.2 操作要點

2.2.1 挖掘機液壓反鏟改造及支架制作

首先拆卸掉挖掘機液壓反鏟小臂，根據(jù)鋼管直徑制作一個大直徑輸水隧洞壓力鋼管專用支架，安裝在反鏟大臂端頭。支架與反鏟大臂的組裝要牢固,在運輸途中不得晃動和傾斜。簡易支架的頂面形狀為與鋼管內(nèi)壁相吻合做成弧形，并要有足夠的面積，防止鋼管在自重作用下產(chǎn)生局部變形。

防止管道變形或傾覆。支架的頂面形狀與鋼管內(nèi)壁相吻合。支架所有部件加工焊接質(zhì)量均符合設計要求。反鏟改造、制作及安裝支架見圖2。

圖2 反鏟改造、制作及安裝支架

挖掘機液壓反鏟專用支架見圖3。

圖3 挖掘機液壓反鏟專用支架示意圖

2.2.2 鋼管坡口清理

鋼管在運輸安裝前，先對坡口及兩側(cè)各100mm內(nèi)進行清理，去除污物、油污、油漆、鐵銹、氧化皮、潮氣等影響焊接質(zhì)量的物質(zhì)。油污、油漆應經(jīng)過火焰烘烤。對貼陶瓷襯墊的粘貼處附近予以清潔，以增加粘貼結(jié)合力。

2.2.3 鋼管翻轉(zhuǎn)及固定

采用平板車將鋼管運輸?shù)剿矶纯冢枚错斿^環(huán)和卷揚機進行鋼管翻轉(zhuǎn)。挖掘機液壓反鏟大臂伸到鋼管內(nèi)壁頂部，將專用支架兩側(cè)的兩臺手拉葫蘆與鋼管上的錨環(huán)進行固定。

鋼管翻轉(zhuǎn)見圖4，鋼管固定見圖5。

圖4 鋼管翻轉(zhuǎn)

圖5 鋼管固定

2.2.4 隧洞內(nèi)運輸鋼管

挖掘機液壓反鏟支架自主行走，無須牽引。根據(jù)隧洞內(nèi)情況轉(zhuǎn)彎或上下左右調(diào)整鋼管，避免與洞壁碰撞。反鏟在運輸鋼管時，要根據(jù)管件重量和洞內(nèi)地面的坡度，調(diào)整反鏟配重，以滿足反鏟運輸穩(wěn)定要求。鋼管運輸時，因鋼管在反鏟前方，影響司機視線，要有專人指揮引導。托舉和固定鋼管后要測量檢查鋼管是否變形。運輸途中需控制行進速度，防止劇烈顛簸，防止鋼管與洞壁碰撞。加強洞內(nèi)照明，注意洞內(nèi)通風排煙，及時消散反鏟尾氣。每次運輸鋼管前，對支架和錨環(huán)等結(jié)構(gòu)進行認真檢查，發(fā)現(xiàn)變形、開裂時，及時加固，否則不得使用。

隧洞內(nèi)運輸鋼管見圖6。

圖6 隧洞內(nèi)運輸鋼管

2.2.5 鋼管安裝調(diào)整

施工前，先通過全站儀在洞內(nèi)把每節(jié)鋼管的腰線兩側(cè)及底部軸線中心點所對應洞壁上的位置做好標記，每個斷面上共有3個點。保證放樣精度是鋼管安裝的基礎，安裝人員根據(jù)測量放點進行就位、調(diào)整。采用挖掘機液壓反鏟調(diào)整鋼管到設計位置，然后進行鋼管外部支撐并加固。施工測量見圖7，鋼管安裝調(diào)整見圖8。

圖7 施工測量

圖8 鋼管安裝調(diào)整

2.2.6 液壓反鏟退出

確保鋼管支撐牢固后，松開內(nèi)部手拉葫蘆和反鏟大臂，退出反鏟進行下節(jié)鋼管運輸。

2.2.7 鋼管內(nèi)支撐拆除

拆除鋼管上的內(nèi)支撐、臨時卡具時嚴禁錘擊，采用碳弧氣刨或手割炬在其離管壁約3mm左右處切除，注意不傷及母材。同時，將鋼管內(nèi)壁的焊疤清除干凈，局部凹坑深度不超過板厚的10%且不大于2mm，超標凹坑用砂輪打磨至便于焊接的凹槽再進行焊補。最后，對鋼管焊縫、焊疤、焊補處、其他殘留痕跡等全部打磨平整，與母材高度一致。對磨平后的焊縫、焊疤、焊補處做PT檢查，查看有無氣孔、微裂紋等，檢查合格后使用環(huán)氧煤瀝青漆涂裝防腐。

2.2.8 鋼管焊接

a.焊接工藝。采用CO2單面焊雙面成型工藝，焊接前先進行焊接工藝評定，保證焊接電流和電壓的匹配，確保焊縫成型良好。選擇熟練的焊工，使用較大電流的焊接規(guī)范，以提高勞動生產(chǎn)率。由于鋼管安裝后與底板之間空隙較小很難操作，因此將鋼管腰線作為分界點，坡口做成正反方向(上部朝下，下部朝上)。

b.焊縫檢查。環(huán)縫焊接檢查分為焊縫外觀檢查和無損探傷檢查。焊縫外觀檢查主要檢查焊縫表面無氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，以及焊縫余高，蓋過坡口寬度等。無損檢查采用超聲波進行，由于環(huán)縫焊接為Ⅱ類焊縫，進行50%超聲波抽檢。如出現(xiàn)質(zhì)量缺陷及時處理。焊縫外觀檢查見圖9，無損探傷檢查見圖10和圖11。

圖9 焊縫外觀檢查

圖10 無損探傷檢查(一)

圖11 無損探傷檢查(二)

3 工程應用

3.1 甘肅省引洮供水二期工程主體工程施工第48標壓力管道安裝工程應用

2016年9月20日至2018年10月30日實施的甘肅省引洮供水二期工程主體工程施工第48標壓力管道安裝工程，引水隧洞設計直徑7.8m，壓力鋼管鋼材采用Q345D低合金鋼，鋼管壁厚20mm，鋼管內(nèi)徑為6.6m，洞內(nèi)坡比i=1%。施工前期，鋼管運輸和安裝采用傳統(tǒng)的鋪設軌道方案，鋼管翻轉(zhuǎn)直立后利用卷揚機牽引小車運至安裝位置，再進行調(diào)整就位。完成1節(jié)鋼管運輸安裝需耗用人工13工時及機械8臺時(含鋪設軌道60m)。技術人員創(chuàng)新利用CAT220D挖掘機液壓反鏟進行隧洞內(nèi)鋼管運輸和安裝。經(jīng)過改造后，完成1節(jié)鋼管運輸安裝只需人工6工時及機械4臺時，采用挖掘機液壓反鏟運輸及安裝鋼管比傳統(tǒng)的鋪設軌道運輸安裝方法可減少勞動力80%左右，安裝速度提高2～3倍。

傳統(tǒng)鋪設軌道運輸安裝壓力鋼管與挖掘機液壓反鏟運輸安裝壓力鋼管兩種方案用工對比表見表1。

表1 傳統(tǒng)鋪設軌道方案與挖掘機液壓反鏟方案用工對比

3.2 云州水庫調(diào)水主蓄水池至滑雪場輸水工程一期管道施工第三標段管道安裝工程應用

2017年3月27日至2018年9月28日實施的云州水庫調(diào)水主蓄水池至滑雪場輸水工程一期管道施工第三標段管道安裝工程，引水隧洞設計直徑8.4m，壓力鋼管內(nèi)徑7.6m，壁厚24mm/20mm/16mm，管節(jié)長0.6～1.8m，洞內(nèi)坡比i=1.5%。該工程應用了大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工技術，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語

通過工程應用實踐，大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工方法，對洞內(nèi)運輸?shù)缆芬筝^低，不需鋪設軌道。施工安全性好，隧洞內(nèi)鋼管管徑大，管節(jié)短，鋼管直立后，反鏟從鋼管頂部托舉鋼管，鋼管不會傾倒。安裝調(diào)整在鋼管內(nèi)部進行，較好地保證了施工人員安全。鋼管運輸和安裝均由一臺反鏟挖掘機完成，施工簡便、快捷、成本較低。具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，對同類工程施工提供了很好的借鑒和指導作用。