W型銅止水成型機(jī)在白馬門河倒虹吸施工中的應(yīng)用

童衛(wèi)東,曾鐵鋼,曾 濤

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局,成都,610225)

1 工程概況

南水北調(diào)中線焦作1段第一施工標(biāo)白馬門河倒虹吸,由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口檢修閘、管身段、出口控制閘和出口漸變段組成。身段之間伸縮縫設(shè)兩道止水,分別是橡膠止水帶和紫銅片止水,進(jìn)、出口漸變段和總干渠連接縫設(shè)一道橡膠止水帶,其他部位的伸縮縫均設(shè)一道紫銅片止水。管身段由進(jìn)口斜管段、水平段和出口斜管段的13個(gè)管節(jié)組成,管身橫向?yàn)?孔箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單孔過水?dāng)嗝?.5m×6.7m(寬×高),紫銅片止水2150m。

紫銅片止水寬490mm厚1.2mm,抗拉強(qiáng)度不小于205MPa,伸長(zhǎng)率不小于20%,化學(xué)成分和物理力學(xué)性能滿足GB/T209規(guī)定。銅止水設(shè)計(jì)采用“W”型止水(見圖1),銅焊條進(jìn)行雙面搭接焊,搭接長(zhǎng)度不小于5cm。止水安裝偏差嚴(yán)格控制在施工規(guī)范允許的5mm范圍之內(nèi)。止水安裝前后要作好保護(hù)措施,防止尖銳的硬物擦、掛和碰傷等。

圖1 “W”型銅止水(單位:mm)

2 W銅止水加工制作機(jī)械選擇

白馬門河倒虹吸分倉(cāng)較多,倉(cāng)面也相對(duì)較大,結(jié)構(gòu)縫、伸縮縫眾多。由于W型銅片止水?dāng)?shù)量多,施工難度較大,接頭施工質(zhì)量不易保證,因此在保證施工質(zhì)量的同時(shí),且需兼顧工程施工進(jìn)度和施工成本等因素。傳統(tǒng)的銅止水加工制作多采用沖壓機(jī)沖壓成型,或自行加工模具,然后利用千斤頂擠壓成型,最后安裝到分縫位置。

在白馬門河倒虹吸施工初期,管身水平段采用傳統(tǒng)自行加工的模具,利用千斤頂擠壓成型。在W型銅止水加工、制作和安裝時(shí),發(fā)現(xiàn)銅止水制作一次成型合格率較低,焊接安裝工作量大,對(duì)技術(shù)工人要求較高,工作效率較低,不能滿足工程施工需求。銅止水制作、安裝存在以下方面制約,嚴(yán)重影響施工質(zhì)量:(1)容易產(chǎn)生制作變形和誤差。千斤頂擠壓成型一次性變形量大,人工脫模,容易出現(xiàn)皺皮、裂紋等加工缺陷,且成型誤差較大;(2)容易產(chǎn)生安裝誤差和變形。千斤頂擠壓成型所制作的銅止水因成型誤差較大,以及誤差累計(jì),安裝時(shí)很難全部對(duì)準(zhǔn)中間“鼻子”部位,接頭焊縫焊接比較困難,容易出現(xiàn)焊縫填充不飽滿或未焊透、咬邊等焊接缺陷。

綜上所述,中國(guó)水利水電第五工程局有限公司經(jīng)過分析、比較,決定在白馬門河倒虹吸紫銅片止水加工制作中采用多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)進(jìn)行。多級(jí)漸變滾壓式W型銅片止水成型機(jī)操作簡(jiǎn)單、施工方便、速度快、安全可靠,可有效解決因結(jié)構(gòu)縫、伸縮縫眾多,安裝、接頭焊接施工難度較大,W型紫銅片止水接頭施工質(zhì)量不易保證的問題。

3 W型銅片止水成型機(jī)的加工流程

目前,銅止水成型機(jī)在國(guó)內(nèi)尚無成熟產(chǎn)品,中國(guó)水利水電第五工程局有限公司分析各施工單位銅止水制作工藝,并結(jié)合施工需求強(qiáng)度和制作工藝成本,由公司第一水工機(jī)械廠設(shè)計(jì)制作多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)。

滾壓式銅止水成型機(jī)針對(duì)土建施工用“W”型銅止水加工設(shè)計(jì),設(shè)備主要由導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)、成型機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和剪斷機(jī)構(gòu)等組成。設(shè)計(jì)采用七組壓膜漸變滾壓成型,其基本原理是:銅帶經(jīng)導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)通過七組壓膜完成W型銅止水鼻尖、支腿漸變成型后輸出,最后由切斷機(jī)構(gòu)完成W型銅止水的切斷工作(可根據(jù)銅止水的需求長(zhǎng)度切斷)。

圖2 多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)

在銅止水制作工藝改進(jìn)過程中,大家群策群力,不斷采用新工藝和新方法,嚴(yán)格保證W型銅止水加工質(zhì)量。根據(jù)銅止水的物理性能,要想一次壓制成型十分困難,因此在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮分成多次漸變壓制成型,也就設(shè)計(jì)成七組壓膜,銅帶通過第1～5組壓膜完成W型銅止水鼻尖成型,此道壓膜工序必須保證銅止水的中心尺寸,通過安裝在設(shè)備上的導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)來確定。經(jīng)過第6～7組壓膜完成W型銅止水兩側(cè)邊支腿成型并輸出,根據(jù)實(shí)際所需長(zhǎng)度由剪斷機(jī)構(gòu)完成W型銅止水剪斷工作,同時(shí)壓平銅止水表面。通過這樣的壓膜加工出來的銅止水,既能保證中心尺寸,又能保證銅止水表面的平整度。通過分析不同斷面、不同形狀的銅止水,來設(shè)計(jì)銅止水的下料長(zhǎng)度和對(duì)焊接接頭位置、數(shù)量進(jìn)行控制,既減輕了工人在現(xiàn)場(chǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了效率,又保證了銅止水的安裝質(zhì)量。通過以上幾方面的工作,制作出來的銅止水質(zhì)量得到了很好的保證。

4 W型銅片止水成型機(jī)的檢驗(yàn)與分析

由銅止水制作成果檢驗(yàn)(表1)可知,多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)在南水北調(diào)焦作1段第一施工標(biāo)得到了成功運(yùn)用,累計(jì)加工制作紫銅止水1393m,一次性檢驗(yàn)合格率為100%,尺寸誤差均不超過2mm,且表面光滑,無壓痕、皺皮、裂紋、孔洞等。與傳統(tǒng)加工工藝相比,多級(jí)漸變滾壓式銅止水成型機(jī)具有以下特點(diǎn):

表1 多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)制作成果檢驗(yàn)

(1)制作速度快。傳統(tǒng)成型技術(shù)受加工模具長(zhǎng)度(最大3m)和現(xiàn)場(chǎng)操作技術(shù)工人熟練程度限制,最大加工速度只有0.3m/min。而多級(jí)漸變滾壓式銅止水成型機(jī)成型技術(shù),制作銅止水長(zhǎng)度根據(jù)分縫長(zhǎng)度需要,一次性自動(dòng)化滾壓成型,平均速度為4.54m/min。

(2)成型效果好。傳統(tǒng)成型技術(shù)一次性變形量為50mm,且只能控制止水中間“鼻子”的成型要求,兩邊“立腿”需人工2次成型,容易出現(xiàn)加工裂紋、壓痕、皺皮等加工缺陷和誤差,成品一次性檢驗(yàn)合格率為85%。多級(jí)漸變滾壓式成型機(jī)全部采用自動(dòng)化加工技術(shù)制作銅止水,7組壓模逐級(jí)變形,單次變形量小,一次性變形量最大13mm,加工誤差控制在±2mm之內(nèi),成品一次性檢驗(yàn)合格率100%。

(3)安裝簡(jiǎn)便,提高了工作效率,降低了施工成本。傳統(tǒng)成型技術(shù)安裝銅止水存在安裝焊接量大,高空作業(yè),設(shè)備移動(dòng)和焊接操作困難,焊接質(zhì)量受安裝現(xiàn)場(chǎng)外界氣候條件影響,焊接接頭質(zhì)量很難得到保證等缺點(diǎn)。多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)成型技術(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要,按照單條施工縫長(zhǎng)度,銅止水一次性現(xiàn)場(chǎng)滾壓成型,直接安裝到位。

南水北調(diào)焦作1段第一施工標(biāo)白馬門河倒虹吸共需加工紫銅止水2150m,紫銅止水制作安裝由傳統(tǒng)方案的836塊降到實(shí)際多級(jí)漸變滾壓式W型銅止水成型機(jī)成型安裝96塊,焊接量減少89%,極大地提高了工作效率和紫銅止水安裝質(zhì)量,降低了施工成本。

(4)成型機(jī)便于移動(dòng),操作簡(jiǎn)單。多級(jí)滾壓式成型機(jī)可移動(dòng)到施工部位,現(xiàn)場(chǎng)制作銅止水,直接安裝到位,且操作技術(shù)簡(jiǎn)單易學(xué),一般人員經(jīng)過培訓(xùn)即可掌握操作技術(shù)。

5 成本分析及經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)W型銅止水加工:使用自制加工模具,配合3名工人配合使用千斤頂壓制成型,一次最長(zhǎng)可加工3m(模具最長(zhǎng)3m),成型后銅止水鼻子及兩側(cè)立腿,需要1名工人負(fù)責(zé)進(jìn)行二次加工,平均加工10m需要耗時(shí)50min。同時(shí)由于受到單次壓制長(zhǎng)度(最長(zhǎng)3m)限制,加工10m產(chǎn)生4處焊接接頭,需要有經(jīng)驗(yàn)的焊工進(jìn)行接頭焊接。并且由于千斤頂壓制受力點(diǎn)不均,易產(chǎn)生裂紋、壓痕、皺皮,造成原材料的浪費(fèi)。平均每m制安費(fèi)用16.19元。

機(jī)械滾壓式W型銅止水加工:不受加工長(zhǎng)度限制,2名操作工人配合使用,根據(jù)施工分縫長(zhǎng)度需要可一次壓制成型,平均加工10m僅需要耗時(shí)3min至5min,加工成型后不需要進(jìn)行二次處理,銅止水只出現(xiàn)一個(gè)閉合接頭,免去了大量焊接加工工序,而且成品一次性檢驗(yàn)合格率100%,基本不會(huì)出現(xiàn)原材料浪費(fèi)現(xiàn)象。平均每m制安費(fèi)用8.99元。

通過成本分析,白馬門河倒虹吸銅止水利用W型銅止水成型機(jī)制作安裝,可以比傳統(tǒng)工藝節(jié)省成本2150m×(16.19-8.99)元/m=15480元,同時(shí)可以極大的保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度,實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)效益非常高。