新龍口水電站壓力管道安裝工程施工方案探析

黃為群

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團建設(shè)工程（集團）有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830002）

1 工程概況

1.1 工程背景

新疆奎屯河引水工程新龍口電站壓力管道工程管長1450.38 m,開挖直徑6.6 m,鋼管凈直徑4.1 m,設(shè)計引水流量48.5 m3/s,管內(nèi)流速3.83 m/s,設(shè)計水頭342.304 m,最大水錘壓力4.2 MPa,電站裝機140 MW。壓力管道結(jié)合地形地質(zhì)進行布置,由回填管段和地下埋管段（該段由豎井和下平洞組成）組成,其中0+000～0+710 段采用回填管型式,長度710 m,板厚范圍從18 mm～28 mm,材質(zhì)為Q345R；0+710～1+234.20 段為地下埋管段,板厚范圍從28 mm～44 mm,材質(zhì)為Q345R、07 MnMoVR。豎井段深228 m,下平洞段坡度6%,長度519 m。下平洞出口設(shè)管棚套拱,套拱后為岔管段,采用“卜”形岔管布置。壓力管道建筑物級別為2 級,地震設(shè)防烈度Ⅷ度。

1.2 工程特點

（1）本工程線路長,管道設(shè)計走向自地上轉(zhuǎn)向地下平向出地面,縱坡起伏變化多,安裝施工現(xiàn)場條件復(fù)雜,機械化程度高,資源投入量大,專業(yè)化程度高,對施工組織要求高。充分的施工準備工作是確保工程安全優(yōu)質(zhì)高效完成的前提。

（2）管道制作安裝工程量大,總計1677.46 t,最大重量31.1 t,吊裝和運輸對設(shè)備的要求高,吊裝設(shè)備選型和設(shè)計須進行安全驗算,并嚴格按照批準的專項方案施工。

（3）管道直徑大,里程長,板材下料、管節(jié)制作與安裝精度要求高,必須采用先進技術(shù)進行控制和管理。

（4）本工程壓力鋼管焊接量大,即是影響工程進度的關(guān)鍵工序,也是影響管道安全運行的重要因素,應(yīng)作為管理重點加強過程控制。

2 工程難點

（1）回填管段平均開挖深度13.63 m,邊坡坡比為1∶1.25,55 t 吊車的作業(yè)半徑為12 m～13 m,無法直接從兩側(cè)施工道路將鋼管吊裝至工作面。劃分三段施工,每段先設(shè)置一個混凝土吊裝平臺,在管槽內(nèi)鋪設(shè)軌道,用吊車將鋼管放置在自制鋼管運輸車加固牢靠,用卷揚機作牽引,運至工作面,再以門型支架和3 t、5 t 手動吊葫蘆定位,千斤頂校對安裝。

（2）豎井段洞內(nèi)無安裝空間,鋼管在懸吊狀態(tài)下進行對中焊接,不便操作。采用手動吊葫蘆配合穩(wěn)車對鋼管進行校對,鋼管上沿管徑方向布置 8 根外支撐（“米”字型支撐）,每三道加勁環(huán)布置一排,一端焊在鋼管加勁環(huán)上,一端支在初次襯砌混凝土上與預(yù)埋膨脹螺栓焊接固定。對接中隨時檢查鋼管的高程、里程、中心和垂直度變化。

3 施工工藝流程

3.1 安裝方案設(shè)計

為保證鋼管安裝質(zhì)量安全和工期,采用外購定制尺寸鋼板,現(xiàn)場管節(jié)制作,采用40 t 龍門吊或55 t 吊車裝車,13 m 平板半掛車（設(shè)計載重40 t）運輸至供料平臺,洞內(nèi)運輸采用鋪設(shè)鋼軌,其上設(shè)置自制小車利用卷揚機牽引。采用吊車吊裝,手動吊葫蘆及千斤頂配合吊車進行校對[1]。

3.2 鋼管加工制作

沿線附近設(shè)置壓力管道加工場,占地面積12000 m2,建筑面積700 m2。場內(nèi)設(shè)置加工車間、防腐車間、成品堆放區(qū)、半成品區(qū)、原材料堆放區(qū)等。配置55 t 吊車1 臺、16 t 龍門吊2 臺、卷板機2 臺、等離子切割機4 臺、埋弧自動焊機6臺、普通焊機6 臺、16 t 龍門吊2 臺、32 t 輪胎門吊1 臺、無軌電車2 臺、滾焊臺車3 臺、磨光機6 臺、20 t 千斤頂10 臺,壓力機1 臺、油漆和水泥噴涂機各1 臺、超聲波探傷儀和數(shù)字測厚儀各1 臺以及烘干爐、加熱片、測溫儀等設(shè)備,滿足生產(chǎn)需要及工期要求。

3.2.1 工藝流程

鋼板檢驗及表面處理→劃線→下料及坡口制備→鋼板卷制→瓦片組圓→縱縫焊接→調(diào)圓、加勁環(huán)（阻水環(huán)）安裝焊接→環(huán)縫組裝→環(huán)縫焊接→附件安裝→鋼管除銹→鋼管防腐→標記→驗收出廠

3.2.2 下料及坡口制備

鋼板劃線后,采用等離子切割機切割,按設(shè)計坡口型式將切口加工成X 形坡口。切割之后將表面淬硬層、過熱組織等用砂輪磨掉,使切割面露出金屬光澤。所有切割面不得有熔渣、毛刺和由于切割造成的缺口,板端部不得有裂紋、裂縫、夾層、夾渣或其它缺陷。

3.2.3 卷板

鋼管經(jīng)冷彎成型,其圓度、直線度和長度必須在卷制過程中嚴加控制,防止管片在卷制過程中的扭曲和變形。按照先兩端后中間的順序卷制。采用組合式壓力機對鋼板首尾兩端先進行壓頭,用弧形樣板檢查首尾兩端弧度,合格后方可下卷板機進行中間段的卷制。卷制過程中要利用卷板機上限位裝置使鋼板邊線與卷輥面保持平行,鋼板中心線與卷板機輥軸中心保持垂直,防止卷板扭曲。卷制過程采用龍門吊或?qū)Ｓ弥Ъ軐芷M行支托,以消除管片在重力作用的變形。成型瓦片用樣板檢查其弧度,若卷制弧度不符合要求,則須重新吊至卷板機上修弧。成型瓦片應(yīng)采用雙吊點均勻著力吊裝,平穩(wěn)存放,防止著力不平衡造成瓦片變形。

3.2.4 焊接

（1）焊接前應(yīng)嚴格檢查人員、焊接材料、設(shè)備的情況。

（2）預(yù)熱。采用加熱板進行預(yù)熱。板厚小于等于38 mm的Q345R 鋼板可不進行預(yù)熱,但當(dāng)溫度小于等于10℃時需預(yù)熱至20℃～38℃；板厚大于38 mm 的Q345R 鋼板必須進行預(yù)熱,預(yù)熱溫度80℃～100℃；07 MnMoVR 鋼板必須進行預(yù)熱,預(yù)熱溫度為70℃以上。需預(yù)熱的鋼板進行定位焊前預(yù)熱溫度應(yīng)適當(dāng)提高30℃。預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)不小于3 倍的板厚且不小于10 cm。

（3）組對及定位焊。組對前檢查焊面及坡口,保證兩側(cè)各10 mm～20 mm 范圍內(nèi)清潔干燥,無鐵銹、熔渣、水跡、油垢等；鋼管的縱縫對口錯邊量不大于10%的板厚且不大于2 mm,環(huán)向?qū)涌p及加筋環(huán)、阻水環(huán)等的角焊縫對口錯邊量不大于15%的板厚且小于等于3 mm；定位焊接工藝與正式焊縫相同,定位焊縫的厚度不得超過0.5 倍的板厚,宜為4 mm～6 mm,長度30 mm～60 mm,間距小于40 mm；定位焊接的引弧和熄弧在坡口內(nèi)進行,熔入正式焊縫的定位焊縫不得存在裂紋、氣孔和夾渣等缺陷,否則清除重新焊接。

（4）焊接。焊接質(zhì)量受溫度和濕度的影響大,在不利天氣和外界環(huán)境下不應(yīng)進行焊接工作,除非遇特殊情況采用保溫措施并經(jīng)監(jiān)理同意。定位焊接按照受周圍約束大部位先焊,約束較小的部位后焊的順序進行。所有縱縫應(yīng)采用俯焊,環(huán)縫應(yīng)盡可能采用俯焊,在加工廠內(nèi)焊接的環(huán)縫不得采用仰焊。無論是在廠內(nèi)焊接還是在安裝現(xiàn)場焊接,都應(yīng)達到100%有效性的全穿透性對接焊縫。雙面焊縫單側(cè)焊接后用碳弧氣刨清根,清根后應(yīng)打磨清除夾碳、焊渣、刨槽凸凹不平等缺陷。

3.2.5 安裝內(nèi)支撐

鋼管調(diào)圓合格后在距兩端管口各400 mm 處安裝Φ108×4 鋼管做成“米”字形內(nèi)支撐。在內(nèi)支撐安裝位置的管壁上焊上定位塊,內(nèi)支撐直接與定位塊焊接。

3.2.6 加勁環(huán)安裝

加勁環(huán)的角焊縫焊接采用埋弧自動焊,對接環(huán)縫用手工電弧焊。加勁環(huán)瓣片在裝配前使用內(nèi)圈弧度樣板檢查,最大間隙控制在2 mm 以內(nèi)。在管節(jié)上畫出安裝位置控制線,將加勁環(huán)逐片與管壁組裝并點焊牢固,再人工將對接縫焊牢。將鋼管吊放至自制輥輪支架上,調(diào)整焊機機頭與鋼管相對位置,使焊槍與焊接件呈45°進行角焊接。

3.2.7 防腐工程

根據(jù)現(xiàn)場實際情況,采用噴涂機噴涂和人工刷（滾）涂刷兩種方案相結(jié)合,涂裝前對鋼管表面進行噴砂除銹。

噴砂前,應(yīng)采取措施將非噴砂工作面遮蔽保護,保證噴砂除銹過程不對現(xiàn)場造成污染。噴砂除銹后,用干燥無油的壓縮空氣吹掃表面浮塵和碎屑。噴砂除銹無法達到的位置采用手工或動力工具除銹。

涂裝過程中應(yīng)對每道工序的操作質(zhì)量進行檢查,并作好記錄。涂漆層數(shù)和漆膜厚度按設(shè)計要求進行噴涂,漆膜干透后按規(guī)范要求進行厚度檢測和附著力檢測。

3.3 管節(jié)運輸

運輸過程中,應(yīng)采取措施確保鋼管安全轉(zhuǎn)移。起吊時,采用專用環(huán)形吊裝帶具起吊裝車,管口加設(shè)軟墊對管口進行保護。為防止運輸時鋼管滾翻,托車上應(yīng)安裝托架,并在鋼管與托架接觸部位墊放枕木,用倒鏈穩(wěn)固。

3.4 管節(jié)安裝

3.4.1 安裝順序

根據(jù)豎井、下平洞及預(yù)埋管段土建施工進度計劃,先安裝豎井段,再下平洞段,最后預(yù)埋管段。根據(jù)工程各部位鋼管安裝的可調(diào)節(jié)性確定安裝順序。

（1）豎井段及下平洞段以下彎段與下平洞相接的第一節(jié)直管作為定位節(jié)鋼管,自下彎段向上彎段安裝,下平洞從定位節(jié)鋼管向洞口安裝。

（2）岔管段以廠房下游穿墻支管為始點,由岔管向蝶閥支管方向安裝,岔管作為定位鋼管安裝,岔管和支管連接的最后一節(jié)鋼管為湊合節(jié)。

（3）回填管段主管自低向高順序安裝（豎井進口鎮(zhèn)墩往上游安裝）,每個鎮(zhèn)墩彎管（或直管）作為定位管。定位管兩端管口中心高程和里程應(yīng)滿足始裝節(jié)公差要求。定位管安裝加固完成后,及時施工鎮(zhèn)墩混凝土,當(dāng)鎮(zhèn)墩混凝土達到設(shè)計齡期后,再順序安裝鎮(zhèn)墩上游鋼管,相鄰兩鎮(zhèn)墩間與伸縮節(jié)相接的最后一節(jié)鋼管為該段湊合節(jié),末端最后一節(jié)鋼管為湊合節(jié)并配合伸縮節(jié)安裝。

3.4.2 安裝要點

（1）定位節(jié)的安裝

一致的安裝基準是保證管節(jié)平順對接的前提和關(guān)鍵。定位節(jié)在安裝前應(yīng)預(yù)先設(shè)置安裝基準點和基準線,經(jīng)復(fù)核合格后,才能作為安裝基準。安裝時,應(yīng)按規(guī)范要求嚴格控制位置偏差和垂直度,并安裝牢固,以降低后續(xù)鋼管安裝難度。在后續(xù)管節(jié)壓縫時,要注意對定位管的保護,避免定位管位置產(chǎn)生偏移。定位節(jié)的安裝基準和下管口的測量成果應(yīng)及時上報監(jiān)理單位[2-3]。

（2）湊合節(jié)安裝

湊合節(jié)管節(jié)長度根據(jù)已完管道實際形成的缺口間距確定,保證管道嚴密合攏。選擇整節(jié)鋼管制作吊裝,環(huán)縫間隙按3 mm 控制。

（3）安裝偏差的調(diào)整

為消除或減少累計誤差,每節(jié)鋼管的安裝質(zhì)量應(yīng)嚴格按照規(guī)范要求偏差進行控制,對管口進行測量。利用兩節(jié)鋼管之間環(huán)隙調(diào)整對已安裝管節(jié)形成的位置偏差進行糾偏。如果環(huán)縫間隙超過規(guī)范要求,則采取堆焊方法進行處理。

4 結(jié)語

新龍口電站壓力管道工程是奎屯河引水工程項目的重要組成部分,其工程質(zhì)量如何直接影響電站的安全運行。壓力管道設(shè)計管徑大、里程長,針對施工安裝精度要求高,作業(yè)量大、工期短,安裝作業(yè)空間有限等難題,提出場內(nèi)加工、洞內(nèi)外運輸、分批分段安裝等施工方案,扼要介紹工程所采用的施工方法和工藝流程,以積累施工經(jīng)驗,為指導(dǎo)現(xiàn)場施工及類似工程施工的提供參考。