高強鋼瓦片式湊合節制造拼裝技術

王光軍

(中國水利水電建設工程建設管理(咨詢)公司，北京 100024)

1 工程概況

金寨抽水蓄能電站屬于大Ⅰ型一等工程，主要由上水庫，輸水系統，地下廠房系統，地面開關站及下水庫建筑物組成。本工程壓力鋼管按安裝部位由引水中平洞鋼管、引水下斜井鋼管、引水下平洞鋼管、引水鋼岔管、引水支洞鋼管及尾水支洞鋼管組成，壓力鋼管材質主要為Q345R、B610CF、B780CF。其中引水支洞鋼管瓦片式湊合節采用材質B780CF、厚δ38 mm的鋼板，管徑D4 m。

2 湊合節制作

針對金寨抽水蓄能電站引水支洞高強鋼鋼管上游進口鋼岔管和下游出口鋼管為始裝定位節，上下游鋼管相向安裝，以瓦片式湊合節進行湊合；其引水支洞鋼板材料為B780CF，制作完成的瓦片存放過程易發生扭曲變形，瓦片運輸由湊合節相鄰管節背入變形量大，造成現場拼裝難度大的現象。針對瓦片安裝難度大的特點，本文介紹一些瓦片制造拼裝時采取的技術措施，來保證瓦片式湊合節安裝質量。

2.1 湊合節劃線和下料

1)湊合節由2個相等寬度(徑向)、長度(軸向)瓦片組成。

2)湊合節瓦片寬度(徑向)和長度(軸向)切割余量應大于設計標準瓦片200 mm。

3)按設計要求劃出瓦片寬度(徑向)縱縫切割標志線，并打出樣沖眼。

4)切割及焊縫坡口采用數控切割機進行加工，并將切割表面熔渣、毛刺、淬硬層和過熱組織等用砂輪機磨除。

2.2 湊合節瓦片卷制

1)采用壓頭機(卷板機)對瓦片縱縫兩側(徑向)板頭進行壓制，在壓頭過程中，為保證鋼板圓弧精度，采用壓頭樣板來反復校驗鋼板壓制后的兩端圓弧尺寸，直至壓制合格后，沿瓦片寬度(徑向)縱縫切割標志線，切除縱縫兩側(徑向)200 mm余量，并切出X型坡口。

2)在卷板機上采用多次卷制成形，卷板方向和鋼板壓制方向一致，卷制直至合格為止，保證瓦片圓弧卷制精度。

3)卷板前或卷制過程中，應將鋼板表面已剝離的氧化皮和其他雜物清除干凈。

4)成型后將湊合節瓦片以自由狀態立于車間內鋼平臺上，用相匹配的樣板檢查瓦片的弧度，任何部位的接觸間隙應符合規范要求。

2.3 湊合節瓦片組對

2.3.1 湊合節瓦片組圓

1)采用水準儀對瓦片組圓平臺進行調平，且焊接牢固；在瓦片組圓平臺上劃好組圓管節的內徑圓周線，并在內徑圓周線內側焊接12個等距圓頭擋塊。

2)將鋼管湊合節2個瓦片放置在組圓平臺內徑圓周線圓頭擋塊外側，在其瓦片外側適當位置焊接與內側擋塊相對應的擋塊，利用斜鐵或千斤頂調整下管口圓度，使鋼管湊合節瓦片內徑圓度符合設計及規范要求，并保證其下管口平面度符合規范要求。

3)采用自制的八爪內支撐千斤頂調整瓦片組圓上管口內徑圓度，使瓦片組圓上管口內徑圓度符合設計要求，并保證其上管口平面度應符合規范要求。

4)檢查瓦片組圓調整后，瓦片組圓上下管口實測周長差和縱縫處的孤度、對口徑向錯邊量及間隙應符合規范要求。

5)瓦片組圓尺寸檢查合格后，按焊接工藝要求進行瓦片組圓縱縫定位焊，兩縱縫不進行正式焊接。

2.3.2 湊合節加勁環安裝

為防止湊合節瓦片存放、運輸過程中發生扭曲變形，在瓦片組圓完畢后安裝加勁環進行焊接固定。

1)按圖紙設計要求在瓦片組圓外壁上劃出兩道加勁環的定位線，并以瓦片上、下、左、右標志線為中心，確定加勁環串漿孔位置，使兩道加勁環上串漿孔相對應在一條直線上，以便安裝排水系統角鋼，然后進行組對，其加勁環對接焊縫與瓦片組圓縱縫錯開300 mm以上。

2)瓦片湊合節安裝加勁環的垂直度、間隙和兩道加勁環間距偏差應符合規范要求。

3)在加勁環與瓦片組圓縱縫交叉處，加勁環內弧側開半徑25～50 mm的避縫孔。

4)加勁環的避縫孔、串通孔與瓦片組圓外壁連接處焊縫端頭應封閉焊接。

5)加勁環組對完成后進行貼角焊接，且在瓦片組圓兩縱縫300～500 mm處不進行加勁環貼角焊接，待瓦片湊合安裝就位后再進行焊接。

2.4 湊合節瓦片防腐及存放

1)湊合節瓦片縱縫及加勁環未焊接處進行富鋅底漆防腐處理，其他部位進行正式整體防腐。

2)防腐完成的湊合節采用立式存放，防止存放過久造成瓦片扭曲變形，待運輸安裝時切除組圓瓦片縱縫定位焊，分解成2個瓦片進行運輸。

3 湊合節運輸安裝

3.1 鋼管運輸及安裝順序

1)先將廠房側下游出口始裝節鋼管運輸就位，同時再安裝其他1～2節鋼管調整加固定位，測量廠房側始裝節鋼管口質量滿足要求后，鋼管定位段安裝焊縫無損探傷合格后，進行混凝土澆筑。

3)湊合節下游側鋼管段安裝焊縫無損探傷合格后，進行混凝土澆筑至距離湊合節下游側管口0.5 m，混凝土等強合格后，將分解的瓦片由湊合節上游相鄰管節背入，其他鋼管逐節運輸到位，整個湊合節上游側鋼管存放偏向下游側0.5 m處，給鋼岔管安裝調整預留空間。

4)鋼岔管以始裝節運輸安裝就位滿足要求后，混凝土澆筑鋼岔管下半部約2/3高度混凝土，預留鋼管外施工通道，同時距上、下管口處預留0.5 m不澆筑混凝土。

5)鋼岔管混凝土澆筑等強合格后，逐節安裝鋼岔管下游側所有鋼管至湊合節，上游側鋼管安裝位置滿足要求后(見表1)，檢查合格后逐節進行焊接，并安裝鋼管外排水系統。

表1 鋼管安裝中心極限偏差

3.2 鋼管安裝輔助設施布置

根據安裝需要，布置卷揚機3臺、80 t天錨一個(其中最大件為鋼岔管63 t)、地錨若干。其中JM10卷揚機為卸車用卷揚機；2臺JM5卷揚機分別為牽引卷揚機及后方拖拽保護卷揚機。

3.2.1 運輸軌道布置

為從根本上分析青少年自我價值觀及道德判斷能力與價值觀之間的關系，本文以某地部分高中生及大學生為主要研究對象，以此提升研究結果的準確性和全面性。

高壓支管洞內運輸軌道型號采用可焊接的24 kg鋼軌，間距2 m。鋪設位置包括：1#、2#引水下平洞之間的5#施工支洞部位，5#支洞上游側至廠房側鋼管末端，包下平段、直管段全部(包括1#﹑2#﹑3#﹑4#支洞)。

3.2.2 運輸臺車布置

自制鋼管洞內運輸臺車，材料采用鋼管制造邊角余量鋼板及部分型鋼，車輪采用雙輪緣可轉向車輪，車輪可進行360°旋轉變向。運輸前進行全段模型運輸試驗，保證運輸通道尺寸滿足鋼管運輸需求。

3.2.3 錨點布置

在5#施工支洞與2#引水下平洞交叉處設置1組卸車天錨。在各洞室拐點設置轉向地錨、側錨或牽引地錨，滑輪組、鋼絲繩等布置已完成，鋼管運輸臺車的牽引及轉向，滿足鋼管運輸要求。

3.3 湊合節拼裝

1)湊合節上下游鋼管嚴格控制中心偏差，與湊合節相接的2節鋼管的中心偏差控制在5 mm內。

2)以管口8等分量測湊合節上、下游管口之間的距離，分配到2個瓦片上，每個瓦片分配4個測量數據進行現場軸向劃線切割，并加工出焊接坡口。

3)在湊合節上、下游相鄰鋼管內壁上部安裝2根10#支撐工字鋼，配合千斤頂、手拉葫蘆對已切割完成的下半部分湊合節瓦片確定位置后進行組對安裝，靠下游側環縫采用鋼拉板進行錯位焊接加固，保證環縫處于自由收縮狀態；上半部分湊合節瓦片拼裝采用同樣的方法進行組對縱縫和環縫。

4)湊合節瓦片組對縱縫、環縫對口錯邊量、間隙和瓦片縱縫位置應符合規范要求，如表2～表4所示。

表2 瓦片組對縱縫、環縫對口錯邊量

表3 瓦片組對縱縫、環縫對口間隙

表4 瓦片組對相鄰管節縱縫距離

4 湊合節焊縫焊接

4.1 湊合節縱縫焊接

1)采用角磨機清除湊合節縱縫兩側規定范圍內的氧化皮、鐵銹、油污或其他雜物并露出金屬光澤面后，同時對2條縱縫進行加溫至80℃～100℃以上。

2)安裝縱縫采用手工電弧焊，由考試合格的4名焊工進行對稱焊接，焊接過程嚴格按照焊接工藝評定確定的焊接參數進行定位焊及正式焊接，焊接參數如表5所示。

表5 B780CF/B780CF環縫手工電弧焊焊接工藝參數表

3)縱縫焊接完成后進行后熱處理，后熱溫度為150℃～200℃保溫1 h。

4.2 湊合節環縫焊接

1)采用角磨機清除湊合節下游側環縫兩側規定范圍內的氧化皮、鐵銹、油污或其他雜物露出金屬光澤面后，并對環縫進行加溫至80℃～100℃以上。

2)鋼管環縫焊接采用多層多道、對稱、分段退步的焊接工藝，焊接人員分2～3班連續施焊，每班安排6名焊工，焊接過程嚴格按照焊接工藝評定確定的焊接參數進行定位焊及正式焊接。

3)環縫焊接完成后進行后熱處理，后熱溫度為150℃～200℃保溫1 h。

4)湊合節下游側環縫與上游側環縫焊接方式相同，由于湊合節上下游鋼管均已固定完成，焊接過程中必須嚴格控制焊接速度，采用對焊縫打磨的方式消除焊縫內部應力防止冷裂紋產生。

5)湊合節縱縫﹑環縫焊接完成后，嚴格按焊接工藝規程要求組對﹑焊接湊合節瓦片加勁環。

6)湊合節縱縫﹑上下游環縫均為一類焊縫必須進行100%探傷檢測，探傷檢測比例如表6所示。

表6 焊縫無損探傷長度占全長百分數

7)湊合節及上游段鋼管安裝完成，焊縫無損探傷檢查全部合格后，進行混凝土回填澆筑。

5 結語

本文以金寨抽水蓄能電站項目為實踐基礎，對引水支洞高強鋼鋼管湊合節拼裝過程進行了詳細的分析，該工程的湊合節拼裝完全符合設計要求，并安全順利完成。

該工程的實踐表明：采用在廠內預制并加裝部分加勁環焊接的湊合節，對防止瓦片的扭曲和塑性變形有很好的效果，減少了安裝的困難，增加了工作效率，確保了鋼管湊合節的拼裝、焊接質量，為今后抽水蓄能電站瓦片式湊合節拼裝﹑焊接提供參考。