壓力鋼管施工方法

王 偉

（遼寧省觀音閣供水有限責(zé)任公司 本溪市 117100）

1 工程概況

某供水工程位于遼寧省境內(nèi)，沿線主要為山區(qū)丘陵地帶，工程主要由泵站、引水隧洞、引水管道以及配水站等組成。引水隧洞包括有壓隧洞和無(wú)壓隧洞，引水管道包括PCCP 管道與鋼管道，PCCP 管道為DN3600 三管同槽；壓力鋼管為DN5800 單管，鋼管單節(jié)（含加勁環(huán)）重量為9 t。

2 施工工序和方法

2.1 施工工序

測(cè)量放線→軌道安裝→管道組對(duì)安裝→管道焊接→管道防腐→探傷（射線）質(zhì)量檢測(cè)。

2.2 施工方法

2.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線和水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行鋼管安裝的控制測(cè)量放點(diǎn)，在鋼管安裝部位測(cè)放出鋼管安裝中心線和各管段測(cè)量控制基準(zhǔn)高程點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算出每節(jié)鋼管控制點(diǎn)位置坐標(biāo)，將每節(jié)鋼管的兩腰點(diǎn)和頂（底）點(diǎn)作為控制點(diǎn)放設(shè)（視安裝現(xiàn)場(chǎng)可適當(dāng)彎動(dòng)），控制點(diǎn)采用測(cè)量用的預(yù)埋鋼板或水泥鋼釘標(biāo)記，在合適的位置放設(shè)高程控制點(diǎn)。控制點(diǎn)線精度是保證安裝精度的基礎(chǔ)，應(yīng)嚴(yán)格控制在1 mm 以?xún)?nèi)；施工期間應(yīng)注意控制點(diǎn)線的保護(hù)，嚴(yán)禁破壞。

2.2.2 軌道安裝

軌道鋪設(shè)時(shí)進(jìn)行測(cè)量定位，確保軌道平行于管道軸線，且對(duì)稱(chēng)分布于軸線兩側(cè)，盡量使鋼管通過(guò)軌道運(yùn)輸至安裝位置時(shí)中心線位于軸線位置，通過(guò)千斤頂進(jìn)行高程調(diào)整，軸線進(jìn)行微調(diào)，減少工作量。

2.2.3 鋼管安裝就位

（1）鋼管管節(jié)用平板拖車(chē)從堆存場(chǎng)運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)，采用履帶吊卸車(chē)吊運(yùn)到安裝部位。

（2）鋼管安裝根據(jù)管道的伸縮節(jié)或拐點(diǎn)設(shè)置分布情況分段平行作業(yè)，各段管道以伸縮節(jié)或拐點(diǎn)上游相鄰的管節(jié)作為始裝節(jié)，依次分節(jié)安裝；鋼管的岔管、支管安裝，以岔管段作為始裝節(jié)，向下游依次分節(jié)進(jìn)行。

（3）鋼管安裝方法。

①水平段安裝。管線長(zhǎng)度較長(zhǎng)的水平段及小坡度段鋼管安裝，一般采用在管線一端設(shè)置簡(jiǎn)易吊裝作業(yè)平臺(tái)，在墊層混凝土澆筑強(qiáng)度上來(lái)后，沿管線鋪設(shè)簡(jiǎn)易軌道，該段管道的所有鋼管均由該平臺(tái)吊送入管槽內(nèi)，利用臺(tái)車(chē)軌道經(jīng)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引將鋼管安裝單元進(jìn)行水平運(yùn)輸至安裝位置、用千斤頂手拉葫蘆就位拼裝。管線長(zhǎng)度較短的水平段及小坡度段鋼管安裝每節(jié)鋼管可采用吊車(chē)直接吊裝就位、拼裝焊接。

②斜坡段（坡度≥7%）鋼管安裝方法。斜坡段鋼管安裝由于軸向坡度較大（本工程斜坡段鋼管軸向坡自10%～36%），原來(lái)的水平段鋼管安裝施工方法不能完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝需要。斜坡段鋼管安裝方向原則上均由低到高安裝。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)及本工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用以下安裝方法：

●管線軸向坡度7%～10%的安裝方法。安裝長(zhǎng)度較長(zhǎng)的安裝段，仍舊采用原來(lái)水平段的臺(tái)車(chē)及軌道的安裝方法。但施工過(guò)程中略有不同：鋼管臺(tái)車(chē)由原來(lái)的卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)鋼絲繩牽引行進(jìn)改為由卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)鋼絲繩牽引控制，沿軌道向下滑行至安裝部位。

該方法首先要保證鋼管及臺(tái)車(chē)在向下滑行過(guò)程中受控制，隨時(shí)可以停止向下滑行。根據(jù)管道的坡度及鋼管臺(tái)車(chē)的重量計(jì)算出卷?yè)P(yáng)機(jī)的噸位（確保足夠的安全系數(shù)），向下滑行前檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)抱閘、控制開(kāi)關(guān)是否靈敏、軌道接頭鏈接是否牢固、軌道上是否有雜物等，確保施工安全。

鋼管經(jīng)臺(tái)車(chē)運(yùn)送至安裝位置后，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)（標(biāo)記的起始樁號(hào)、中心軸線和高程），利用臺(tái)車(chē)4 角上的4 臺(tái)千斤頂將鋼管頂離臺(tái)車(chē)進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，測(cè)量調(diào)整其管口垂直度和中心軸線及高程，直至精確就位。檢查合格后用工字鋼和角鋼支撐連接牢固，其底部臺(tái)車(chē)可以抽出以便運(yùn)送下一節(jié)鋼管。

管口對(duì)接環(huán)縫采用人工斜鐵、壓碼壓縫，壓縫過(guò)程要使管口錯(cuò)邊量均布在整個(gè)圓周內(nèi)，避免局部錯(cuò)邊量超標(biāo)。

第一節(jié)鋼管安裝完畢，壓縫后檢查其垂直度和管口位置，合格后用加固材料支撐牢固，在其底部外壁焊接定位塊（以便第二節(jié)鋼管就位）。

應(yīng)特別注意的是每安裝一節(jié)鋼管，在加固之前一定要檢查前一節(jié)的管口平面度，以防本節(jié)鋼管因重力作用對(duì)前一節(jié)造成沿軸線方向的傾斜，一旦發(fā)現(xiàn)有傾斜現(xiàn)象，要及時(shí)調(diào)整。

●管線軸向坡度≥10%安裝方法。由于軸向坡度較大，但一般安裝長(zhǎng)度較短的安裝段，采用吊車(chē)直接吊裝就位（單節(jié)）、拼裝焊接的安裝方法。

（4）伸縮節(jié)最后進(jìn)行安裝，應(yīng)按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)位置，在該段鋼管管節(jié)所有環(huán)縫全部焊完后開(kāi)始安裝。伸縮節(jié)安裝時(shí)采用瓦片包絡(luò)式方法，先制成3 塊瓦片，在現(xiàn)場(chǎng)再按實(shí)際需要長(zhǎng)度，割去多余部分再進(jìn)行安裝。

（5）鋼管管節(jié)位置精細(xì)調(diào)整符合安裝要求后采取臨時(shí)加固措施，然后在管節(jié)內(nèi)使用活動(dòng)定桿、管外使用千斤頂配合進(jìn)行環(huán)縫的錯(cuò)邊量的調(diào)整，并使用手拉葫蘆、千斤頂?shù)裙て骶哒{(diào)整環(huán)縫間隙，合格后對(duì)稱(chēng)進(jìn)行環(huán)縫裝配、焊接。

（6）所有管節(jié)的加固材料焊接應(yīng)在加勁環(huán)上搭接施焊，采用雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度不小于200 mm。鋼管安裝定位時(shí)，不得在鋼管本體上焊接腳手架、腳踏板等。

2.2.4 鋼管焊接

（1）焊接方法、焊接設(shè)備。本工程鋼管安裝選材為Q345C，環(huán)縫焊接全部采用CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊。焊接設(shè)備擬采用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊機(jī)，逆變手工弧焊機(jī)等通用的焊接設(shè)備。

（2）焊接及檢測(cè)人員資格。工程所有焊接人員均須經(jīng)SL35 考試，并取得焊工合格證書(shū)后才可上崗。從事壓力鋼管質(zhì)量檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)人員，按GB/T9445 的要求進(jìn)行培訓(xùn)和資格鑒定，取得1 級(jí)（初級(jí)）、2 級(jí)（中級(jí)）、3 級(jí)（高級(jí)）通用資格證書(shū)，并同時(shí)取得全國(guó)水利水電行業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證委員會(huì)頒發(fā)的1 級(jí)、2 級(jí)和3 級(jí)水利水電行業(yè)的工業(yè)部門(mén)資格證書(shū)。

（3）焊接作業(yè)措施。

①根據(jù)焊接工藝評(píng)定合格的報(bào)告書(shū)以及招標(biāo)文件技術(shù)條款的規(guī)定，在正式焊接前編制詳細(xì)的焊接工藝規(guī)程，報(bào)監(jiān)理人審批后方可實(shí)施。

②本工程鋼管壁厚δ=20 mm，材質(zhì)為傳統(tǒng)材料Q345c，焊接工藝方面無(wú)特殊要求，所以鋼管安裝環(huán)縫坡口形式擬全部采用內(nèi)壁坡口。焊接作業(yè)時(shí)首先在環(huán)縫內(nèi)壁坡口填充50%～60%，然后反面進(jìn)行碳弧氣刨清根、焊接，最后將內(nèi)壁環(huán)縫剩余部分焊接完畢。

③外焊縫焊接作業(yè)需搭設(shè)腳手架配合木跳板作為作業(yè)平臺(tái)，內(nèi)環(huán)縫焊接需制作可移動(dòng)的焊接臺(tái)車(chē)。

④在環(huán)縫裝配點(diǎn)焊完成后需要清除現(xiàn)場(chǎng)環(huán)縫裝配的壓碼時(shí)，必須采用氧割——碳弧氣刨——砂輪機(jī)修磨的工藝將焊疤磨平，不允許用錘擊的辦法，以免損傷管壁母材。

（4）焊接工藝。

①現(xiàn)場(chǎng)環(huán)縫施焊前準(zhǔn)備：腳手架、竹跳板符合安全規(guī)定；充足的照明，使用12 V 以下低壓燈；焊接部位無(wú)論何種情況下都要有防止雨水從管口進(jìn)入管內(nèi)；管底部支撐加固符合安全規(guī)定；環(huán)境風(fēng)速大于8 m/s 時(shí)要有擋風(fēng)設(shè)施；焊接電源離焊接部位的距離不得大于50 m；鋼管內(nèi)要設(shè)通風(fēng)設(shè)備，排出焊接時(shí)的煙塵。

②焊前必須嚴(yán)格按照焊條供應(yīng)單位要求的烘焙制度進(jìn)行烘干，并保存在（100～150）℃的恒溫箱內(nèi)，隨用隨取。現(xiàn)場(chǎng)使用的焊條應(yīng)裝入保溫筒，焊條在保溫筒內(nèi)的時(shí)間不得超過(guò)4 h，超過(guò)后，應(yīng)重新烘焙，重復(fù)烘焙次數(shù)不得超過(guò)2 次。

③ 清除焊接坡口及兩側(cè)＞20 mm 范圍內(nèi)的水份、油污、鐵銹等。焊縫背面采用碳弧氣刨清根后，應(yīng)用砂輪清除表面氧化層。

④內(nèi)壁坡口填充時(shí)采用短弧窄道焊方法進(jìn)行多層多道焊，在一般情況下不需預(yù)熱和后熱處理。但遇雨天、相對(duì)濕度大于85%、環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，或在結(jié)構(gòu)剛性特別大的部位，應(yīng)考慮適當(dāng)預(yù)熱（＞50℃），去除鋼板表面吸附的水份。

⑤所有安裝環(huán)縫擬采用內(nèi)壁坡口，定位焊引弧、收弧均在坡口內(nèi)完成，每條焊縫應(yīng)盡量一次連續(xù)焊接完畢，焊接時(shí)應(yīng)注意保證多層多道焊，正式施焊時(shí)首先焊接坡口側(cè)約50%，然后將反面用炭弧氣刨清根打磨后全部焊接完畢，再轉(zhuǎn)到坡口側(cè)將剩余部分焊完。采用分區(qū)對(duì)稱(chēng)焊接以減少殘余應(yīng)力，各分區(qū)用模板分隔互不影響，對(duì)稱(chēng)的分區(qū)采用同一型號(hào)的逆變焊機(jī)，選用相近的焊接參數(shù)，同時(shí)電焊工應(yīng)盡量保持一致的焊接速度，施焊時(shí)要注意焊接電流的調(diào)整。

⑥D(zhuǎn)N5800 鋼管每條環(huán)縫展開(kāi)長(zhǎng)度約18 m，焊接作業(yè)時(shí)擬定6 名電焊工對(duì)稱(chēng)同步焊接。焊工1～6的分區(qū)及每名焊工的焊接順序（用數(shù)字1、2 表示），具體見(jiàn)附圖。

附圖 鋼管環(huán)縫焊接作業(yè)人員布置及焊接順序

⑦通常情況下，環(huán)縫應(yīng)在自由收縮（無(wú)約束）狀態(tài)下施焊。為此，管段的安裝與管段環(huán)縫的焊接應(yīng)連續(xù)緊接進(jìn)行。當(dāng)施焊湊合節(jié)（有約束條件下）環(huán)縫時(shí)，應(yīng)先焊湊合節(jié)的第一條環(huán)縫。焊第二條環(huán)縫時(shí)因拘束度較大，需要采取窄焊道、并多層多道分段退焊的焊接方法，盡量減低焊接應(yīng)力，防止焊接裂縫的產(chǎn)生，保證焊縫質(zhì)量。

2.2.5 防 腐

（1）表面處理。除銹處理前清除焊渣、飛濺附著物，磨平焊疤、毛刺等，并清洗基體金屬表面可見(jiàn)的油脂及其它污物。除銹工作采用拋丸除銹，應(yīng)徹底清除鐵銹、焊疤、焊瘤、毛刺、氧化皮、油污和其它塵垢，直至露出金屬光澤。除銹等級(jí)應(yīng)符合GB8923-88 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Sa21/2 級(jí)別，應(yīng)用照片目視比較評(píng)定，描紋深度應(yīng)達(dá)到（60～100）μm。

（2）內(nèi)壁防腐采用高壓無(wú)氣噴涂無(wú)溶劑無(wú)毒環(huán)氧樹(shù)脂涂料，涂層干膜厚度不小于500 μm。

（3）外壁防腐采用加強(qiáng)級(jí)環(huán)氧煤瀝青防腐，底漆1 道面漆4 道，涂層間纏繞一層玻璃布，總厚度不小于400 μm。涂裝順序：底漆-面漆-面漆，玻璃布，面漆-面漆。

2.2.6 無(wú)損檢測(cè)

焊后經(jīng)過(guò)24 h 方可進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)方法、檢驗(yàn)比例應(yīng)符合JB 4730-2005 的規(guī)定。發(fā)現(xiàn)缺陷要查明原因，提出返修工藝文件報(bào)監(jiān)理工程師審批后才能實(shí)行返修。

（1）焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)采用超聲波或射線檢測(cè)，一、二類(lèi)焊縫進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)；并作5%超聲波探傷復(fù)驗(yàn)。鋼管丁字口焊縫進(jìn)行100%超聲波復(fù)驗(yàn)。一、二類(lèi)焊縫還要進(jìn)行5%磁粉或滲透檢測(cè)。

（2）當(dāng)對(duì)焊縫用一種無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)，在對(duì)所發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行評(píng)定沒(méi)有把握時(shí)，應(yīng)采用其他無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)查。缺陷修復(fù)后，用兩種無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，并用各自的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，兩種均合格后才能判為合格。

（3）對(duì)于一、二類(lèi)焊縫的內(nèi)部質(zhì)量采用無(wú)損檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)存在裂紋、未融合或未焊透等缺陷，應(yīng)對(duì)整條進(jìn)行檢測(cè)； 若發(fā)現(xiàn)存在其他不符合質(zhì)量要求的缺陷，在缺陷延伸方向或可疑部位作補(bǔ)充檢測(cè)，補(bǔ)充檢測(cè)長(zhǎng)度應(yīng)不小于200 mm，若補(bǔ)充檢測(cè)仍發(fā)現(xiàn)存在不符合質(zhì)量要求的缺陷，對(duì)整條焊縫進(jìn)行檢測(cè)。

（4）焊縫返修。返修前必須找到焊接缺陷發(fā)生的原因，并制定詳細(xì)的返修工藝，報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施。同一部位返修次數(shù)不得超過(guò)2 次。

（5）將焊縫無(wú)損檢測(cè)記錄及相關(guān)資料報(bào)送監(jiān)造人審查，并將記錄作為最終驗(yàn)收資料提供給業(yè)主。

[1] 孫艷秋．水電站厚鋼板壓力鋼管埋弧焊工藝淺析[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2015，（02）：82-84．

[2] 張瑞杰，李東明．水電站壓力鋼管攝影測(cè)量及逆向建模分析[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2013，（02）：36-39．