大管徑鋼管倒裝吊裝與焊接技術探析

王志峰

（中鐵建設集團北京分公司，北京 100040）

1 工程概況

北京終端管制中心工程位于北京市順義區李橋鎮中心區工業用地西部，建設規模約65 975㎡，其中地上建筑面積61 057㎡，地下建筑面積4 918㎡，由終端管制樓、管制訓練樓、訓練學員宿舍、食堂及活動中心、動力能源中心組成。

動力能源中心屋面標高為23.01m，冷水機組設在動力能源中心1層機房內，冷卻塔設在屋面，冷卻水管道采用大管徑為D700mm×9mm螺旋焊接鋼管，經過1層管井接向屋面冷卻塔，該制冷機房負責終端管制中心工程的制冷負荷。

2 高層建筑大管徑鋼管安裝

2.1 施工工藝流程

首先進行管道的綜合排布→對管道分段吊裝并分別進行編號→對預制管道進行分段標識→安裝管道支吊架→利用塔式起重機將管道初步定位→再用倒鏈將管道精細定位→焊接管道安裝管道支架→管道局部對口焊接→安裝吊托架→焊口刷漆→水壓試驗。

2.2 操作要點

2.2.1 安裝準備及材料檢驗

管道安裝前，根據圖紙利用BIM技術進行管道綜合排布，將管道路由進行綜合排布，根據確定好的管道路由進行定尺下料，材料進場后，應進行管道壁厚及規格檢驗，經過大管徑鋼板卷焊與無縫鋼管進行對比，無縫鋼管壁厚偏差比卷焊鋼管偏差率低，為避免由于錯邊量過大造成管道焊接質量和管道坡度的影響，必須嚴格檢測同批管道的管道直徑誤差，將其偏差控制在規范要求內[1]。

2.2.2 管道分段切割及標識

大管徑的鋼管通常采用卷焊焊接鋼管，每根鋼管焊接之間必須預留足夠的坡口寬度，為提高管道切割后的對口焊接質量，應盡量保證同一根管道在同一中心，利用焊接定位的方式將管道進行定位焊接，為此對每根切口管道進行標識，從而降低對口偏差，如圖1所示，每個管道標識2處。

2.2.3 管道支架安裝

2.2.3.1 管井內管道安裝

1）正裝法 先將管道根據BIM技術進行分割，分割完成后的管道運至車庫地下1層，經塔式起重機將管道通過管井由下至上逐節安裝。按照規范及設計要求設置預制支架，將立管固定在豎井內預先安裝好的管道支架上。待管道固定牢固并檢查合格后，再根據管道標識依次吊裝下1節管道，安裝到位后與上1節管道對口焊接，豎井內管道按照由上到下的施工順序進行安裝。

圖1 管道分段切割標識

2）倒裝法 管道從上向下逐節倒裝安裝，管道連接的所有焊口均在統一位置進行焊接。根據施工現場結構情況確定豎井頂部吊裝支架，本工程管道豎井結構形式為剪力墻結構，吊裝支架采用雙牛腿支架，吊耳焊接在牛腿支架的橫梁上，固定支架承擔全部立管的荷載。底部支架設置在2層，由于該管段負荷較小，采用單懸臂支架，為保證分段管道吊裝完成后與上部管段的焊接質量，下部管道支架采用活動形式。將管道吊裝至指定位置后進行臨時固定，并根據豎井內管道支撐方式施工圖，焊接筋板，將管道支撐固定設置在每層的支架上。

2.2.3.2 地下室水平干管支架及管井立管管道固定支架安裝

地下室水平干管根據設計圖紙要求安裝完成，與管道立管連接，在水平及豎向方向利用固定支架進行固定，在水平干管與豎向立管連接處50cm范圍內安裝水平固定支架，支架根部采用10號槽鋼固定在頂板上。由于豎向立管底部水平支架承載較大荷載，一般采用鋼管支架，支架形式如圖2所示。

圖2 支架形式

3 質量控制

3.1 質量標準

1）管道焊縫外形規格尺寸應符合設計圖紙及施工驗收規范規定，管道焊縫高度不得低于母材表面，管道焊縫與母材應圓滑過渡。管道焊縫區域表面應無裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、弧坑和氣孔等缺陷，按照規范要求應對焊口進行無損探傷試驗，確保焊口焊接質量合格率為100%。

2）管道的坡口及支吊架除銹及刷漆到位，滿足規范要求。管道接口對接焊縫的中心到管道彎曲起點的距離不應小于管道外徑且≥100mm，管道焊接焊縫與支、吊架邊緣之間的距離≥50mm。

3）管道和閥門安裝的允許偏差和檢驗方法如表1所示。

表1 管道和閥門安裝的允許偏差和檢驗方法

4）管道焊接完成后要進行焊口打磨，刷環氧富鋅漆進行二次防腐處理。

3.2 關鍵工序、關鍵部位質量控制

1）不宜在焊縫及其邊緣上開孔。

2）焊前準備工作 ①采用等離子弧、氧-乙炔焰等熱加工方法對焊件的切割和坡口加工，加工坡口后，必須除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影響接頭質量的表面層，并將凹凸不平處打磨平整。②應將坡口及其內外側表面≥10mm范圍內的油、漆、垢、銹、毛刺及鍍鋅層等清除干凈后進行焊件組對，且不得有裂紋、夾層等缺陷[2]。

3）嚴格控制分段的預制管道的測量數據誤差，保證管道長度及管道中心線偏差控制在1cm以內，對口處不平應用6mm厚鋼板墊平并焊接。

4）嚴格控制管道的焊接質量，對于預留焊接口要依照規范進行管道坡口，型鋼的橫向槽鋼與豎向槽鋼連接處要進行45°切割，保證型鋼的接觸面是線接觸，并進行兩面焊接，焊縫高度不低于3mm，不得有夾渣氣孔出現。

5）管道滑移過程中要保證實時監控，在既有臨時固定基礎上，要在≤5m間距用φ8mm鋼絲繩進行捆扎，保證安全及成品管道的焊口不開裂、管道不下墜。

4 控制要點

1）對管道的支架進行負荷計算（要考慮管道及后期注水后的負荷計算），為結構工程師提供相對應的參數，便于在結構深化圖階段考慮安裝管道所產生的負載。

2）結合施工圖管道走向、標高及分段吊裝的編號、段數，提前預制各個管道及支吊架。

3）吊裝管道時應先對管道臨時固定。

4）待分段管道吊裝完畢后，將管道橫向調到同一直線，調好管道標高、坡度，然后進行管道對口及支吊架焊接。

5）各個分段管道焊接完畢后，將管道補焊剩余對接口，打磨焊口。

6）對焊點進行防腐處理，刷防火涂料。

5 效益分析

以北京終端管制中心工程為例，管道安裝工人15名，高空焊接每天焊接管道30m，通過施工工藝調整后實際焊接管道45m/d，每人每天工費為300元，管道安裝總工程量為540m，通過管道安裝工藝調整后工程成本降低為27 000元。

原管道工藝方案：540m÷30m/d×300元/人·d×15人＝81 000元。

管道安裝工藝調整后：540m÷45m/d×300元/人·d×15人＝54 000元。

成本降低：81 000-54 000=27 000元，成本節約33%，總工期提前6d。

6 結語

北京終端管制中心工程通過管道倒裝施工技術對屋面冷卻水管道吊裝焊接施工，減少了高位置管井大管徑管道對口焊接時間，使原來高空焊接管道30m/d提高到實際焊接管道45m/d，極大地提高了大管徑鋼管在管井高空安裝效率和質量，使此項目節約施工成本27 000元，工期提前6d。同時此施工工藝實現了建筑過程中綠色環保、節能要求。