新型組焊機在大型壓力鋼管組圓施工中的應用

呂慶龍，楊良剛

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

涔天河水庫擴建工程電站引水隧洞后段至機組蝶閥之間采用壓力鋼管(其中包括4個岔管，2個彎管)，其中岔管材料為WDB620高強度鋼，其余鋼管材料采用Q345C。壓力鋼管總重約2 500 t。

隧洞內主管內徑φ9.5 m，長度約153 m，主管壁厚36 mm；4臺機組的支管內徑均為φ4.1 m，壁厚為25 mm；岔管一共4個，采用月牙肋岔管型式，壁厚最大50 mm，最小36 mm；1號壓力鋼管的前部另設發電管兼生態基流管，生態基流管內徑φ1.8 m，壁厚18 mm。涔天河水電站壓力鋼管平面布置示意圖見圖1。

根據投標時的方案，擬在廠房施工區域內的廢棄主河道上建設壓力鋼管制造廠，在鋼管制造廠內完成鋼板劃線、下料、坡口加工、瓦片卷制、鋼管組圓、焊接縱縫、防腐施工，完成單節壓力鋼管制作，然后使用載重汽車把單節鋼管運輸到隧道口，在隧道口布置現場起重設備，將單節鋼管吊裝在鋼管運輸小車上，運至安裝位置進行鋼管安裝工序的現場組拼、焊接施工。但是進入工程實施階段時，發現施工現場的實際情況與投標階段存在較大的差異，河道狹窄，吊裝位置狹小，具體存在以下幾個問題：一是難以提供足夠的場地建設鋼管制造廠和組圓平臺；二是施工區域內的道路寬都不超過5 m，而且蜿蜒崎嶇，部分道路兩邊都是山體，單節鋼管制作完成后，根本無法進行鋼管場內運輸；三是隧洞出口位置地形復雜，山體坡度較陡，布置大噸位現場起重設備比較困難；四是按照投標方案進行現場主管制作、安裝周期較長，影響岔管安裝，從而嚴重影響到整個工程的施工進度。

為了解決施工現場復雜的施工條件對施工的影響，通過與業主溝通，一起進行了多方面的了解，發現在云南梨園水電站和四川黃金坪水電站的部分壓力鋼管制作、安裝工程施工中，均首次采用了成都阿郎科技有限責任公司研發的大型壓力鋼管自動組焊機(如圖2所示)技術實現了洞內壓力鋼管組焊、安裝，經過實地考察，這種大型鋼管自動組焊專機技術，可以利用制作好的瓦片進行垂直組圓，可以布置在洞內或者洞口，幾乎不占用場地，而且在傳統的工藝和現有技術標準基礎上，采用智能化組焊設備進行鋼管的現場組圓和焊接，能較大程度提高現場施工效率[1-2]。

針對涔天河壓力鋼管工程施工存在的難題與大型壓力鋼管自動組焊機的優越性，于是引進了自動組焊機進行涔天河水電站洞內主管的制作與安裝。壓力鋼管的鋼板劃線、下料、坡口加工、瓦片卷制、防腐施工在工廠內進行，將瓦片運輸至施工現場鋼管組焊場地，使用自動組焊機進行單節、多節鋼管的現場組焊施工，利用滾焊運輸一體臺車進行鋼管的洞內安裝組焊施工。

2 大型壓力鋼管自動組焊機結構

成都阿郎科技大型壓力鋼管自動組焊機結構示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，大型壓力鋼管自動組焊機主要由以下四個部分組成：

1)支承部分：地梁2根，立柱4根，橫梁1件(重量10 t)，上部工作臺2套。

2)機械部分：主機回轉筒體1套(重量16 t)，支撐桿及液壓裝置聯接系24套，抓梁12根(套)。

3)電氣部分：低壓配電柜1套，穩壓變壓器1臺，控制柜1套。

4)配套設備：埋弧自動焊機3臺，滾焊運輸一體臺車3臺，加勁環對裝臺車1臺，逆變焊機3臺，碳弧氣刨清根機1臺，焊劑烘烤箱1臺，焊劑回收機1臺，空壓機1臺。

3 利用大型壓力鋼管自動組焊機進行鋼管組焊施工流程

涔天河水電站壓力鋼管組焊、安裝施工流程見圖3。

4 組焊機在壓力鋼管主管施工中的步驟

4.1 組焊位置選擇

由于隧洞內開挖斷面較小，不能滿足自動組焊機布置條件，根據隧洞出口現場條件，選擇把鋼管自動組焊機布置在洞口位置，洞口布置大節自動拼焊工位，這樣能實現流水施工。

4.2 鋼管自動組焊機布置

壓力鋼管自動組焊機現場布置如圖4所示。

4.3 洞內運輸軌道鋪設

根據壓力鋼管自動組焊機的配套運輸臺車以及滾焊臺車的輪距，確定洞內運輸軌道的軌矩為4 m，根據隧洞內開挖斷面的弧度，再結合滾焊運輸一體臺車高度及垂直調整范圍計算出軌頂高程，現場測量放線進行運輸軌道鋪設，如圖5所示。

4.4 壓力鋼管自動組焊機安裝

1)吊裝地梁，臨時穩固，橫梁底朝上安裝好4根立柱后翻身，然后吊到地梁位置和地梁進行連接。

2)吊入主機回轉筒體，螺栓緊固后，繼續往上吊上部兩層工作平臺并固定。

3)電氣線路及控制柜安裝接線，使之能夠啟動回轉筒正常工作。

4)運轉回轉筒，在合適的位置停下，吊裝支撐桿和回轉筒連接(共24組)，電氣部分接線進行支撐桿液壓部分調試，調試完畢后上抓梁(12組)。

5)在每根地梁的4個方向用錨筋固定，防止鋼管組焊機運行時發生移動。

4.5 防雨棚搭設

針對湖南永州市多雨的氣象情況，為了防止下雨天氣對施工的影響，根據現場情況搭設防雨棚，中間預留吊裝孔，如圖6所示。

4.6 單節鋼管組圓施工

本電站壓力鋼管主管直徑為9.5 m，展開后周長約29.83 m，根據鋼板的供貨長度一般可在10 m左右，確定主管單節鋼管分為3片瓦片制作，寬度為2.5 m(即單節鋼管長度定為2.5 m)，單節鋼管重量約為21 t，單片瓦片重量約為7 t，由于現場位置有限，吊裝時的回轉半徑較大，選擇使用50 t汽車起重機吊裝瓦片，將第一片瓦片吊至運輸小車上，將小車開到組焊機下面，調整好位置，用卡具將瓦片固定到組焊機抓梁上，隨后轉動組焊機回轉筒體至第二片瓦片位置，然后按次序進行第二片和第三片瓦片的吊裝、運輸、拼裝(見圖7)[3-4]。

4.7 圓度調整、縱縫焊接

在進行鋼管瓦片拼裝時，利用液壓支撐桿初調鋼管的圓度，3個瓦片全部拼裝完成后，再根據標準、規范的要求精調，測量合格后，使用埋弧自動焊機進行瓦片間的縱縫焊接(內縫在最下面焊接、外縫在鋼管頂部組焊機工作平臺的焊接平臺上焊接)，焊接過程中按照要求進行背縫清根處理。

4.8 加勁環安裝焊接

加勁環下料時，根據到貨的鋼板寬度，綜合考慮材料的利用率和經濟性，下料長度較短，為了減少加勁環組拼環節的工作，在加勁環下料場地組拼成合適的長度后，運輸到壓力鋼管組焊場地，用汽車起重機吊裝到加勁環安裝小車上，運輸至鋼管底部，通過液壓裝置配合千斤頂進行安裝、點焊，全部安裝完成并檢查合格后，進行加勁環焊縫的焊接。對接縫采用手工電弧焊進行焊接，和鋼管之間的組合焊縫采用埋弧自動焊進行焊接。

4.9 大節鋼管組焊

第一節鋼管的所有焊縫焊接完成并檢驗合格后，運行鋼管組焊機回轉筒體，卸掉組焊機抓梁上的鋼管卡具，將滾焊、運輸一體小車開至鋼管底部，調整支撐滾輪支撐住鋼管，運行組焊機液壓系統，收回組焊機液壓支撐桿，緩慢開動運輸臺車，使鋼管脫離鋼管自動組焊機，將鋼管運輸至洞口位置，再使用組焊機進行第二節鋼管的組焊，用滾焊、運輸一體小車將第二節鋼管也運輸至洞口和第一節鋼管進行拼接壓縫，壓縫前測量兩節鋼管組合處的實際周長，根據周長差計算接縫的錯臺值，使之平均分配到鋼管的整個周長范圍內，通過調整滾焊臺車的支撐滾輪，保證鋼管對口間隙均勻，壓縫工作在鋼管內部進行，通過運行滾焊臺車的滾輪，使得壓縫工作始終位于鋼管下部，方便人工操作，使兩小節組裝成一大節，然后使用埋弧自動焊進行鋼管環縫的焊接。

4.10 運輸大節至洞內安裝

大節焊接完成后，直接利用滾焊、運輸一體小車將大節運輸至洞內，先進行定位節的安裝。運輸軌道鋪設時，軌頂高程是略低于鋼管安裝高程的，軌道中心是按照鋼管安裝中心線安放的，所以將鋼管運輸至安裝位置時，通過調整滾焊臺車的支撐輪即可進行鋼管的精準定位，測量合格后，將首節鋼管加固牢靠后，退出臺車，進行第二節大節鋼管的拼焊，之后運輸至洞內和已經安裝定位的鋼管進行拼接壓縫，由于洞內鋼管定位后無法進行旋轉，壓縫時調整滾焊臺車的支撐輪，保證對接縫間隙均勻，壓縫工作由人工在鋼管內部工作平臺上完成，將鋼管固定牢靠后，退出臺車，進行下節鋼管大節的組焊、運輸、安裝拼接。現場安裝環縫采用手工電弧焊進行焊接。

5 結語

利用大型壓力鋼管組焊機進行大直徑鋼管的組圓焊接，從單節鋼管組焊到運輸至洞內安裝，全程使用新設備進行，極大的減少了現場施工人員，同時采用流程化作業，提高了壓力鋼管的制作、安裝效率。涔天河電站壓力鋼管安裝條件比較惡劣，常年有雨，較為潮濕，利用組焊機占地較小的特點節省了大量防雨棚的搭設并較好的完成了壓力鋼管組焊工作，也證明了組焊機的適用性，大量采用埋弧自動焊進行焊接在保證鋼管組裝焊縫的焊接質量的同時也減少了焊工的數量，加快了焊接的速度，提高了施工效率[5]。

使用大型壓力鋼管組焊機進行大直徑壓力鋼管制作安裝，自動化程度較高，能夠提升施工中的安全、質量管控，同時也加快了施工進度，縮減了工程施工工期。