新龍口水電站壓力管道安裝工程施工方案探析

黃為群

（新疆生產建設兵團建設工程（集團）有限責任公司,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,設計引水流量48.5 m3/s,管內流速3.83 m/s,設計水頭342.304 m,最大水錘壓力4.2 MPa,電站裝機140 MW。壓力管道結合地形地質進行布置,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,地震設防烈度Ⅷ度。

1.2 工程特點

（1）本工程線路長,管道設計走向自地上轉向地下平向出地面,縱坡起伏變化多,安裝施工現場條件復雜,機械化程度高,資源投入量大,專業化程度高,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質高效完成的前提。

（2）管道制作安裝工程量大,總計1677.46 t,最大重量31.1 t,吊裝和運輸對設備的要求高,吊裝設備選型和設計須進行安全驗算,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、管節制作與安裝精度要求高,必須采用先進技術進行控制和管理。

（4）本工程壓力鋼管焊接量大,即是影響工程進度的關鍵工序,也是影響管道安全運行的重要因素,應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 吊車的作業半徑為12 m～13 m,無法直接從兩側施工道路將鋼管吊裝至工作面。劃分三段施工,每段先設置一個混凝土吊裝平臺,在管槽內鋪設軌道,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）豎井段洞內無安裝空間,鋼管在懸吊狀態下進行對中焊接,不便操作。采用手動吊葫蘆配合穩車對鋼管進行校對,鋼管上沿管徑方向布置 8 根外支撐（“米”字型支撐）,每三道加勁環布置一排,一端焊在鋼管加勁環上,一端支在初次襯砌混凝土上與預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 安裝方案設計

為保證鋼管安裝質量安全和工期,采用外購定制尺寸鋼板,現場管節制作,采用40 t 龍門吊或55 t 吊車裝車,13 m 平板半掛車（設計載重40 t）運輸至供料平臺,洞內運輸采用鋪設鋼軌,其上設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

沿線附近設置壓力管道加工場,占地面積12000 m2,建筑面積700 m2。場內設置加工車間、防腐車間、成品堆放區、半成品區、原材料堆放區等。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、超聲波探傷儀和數字測厚儀各1 臺以及烘干爐、加熱片、測溫儀等設備,滿足生產需要及工期要求。

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→調圓、加勁環（阻水環）安裝焊接→環縫組裝→環縫焊接→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專用支架對管片進行支托,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。成型瓦片應采用雙吊點均勻著力吊裝,平穩存放,防止著力不平衡造成瓦片變形。

3.2.4 焊接

（1）焊接前應嚴格檢查人員、焊接材料、設備的情況。

（2）預熱。采用加熱板進行預熱。板厚小于等于38 mm的Q345R 鋼板可不進行預熱,但當溫度小于等于10℃時需預熱至20℃～38℃；板厚大于38 mm 的Q345R 鋼板必須進行預熱,預熱溫度80℃～100℃；07 MnMoVR 鋼板必須進行預熱,預熱溫度為70℃以上。需預熱的鋼板進行定位焊前預熱溫度應適當提高30℃。預熱范圍為焊縫兩側不小于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,保證兩側各10 mm～20 mm 范圍內清潔干燥,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,環向對接縫及加筋環、阻水環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。焊接質量受溫度和濕度的影響大,在不利天氣和外界環境下不應進行焊接工作,除非遇特殊情況采用保溫措施并經監理同意。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。所有縱縫應采用俯焊,環縫應盡可能采用俯焊,在加工廠內焊接的環縫不得采用仰焊。無論是在廠內焊接還是在安裝現場焊接,都應達到100%有效性的全穿透性對接焊縫。雙面焊縫單側焊接后用碳弧氣刨清根,清根后應打磨清除夾碳、焊渣、刨槽凸凹不平等缺陷。

3.2.5 安裝內支撐

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

3.2.6 加勁環安裝

加勁環的角焊縫焊接采用埋弧自動焊,對接環縫用手工電弧焊。加勁環瓣片在裝配前使用內圈弧度樣板檢查,最大間隙控制在2 mm 以內。在管節上畫出安裝位置控制線,將加勁環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

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

噴砂前,應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。

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

3.3 管節運輸

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

3.4 管節安裝

3.4.1 安裝順序

根據豎井、下平洞及預埋管段土建施工進度計劃,先安裝豎井段,再下平洞段,最后預埋管段。根據工程各部位鋼管安裝的可調節性確定安裝順序。

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

（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鋼管為湊合節。

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

3.4.2 安裝要點

（1）定位節的安裝

一致的安裝基準是保證管節平順對接的前提和關鍵。定位節在安裝前應預先設置安裝基準點和基準線,經復核合格后,才能作為安裝基準。安裝時,應按規范要求嚴格控制位置偏差和垂直度,并安裝牢固,以降低后續鋼管安裝難度。在后續管節壓縫時,要注意對定位管的保護,避免定位管位置產生偏移。定位節的安裝基準和下管口的測量成果應及時上報監理單位[2-3]。

（2）湊合節安裝

湊合節管節長度根據已完管道實際形成的缺口間距確定,保證管道嚴密合攏。選擇整節鋼管制作吊裝,環縫間隙按3 mm 控制。

（3）安裝偏差的調整

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

4 結語

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,其工程質量如何直接影響電站的安全運行。壓力管道設計管徑大、里程長,針對施工安裝精度要求高,作業量大、工期短,安裝作業空間有限等難題,提出場內加工、洞內外運輸、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,以積累施工經驗,為指導現場施工及類似工程施工的提供參考。