高水頭斜坡段壓力鋼管安裝施工

熊 亮， 鄭 文 全

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

引大濟湟工程，是在湟水一級支流大通河上游石頭峽建庫引水，經調水總干渠穿越大阪山入黑泉水庫，解決湟水兩岸山區和干流資源性缺水問題。該工程共分三期實施，西干渠為第三期工程，建設地點位于青海省西寧市湟中縣(上五莊鎮、攔隆口鎮、多巴鎮)。西干渠工程(干渠部分)第4標，起訖樁號為：K75+926.78～K95+706.75，總長19.78 km，其中倒虹吸2條，長6.4 km。1號倒虹吸樁號為K78+685.18～K83+528.63，全長4843.45 m，最高水頭166 m，設計流量Q=5.05 m3/s。倒虹吸鋼管管材為Q345R鋼材，內管徑為180 cm，壁厚14～20 mm。鋼管防腐采用內EP外3PE,為保證管道冬季運行，1號倒虹吸全部采用埋管布置，回填管槽線與與原地形原則上平順銜接，頂部覆土厚度2 m，河床段覆土厚度3 m。鎮墩、箱涵、外包混凝土采用現澆C25F200W6鋼筋混凝土。其中樁號K78+685.22-K79+182.92 m段(497.7 m)位于斜坡，自然坡度25°～40°， 79+709.42-81+535.92 m段(1826.5)位于中山丘陵區斜坡段，自然坡度15°～30°。2號倒虹吸起于多巴鎮中村，止于目爾加村，樁號為K92+079.67～K93+578.51，全長1 498.8 m，最高水頭88 m，設計流量Q=5.05 m3/s。2號倒虹吸管材特性為：管徑1.6 m，壁厚14 mm，材質Q235B。倒虹吸地形呈“W”型，左側邊坡40°～45°，右側岸坡坡度25°～30°。

鋼管防腐采用內EP外3PE，即內壁采用熱熔結環氧樹脂粉末熱噴涂(500 μm)；外壁噴涂聚乙烯樹脂(PE)粉末防腐涂層：第一層為環氧粉末(FBE>120 μm)、第二層膠粘劑(AD)170～250 μm、第三層聚乙烯(PE)2.5～3.7 mm。

2 斜坡段鋼管安裝工藝原理

《高水頭斜坡段壓力鋼管安裝施工技術研究》，該課題是壓力鋼管安裝施工中的一個分支，采用自制小車安裝高水頭斜坡段壓力鋼管施工技術。

2.1 安裝準備

鋼管在制作車間檢驗合格方可出廠。鋼管運輸在車間采用10 t門機吊裝，20 t載重汽車運輸至工地現場，80 T汽車吊卸載。

鋼管運輸時，將鋼管安放在鞍型支架或加墊木梁上，以保護管節及其坡口免遭損壞；利用柔性吊帶將鋼管與運輸車捆綁牢固，防止鋼管滑動，鋼管與運輸車接觸面用方木墊實。吊帶與鋼管間加軟墊，以保護防腐面受到損壞[1]。

為鋼管管節在運輸和吊裝過程中不變形，在廠內制作完成后立即安裝內支撐。鋼管內支撐采用活動結構(內支撐在鋼管安裝和回填完成后可以拆出循環使用)。

根據現場實際地形情況，在斜坡段頂部設置臨時堆放場，鋼管運輸汽車運至臨時堆放場堆放，每個斜坡段都要在頂部布置1個臨時堆放場，以便于安裝。

在斜坡段安裝工作面具備安裝條件時，進行軌道鋪設和運輸臺車牽引設備布置，并對工作面進行檢查和清理。

根據坐標控制點，用測量儀放出壓力鋼管安裝所需的中心、高程和里程控制點，并對所有的控制點進行復檢和記錄。

2.2 安裝偏差控制

斜坡段壓力鋼管的安裝，由于受地形環境的影響，工作場地較復雜，導致鋼管安裝時容易產生偏差，影響工程整體性和施工速度，因此，在安裝過程中的誤差控制是保證安裝質量的關鍵[2]，必須滿足如下要求：

(1)鋼管的直管和彎管以及附件與設計軸線的平行度誤差應不大于0.2%；

(2)鋼管始裝管節的里程偏差不超過±5 mm。彎管起點的里程偏差不超過±10 mm；始裝管節兩端管口垂直度不超過±3 mm；

(3)鋼管安裝后，始裝管節中心的極限偏差為5 mm，彎管起點的管口中心的極限偏差為10 mm，其它部位管節中心的極限偏差為20 mm；

(4)安裝后的管口圓度(指相互垂直兩直徑之差的最大值)偏差不大于5D/1000，即30 mm；至少要測量四對直徑。

2.3 環縫焊接

定位焊后應盡快焊接安裝環縫，每條焊縫應連續完成，不得中斷。

2.3.1 焊接材料

焊接材料的品種應與母材和焊接方法相適應。存放焊接材料的庫房應通風良好，室溫不應低于5 ℃，相對濕度不應高于70%。電焊條應在烤箱內按規定進行烘烤(2～3 h)，施焊時應放在加蓋的焊條保溫筒內，隨用隨取，以免受潮[3]。

2.3.2 焊接要求

在正式焊接前，應對試板焊縫全長進行外觀檢查和無損探傷檢查(檢查方法與生產性施焊相同)，并進行力學性能試驗，試板不得有缺陷。若需修正的缺陷長度超過試板長度的5%，則該試件無效，須重作評定。

焊接過程中，不能在相對濕度大于90%、環境溫度低于-5 ℃、雨天和雪天的露天、風速大于8 m/s時施焊[4]。雙面焊接時，在其單側焊接后應進行清根并打磨干凈滲碳層，再焊另一面。定位焊應在坡口內進行，每條焊縫要一次連續完成，若因故中斷焊接，應采取防裂措施。在重新焊接前，應將表面清理干凈并確認無裂紋后，方可按原工藝繼續施焊。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

斜坡段壓力鋼管安裝工藝流程見圖1。

圖1 斜坡段壓力鋼管安裝工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 人員設備安排

人員、設備全部到位，分配到各工作面，保證安裝過程中各作業面的正常施工。

3.2.2 運輸小車的制作

小車采用20號槽鋼制作，外型尺寸6 000 mm×2 000 mm，鋪設軌道的軌距1 800 mm，在加工廠按設計圖紙制作，最大載重量為15 t，制作驗收完成后，運輸到安裝現場進行安裝。

3.2.3 卷揚機的安裝

采用10 t卷揚機布置在鎮墩上，根據管線的實際情況在鎮墩澆筑一期混凝土時，要預埋鋼板用于卷揚機的加固，安裝卷揚機必須保證卷揚機卷筒的中軸線與鋼管安裝軸線相互垂直。

3.2.4 運輸小車軌道的安裝

利用10號槽鋼作為運輸小車的軌道，軌距1 800 mm，在澆筑的一期混凝土上進行軌道鋪設，混凝土的厚度必須大于100 mm且平整度不大于50 mm，以滿足軌道的加固強度和平直度。軌道與混凝土的連接采用膨脹螺栓與軌道連接的方式，兩連接點間距1 m。

3.2.5 施工平臺

施工平臺用于鋼管從運輸汽車吊裝到運輸小車上使用，平臺必須滿足運輸車和80 t吊車安全施工，平臺位置根據實際的安裝現場來定。

3.2.6 墊層混凝土的施工

管槽墊層混凝土的厚度不低于100 mm，平整度不大于50 mm，寬度不低于2 m，以保證軌道的牢固和平直。墊層混凝土表面的高程與鋼管最低端的高程不低于300 mm，便于運輸小車把鋼管運輸到安裝位置并把鋼管對接完成后，能夠順利從鋼管底部拉出。

3.2.7 壓力鋼管運輸

用80 t汽車式起重機將大節鋼管吊起平放于拖車上，用鋼絲繩、倒鏈等牢固封車(在鋼繩與鋼管間加設墊塊，防止鋼管表面漆膜或管壁受到損壞)，將鋼管直接運至現場進行安裝。因壓力鋼管運輸危險，對運輸路段公路可制做簡易框架先進行試運，對運輸造成困難的路段應在正式運輸前處理好以保證安全。

3.2.8 壓力鋼管卸載

壓力鋼管由拖車運輸至施工平臺后，由80 t汽車吊進行卸載，卸載后直接吊裝到自制臺車上，用鋼絲繩和手拉葫蘆將壓力鋼管固牢。

3.2.9 壓力鋼管安裝

(1)定位節安裝。鋼管就位后，利用倒鏈、千斤頂等工具將鋼管管節中心和高程調整至安裝位置，利用拉緊器、壓縫器、楔子板等調整壓縫，控制焊縫間隙的均勻性及管壁錯牙，合格后加固定位焊接。

(2)上、下彎段鋼管調整。依據測量控制點測出各管節安裝方向、管口位置的高程、中心和里程，利用鋼絲線、鋼盤尺測出各管節安裝的幾何尺寸與設計尺寸，使偏差達到要求后進行加固定位焊接。

(3)斜坡段鋼管安裝。斜坡段鋼管每截長度為7.6 m，重量為4.8～6.8 t，坡度為16.4°～36.5°。采用10 T卷揚機進行運輸安裝，將運輸臺車由上向下移動，運輸臺車到達安裝位置后，利用10 T千斤頂將小車頂起至安裝高程，調整鋼管位置達到安裝要求后焊接加固，加固完成后用千斤頂將小車降到軌道面，再用卷揚機將運輸臺車拉回。

4 安裝措施

4.1 總體安裝措施

倒虹吸坡度大于10°小于40°的管段鋪軌道，自制專用滑車運輸鋼管，卷揚機牽引就位、人工配合安裝到位；坡度大于40°的陡坡段采用索吊將鋼管吊至工作面、人工安裝到位。

4.2 關鍵部位安裝措施

湊合節安裝：湊合節是一段鋼管中最后安裝的一節鋼管，用以調節焊接收縮和安裝誤差。采用整節式湊合節，在廠內制成單節，安裝時根據測量實際長度，割去多余部分。多用于斜管和上彎管相接處和有些支管與岔管相接處；當其附近設有伸縮節時，使伸縮節處于自由伸縮狀態，以適應湊合節環縫的焊接收縮，在伸縮節組裝時應預留此伸縮量。

4.3 現場安裝環縫焊接工藝控制

鋼管就位后組裝對接、加固牢固后對環焊縫進行焊接，環縫焊接應逐條焊接，不得跳越，焊接時注意各焊工間的電焊弧光防護。施焊順序為：先焊鋼管外壁，內壁清根后進行焊接，由兩名焊工對稱施焊，焊接時一定要嚴格控制每層焊道厚度不能大于5 mm，以便控制焊接熱輸入。

4.4 焊縫檢測

焊接的外觀檢查，應符合DL/T5018-94規范中4.4條規定；省級技術監督局頒發的壓力容器無損檢測人員技術資格考試委員會考核的方能操作。評定焊縫質量應由Ⅱ級或Ⅱ級以上的檢測人員擔任；焊縫分類及焊接要求參照設計要求：一、二類焊縫的RT檢驗等級為AB級，并和GB3323《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》的Ⅱ、Ⅲ級合格標準相對應；超聲波檢測按GB11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》評定，檢驗等級可選作B級，一類焊縫BI級為合格，二類焊縫BⅡ級合格；探傷比例：碳素鋼射線探傷，一類縫不少于15%，二類縫不少于10%。超聲波探傷，一類縫不少于50%，二類縫不少于30%；或按技術要求執行。

焊縫局部無損探傷如發現缺陷時，應在其延伸方向或可疑部位作補充檢查。如補充檢查仍出現不合格，則應對該條焊縫進行全部檢查[5]。

表面裂紋，采用磁粉或滲透探傷，以確定其深度和長度。

腹板與翼緣板的焊縫允許未焊透深度不應大于板厚的25%，最大不超過4 mm，或按標書技術條件或設計圖樣的規定。角焊縫的焊腳必須符合施工圖樣的規定，焊縫外形平緩過渡。

4.5 焊縫返修與處理

焊縫內部或表面如發現有缺陷，應找出原因，制定措施。缺陷部位選用碳弧氣刨或砂輪進行修磨、消除，認真檢查后方可修補。焊縫同一部位的返修次數不宜超過二次，超過二次以上時，應查明原因，制定可靠的工藝措施，并經技術負責人批準，方可實施。返修后的部位，進行探傷檢查。如環境氣溫低于-15 ℃時，就不應進行焊接，需焊接時，采取防護、預熱措施。

5 結 語

目前1、2號倒虹吸共計3 km斜坡段鋼管已經安裝完成，通過對斜坡段壓力鋼管安裝工藝的提高與改進，在壓力鋼管安裝質量達標的前提下，耗時顯著減少，節約時間，降低成本。同時，斜坡段壓力鋼管安裝工藝的改進，顯著提高了壓力鋼管安裝一次驗收合格的成功率，避免了反復調整鋼管軸線及高程，提高了生產效率，節約了資源投入，提高了效益。

在斜坡段壓力鋼管安裝工藝改善與研究過程中，對斜坡段壓力鋼管安裝過程中的一些質量控制細節進行了優化與改進，為提高鋼管整體安裝質量奠定了基礎。