水利工程施工中壓力管道安裝問題及應對研究

劉光聰

（云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

胡家山水庫位于鎮雄縣塘房鎮大擢魁辦事處水稗田村胡家山小河上，距縣城24km。渠首倒虹吸進口位于胡家山水庫大壩輸水隧洞出口處，里程為倒0+000—倒5+325.42，輸水管道穿過原爆破壩的輸水洞后，沿河道布置，埋設于河底，至倒5+038 穿過塘房至鎮雄的公路，至山腳處倒5+103.5 后，沿山脊向上至倒5+179 以隧洞型式下穿芒部山村道路，出洞后以壓力鋼管接至消力池。渠首倒虹吸主要由進口控制段、壓力管道、出口消力池組成，管道底座采用C15 混凝土剛性連續管座，在管道轉彎處及直管管段長80m 左右設置鎮墩，鎮墩及支墩為C20 鋼筋混凝土澆筑。主管管道為φ120cm壁厚14mm 的壓力鋼管和φ120cm 預應力鋼筒混凝土管，管道工作壓力為0.4MPa～1.23MPa。

1 水利工程施工壓力管道安裝問題

1.1 管道的銜接不牢固

一些安裝管道的工人技術水平不高，使用的技術和設備都比較落后，造成管道連接不牢，如果管道連接不牢，很有可能會導致輸水管線在輸送過程中因壓力下降無法輸送至預定位置甚至爆裂，影響到整個輸水系統的正常運轉。

1.2 材料質量不合格

管道的安裝材料是保證工程質量的關鍵，也是保證工程質量的根本。這是由于輸水管道的主要功能是輸送水流，所以經常會被水流沖刷，造成管道內部破損[1]。此外，由于大部分的給水管道壓力都較大，因此，對管道的抗壓性能要求也很高，因此，選擇合適的材質就顯得尤為重要。

1.3 施工圖紙方面存在的問題

在進行管線建設時施工圖紙對于整體施工具有較強的指導功能。一般而言，在進行管線建設前，應該先編制好施工圖紙。建筑圖紙應該由設計方提供，但是為了確保工程的質量，在施工之前，必須認真進行圖紙的審查，確定管線的位置以及地下線路的布置。

2 施工流程

2.1 土方工程

根據設計圖紙、實地勘察，本項目溝槽、倒虹吸管進出口均采用挖機開挖。由于該項目開挖量大、施工路線長及基坑開挖深度大，采用多臺挖掘機分段分層開挖。

2.2 壓力管道工程

本項目壓力鋼管主要采用14mm 厚鋼板現場制作。

2.2.1 制作

（1）鋼板及焊接材料。

鋼板外觀必須平直、光潔、無銹蝕、無夾層。每批鋼板均有出廠質量證明書和機械性能、化學成分試驗記錄。到貨鋼板應堆放在具有防潮能力的倉庫內。并墊離具有防潮層的地面，做好明顯標志，記錄到貨日期。應嚴格防止潮濕、水汽、油、酸等污物污染鋼板[2]。

焊接材料的品種應與母材和焊接方法相適應。焊接材料在存放和運輸過程中密封防潮。存放的庫房內應通風良好，室溫不應低于5℃，相對濕度不應高于70%，并定時記錄室溫和相對濕度。使用前按規范要求進行烘烤。

（2）鋼板加工。

鋼板下料根據鋼板的實際寬度進行，鋼板劃線后，用油漆分別標出節號、分塊編號、水流方向、水平和垂直中心線、坡口角度以及切割線等符號。鋼板均采用開外坡口的單坡口。鋼板的切割和坡口制備采用等離子切割機進行。切割面的熔渣、毛刺和由于切割造成的缺口應用砂輪磨去。

（3）鋼管制作。

卷管前應根據工藝要求對卷板機零部件進行檢查，滿足要求后方可進行卷管。卷管前將鋼板上的毛刺，松動鐵銹等雜物清除干凈后。

用卷板機進行預彎和卷板。根據實際情況進行多次往復卷制，采用靠模反復進行檢驗，以達到卷管的精度。不允許錘擊鋼板。卷板方向應和鋼板的壓延方向一致。

卷制成型后，進行點焊，點焊區域必須清除干凈氧化鐵等雜質，點焊高度不準超過坡口的2/3 深度，點焊長度應為80～100mm。點焊的材料必須與正式焊接時用的焊接材料相一致。卷板后，將瓦片自由狀態立于平臺上，用樣板檢驗弧度其間隙應小于2mm。

卷板接口處的錯邊量必須小于板厚的10%，且不大于2mm，如大于2mm，則要求再次卷制處理。在卷制的過程中要嚴格控制錯邊量，以防止最后成型時出現錯邊量超差的現象。

2.2.2 安裝

（1）鋼管的裝卸與存放。裝卸鋼管時須使用特殊的吊具、吊帶，其彎度與管口彎度必須一致，其寬度必須在200mm 以上。管道的裝卸要慢，在管道和管道之間要用軟質材料填充，與管道的夾角大于30°，以免損壞管道的防腐層及減少管道的橫向張力。鋼管堆放場應選在地勢平坦、地勢較高的地方用土方壓實，坡度為2‰。周圍開挖排水環形溝用袋式土壘護坡高達150mm。設3 個管垛支架，底部的鋼管外面用斜形的木楔固定[3]。

（2）測量布管。按照施工圖要求采用RTK 或全站儀將控制樁、角樁、里程樁等引測到工地，并用石灰進行標記。對熱煨彎頭、冷彎彎管用量、安裝位置及對應的角度進行統計和記錄，尤其是對外矢矩和切長測量。根據不同地形應選擇不同施工方式，平坦地帶，寬度為12m，穿越和車輛掉頭時應適當拓寬以減少非機械化施工和人工鑿巖路段的帶寬。鋪設管線時，吊運螺旋鋼管的噸位和長度應根據管線的幾何、重量等因素來決定。吊車在較平坦的道路上進行，如需在較深的基坑處進行吊裝，則其所處位置及所行區域的地面應進行夯實，并在需要時鋪上鋼板。起重過程中不能同時操縱吊車的轉動臂和吊臂。兩個相鄰的管嘴首尾相連，以傾斜方式排列。在管道兩端1.5m 左右，用軟土包作支承不能用磚、石等硬質材料代替。布管如圖1 所示。

圖1 布管

（3）鋼管的清管和加工。將鋼管中雜質清除干凈后，使用海綿吸塵器將管道中的灰塵全部清除干凈。在吊裝、布管過程中出現的管道破損，可使用乙炔火焰進行切斷。切斷時，要將切削面熱影響區分開，切面厚度通常在0.5mm 以上，切口與管心呈直角、平整且無裂縫；修完后，管的壁厚不得小于原來的10%；在直徑小于2%的內凹破壞情況下，可進行修復，如不能就需切除，且不能采用電焊、打孔等方式進行修補；對于輕微變形的管道可使用10t 液壓千斤頂進行機械校正，不能糾正或存在裂縫的管子應予以拆除。

（4）管道對口。管道對口時在平整地段的管道采用內對口器，陡坡地段采用外對口器，用板條專用工具來控制對口間隙，使對口間隙滿足焊接對口要求。直管段的相鄰環向焊縫間距，不得少于150mm。相鄰反向彈性管道之間及彎頭（彎管）對接時，中間直管道不應小于lm。在使用外對口器時，必須在整個對口圓周上進行定位焊，每一段定位焊的長度不宜小于l00mm，累計焊接長度不宜少于管周長的50%。

（5）焊接。管道對口完成，經校正合格后，方可進行焊接。本項目采用手工電弧焊接，半自動焊，封頭，下向焊，不能進行半自動焊的部位采用人工進行。焊接前處理如下：焊縫必須平滑，不含任何雜質，在10～20mm 以內的鋼管內、外表面必須暴露金屬。焊接接頭采用環狀火焰加熱，預熱寬度不宜太大，通常為50mm。預熱時，在離管口50mm 的地方用紅外測溫器，在10 個測溫點上均勻地測量，使其受熱均勻。

焊接采用雙側埋弧式V 形焊接。手工電弧焊接時2 名焊工負責根焊工序，2 名焊工負責焊管灌漿和其他工作。每層焊接完畢后，要進行手工檢驗，并進行拋光處理。半自動焊接時，應配備至少3 名工人，焊接期間，應采取防風措施，1 人提前到達收弧接頭，應繼續沿著焊縫施焊，為焊工的收弧創造條件；各焊道的起始位置應錯開，間隔30mm 或更大，在上部焊接完成后，再進行下一層焊接；根焊道完成過半情況下將外對口器撤出，當根焊道完全成型后，將內對口器和對口支持撤出。根焊結束后，將表面的焊渣除去，余高修磨干凈，并且不能損壞槽型。焊后進行慢冷焊，使用油氈和3.8m×1m×50mm 的石棉，用橡膠膠條固定，保溫時間不得少于0.5h。焊后緩冷如圖2 所示。

圖2 焊后緩冷

（6）支墩鋼墊板安裝。支墩鋼墊板是鋼管與支墩混凝土間的重要傳力構件。安裝時應避開鋼管焊縫并與支墩位置吻合，支墩鋼墊板與鋼管設計軸線的傾斜小于2‰，鋼墊板與鋼管各接觸面的間隙不大于0.5mm，間隙內用黃油填充，以減小鋼管因溫度變化產生軸向伸縮時其與鋼墊板的摩擦力。錨固筋應嚴格按設計圖紙施工，焊接牢固，在設有錨桿的支墩處，應與錨桿連接牢靠。

2.2.3 鎮、支墩混凝土澆筑

管道安裝時，應根據實際施工情況，及時進行鎮墩和支墩的混凝土澆筑，避免因管道安裝過長后壓力增大破壞下部鋼管支撐架，造成鋼管軸線偏移甚至傾覆。支墩混凝土澆筑時，其上下游邊界應在弧形鋼墊板邊線內側，兩側混凝土澆筑高度應低于鋼墊板上邊線3～5cm，同時應采取措施保護鋼墊板與鋼管間的間隙，避免水泥砂漿進入，避免鋼管因熱脹冷縮產生的軸向應力拉裂支墩混凝土。

2.2.4 管道耐水壓試驗

完成管線并經焊縫無損檢測合格、鎮支墩混凝土達到規定齡期后，要進行管道耐水壓試驗。將兩個檢修孔之間的區段作為一個試驗段，用14mm 厚鋼板焊接封口并安裝壓力表和高壓注水泵。注水時應從試驗段最低一端用水泵從河道抽水注入，使管道內的氣體自然從管道上端排除。注水完成浸泡24h 后進行水壓試驗，逐級升壓至試驗壓力后，觀察壓力變化情況，若不符合要求，應分析原因，并采取相應的措施，裝改后重新進行試驗，直至合格為止。

2.3 壓力管道安裝質量控制的對策

水利工程壓力管線的安裝中應嚴格遵守施工工藝圖紙和技術規程，對各道施工過程進行嚴格的控制，其內容如下。

（1）安裝壓力管線前，應逐個清理管線及構件中的熔渣、砂土和其他雜物；管道就位后應對管道的管托、支架進行檢查和調試，合理劃分管托和支架，應錯開支墩位置，并為后續支墩混凝土澆筑預留足夠的操作空間，嚴格按照特定的要求進行焊接。

（2）管子的接頭必須符合規格。始裝節管口垂直度允許的誤差為3mm，管口中心允許的誤差為5mm。其他部位管節管口中心允許的偏差為15mm。焊接接頭應嚴格遵守焊接技術規范。

（3）在法蘭組合前，必須仔細檢查法蘭密封墊和密封表面，不得有任何斑點、劃痕等問題。在連接法蘭時則應采用同一規格的螺栓。在垂直管道中安裝單端螺栓時，應該將其頂端置于法蘭的上部。螺栓固定在法蘭上，不得留下楔形縫隙。如果需要安裝密封墊，那么每根螺栓最多只有一個墊片，并且要保證在擰緊后的螺栓和螺帽處于同一水平。

（4）在安裝閥門之前，必須認真地檢查其技術要求、規格、型號等，并根據管路介質和閥門的構造，確定閥桿的方向和安裝方向。如果是用螺絲固定的，應該在閥門關閉后進行安裝。若采用焊接方式，則在閥門打開時進行安裝，并采用氬弧焊接。

（5）在安裝補償裝置時，應按照設計要求進行預應力測試，保證受力均勻，并在預應力測試結束后，進行臨時固定。在安裝補償裝置時，嚴禁管道同軸偏斜，不能使用補償器來調節安裝管線的偏差。

（6）在對管線外表進行檢查時，要注意管道的焊縫和表面是否有裂紋、尖銳劃痕、管線安裝的標準和數量、坡口的加工和組合、壓力管線的支撐、管件和管件的質量等。在沒有特別說明的情況下，受熱碳鋼和碳鋼的焊接接頭應低于母材的120%，且焊接數量不能少于10%；對焊接接頭進行熱處理，若其硬度超過規定，應再次進行熱處理，并對其進行硬度測試[4]。

（7）焊接完成后，采用超聲波探傷進行焊縫質量檢查。焊縫探傷檢查發現有內部缺陷時應進行補焊，管壁表面凹坑深度大于2mm 的，補焊前用碳弧氣刨將缺陷清除，再用砂輪機修磨成便于焊接的凹槽。經過補焊的焊縫，應進行復查。同一部位的返修次數不允許超過2 次。

（8）壓力管線安裝完畢，焊縫經無損檢測合格后，進行壓力測試。壓力測試要嚴格按照技術規范進行，采用液態介質進行測試時，要將壓力逐漸升高至測試要求，穩壓10min，并對各補償器、法蘭、閥門、焊口等冒泡、泄漏的情況進行檢驗，如發現有焊補漏，須在減壓后操作[5]。

3 結語

本文對水利工程施工中壓力管道安裝問題及應對進行深入研究。在具體施工階段中，應在實際水利工程中針對具體的情況，設計出相應的處理方案，使其符合水利工程的要求，從而確保水利工程的施工質量。