倒虹吸工程鋼管制作安裝施工技術分析

劉迎帝

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，蘭州 730000）

一般來說，倒虹吸工程和虹吸管工程非常相似，但是倒虹吸工程不用人為制造管內的真空，所以應用的場合更多。鋼管在倒虹吸工程中應用的很多，具有很多的優(yōu)點，但是也有很多的缺點，比如受主鋼管變形影響導致接頭漏水，而且其耐久性差，對制作技術要求很高。因此，必須深入探究倒虹吸工程鋼管的制作和安裝施工技術，以促進鋼管在倒虹吸工程得到更好的應用，促進倒虹吸技術的發(fā)展，更好地促進我國的水利工程和建筑事業(yè)的發(fā)展。

1 工程概述

4#倒虹吸工程管道的壓力鋼管管材為Q355C，總共長1718.33m；該倒虹吸工程管道的進出口位置地形比較陡，整條管線位于熱狼溝內，溝底橫跨河流；該倒虹吸工程管段的最大水頭為175m，選用的壓力鋼管的管徑為1600mm，管壁厚度為14mm；在壓力鋼管上還放置了加勁環(huán)和支撐環(huán)，它們的間距分別為2m 和8m；跨河采用支墩架空的方式，支墩間距為8m，支墩支座采用滑動形式。

2 壓力鋼管的制作

下面將對倒虹吸工程壓力鋼管制作的幾個方面逐一進行分析和介紹。

2.1 現場加工廠布置

該倒虹吸工程鋼管制作時，選擇了一塊60m×50m的場地并對其進行平整化處理，隨后在其上鋪設一個30m×10m且δ=12mm的鋼制平臺，并在該鋼制平臺附近安裝刨邊機、埋弧焊機、卷板機和二保焊機。鋼制平臺和刨邊機的作用分別是加工制作壓力鋼管和下料。

2.2 壓力鋼管制作工藝流程

倒虹吸工程壓力鋼管制作的工藝流程如下：鋼板進場并對其進行驗收→下料（半自動切割機火焰切割鋼材，刨邊機坡口刨邊）→卷管機卷管→焊接打底→埋弧焊接→（可控硅弧焊整流電焊機）汽保清根→埋弧焊接→二次卷管機圓管→4 米接管→二保焊打底→埋弧焊接→汽保清根→磨光機打磨→埋弧焊接→加勁環(huán)組對→手工焊接→成品驗收。

2.3 壓力鋼管的制作工藝

倒虹吸工程壓力鋼管的制作工藝包括9 個方面：①鋼材的劃線工藝，在這個工藝中要把鋼板通過吊車運送到下料平臺上，并嚴格按照倒虹吸工程的鋼管展開圖等有關的施工圖紙劃線下料；②鋼材的切割工藝，在這個工藝中，為了根據下料的劃線準確地切割鋼板，需要利用半自動切割機進行切割作業(yè)；③鋼板的標記和坡口的炮制工藝，在這個工藝中要用油漆對切割好的鋼材做好標記工作，并保證該標記是牢固的，在鋼材上要標上管節(jié)標號、鋼材的上下左右、水流的方向、鋼材的中心線等，需要用刨邊機對鋼材進行坡口炮制；④鋼板的壓頭工藝，在這個工藝中，要利用壓頭機每隔50mm 對鋼材進行壓頭作業(yè)并及時進行樣本檢查；⑤鋼板的卷板工藝，在這個工藝中，要沿著鋼板延伸的方向利用三輥移動式卷板機對鋼材進行冷卷板作業(yè)并及時測量鋼材樣板的弧度；⑥縱縫組隊工藝，這個工藝需要在平臺上進行，且要利用樣板等得到合適且符合要求的錯邊、圓度等的鋼管，隨后要對這些鋼管進行坡口的點焊作業(yè)；⑦縱縫、環(huán)縫焊接工藝，在這個工藝中，通常需要利用埋弧焊的方式進行作業(yè)，焊接順序為首先對正面坡口進行焊接，然后利用碳弧氣刨清根后對背面進行焊接；⑧鋼管的除銹和防腐工藝，這個工藝非常重要，能夠更好地保護鋼管，在這個工藝中要按照相關的設計規(guī)范對鋼管的表面進行涂裝；⑨管段的堆放工藝，在這個工藝中，必須根據設計圖紙的位置對管段編號堆放[1]。

2.4 壓力鋼管的現場制作質量控制

倒虹吸鋼材壓力鋼管的現場制作質量控制主要包括10 個方面，下面將分別對這些方面進行介紹和分析。

2.4.1 壓力鋼管主材料控制

必須對制作倒虹吸工程壓力鋼管的主材料按照工程設計圖紙的要求進行入庫驗收作業(yè)，使這些主材料的型號、規(guī)格和材質能滿足倒虹吸工程的設計要求。在入庫驗收作業(yè)的過程中，要出具性能實驗報告和主材料的質量證明材料，不能使用沒有合格證件的主材料。另外，為了更好地控制制作倒虹吸工程壓力鋼管主材料的質量，必須進行抽樣檢查。

2.4.2 劃線下料控制

首先，在倒虹吸工程鋼管加工之前，工程的相關施工人員必須開會討論所需要的技術、檢查倒虹吸工程的施工圖紙，還要保證該工程參與劃線作業(yè)的工作人員熟悉相應的圖紙并掌握設計要求。隨后，要進行劃線放料作業(yè)，一般要1 : 1 現場放樣，待放樣結束后，工程師和質量有關的負責人員要及時校正大樣。大樣符合要求后，就能進行劃線切割作業(yè)，在這個過程中，經常利用半自動切割機對鋼材進行直線切割。

2.4.3 V型60°坡口控制

對于倒虹吸工程壓力鋼管的焊縫通常選擇V 型60°坡口，且這個坡口的誤差必須在±2mm 以內。在這個過程中，往往需要利用刨邊機對坡口進行炮制，待坡口炮制結束后才能對壓力鋼管進行卷管作業(yè)[2]。

2.4.4 焊接控制

倒虹吸工程鋼管選擇V 型60°坡口焊接，焊接順序是先焊接正面后焊接壓力鋼管的反面。待鋼管正面焊接結束之后，必須先將焊縫背面清理干凈，然后才能利用V 型60°坡口焊接反面。

2.4.5 鋼管組隊卷制控制

對于倒虹吸工程鋼管進行卷制作業(yè)時需要選取樣本的四分之一，并根據樣板及時對鋼制卷板進行圓弧調整，卷制方向必須同鋼板壓延的方向一致。另外，由于壓力鋼管的直徑很大且長度很長，必須在鋼板卷制作業(yè)中注意安全，并且確保鋼板卷制時與橋吊緊密配合。需要注意的是，千萬不能對鋼板橫向卷制，而且沒有橋吊時也不能卷制。

2.4.6 鋼管的弧圓度控制

待倒虹吸工程單節(jié)鋼管卷制結束，就需要進行壓力鋼管的圓度校正作業(yè)。在圓度校正的過程中，需要保證測量的點數不少于8 個。待鋼管校正符合規(guī)范和要求后，就需要對壓力鋼管內壁進行“米”字形支撐，待支撐作業(yè)結束后，再焊接加勁環(huán)[3]。

2.4.7 成段管節(jié)的焊接控制

待倒虹吸工程單節(jié)鋼管制作全部完成，就需要進行成段鋼管的焊接，一般需要將兩節(jié)或三節(jié)鋼管制作形成一段管段，該管段的長度一般為4～6m，需要在平臺上進行管段的對接作業(yè)，其中每兩個管節(jié)間錯臺≤3mm，焊接環(huán)縫選擇的還是V 型60°坡口，焊接順序也是先正面焊接，再進行背面環(huán)縫的焊接。成段管節(jié)焊接完成之后，要對縱縫和環(huán)縫進行檢查，一旦發(fā)現不合格或有損傷的焊段，要再次進行焊接，待焊接全部符合規(guī)范時，再開始下一工序。

2.4.8 管段內壁的除銹控制

待倒虹吸工程管段焊接完成，就需要對壓力鋼管內壁進行除銹作業(yè)。對壓力鋼管進行除銹操作時有兩種方式，分別是人工除銹和噴砂除銹，無論采取的是哪種除銹方式都必須認真處理，使鋼管內壁具有良好的光潔度，待其達到Sa21/2 后，再進行壓力鋼管內壁的涂裝作業(yè)。

2.4.9 管段內壁的涂裝控制

待倒虹吸工程管段除銹完成，就需要對壓力鋼管內壁進行涂裝作業(yè)。在涂裝作業(yè)過程中，必須遵守相應的涂裝規(guī)范，且必須在鋼管除銹24h 之內進行鋼管的涂裝作業(yè)；在鋼管內壁涂刷時要色調一致，杜絕起皺和溜掛問題；另外，在鋼管環(huán)縫兩邊要各留出100～150mm 的區(qū)域不進行涂裝作業(yè)，還要對此區(qū)域進行良好的保護，避免生銹問題的出現。

2.4.10 管段的堆放控制

待倒虹吸工程管段涂裝完成，表示管段的制作基本上也已經完成，這時就需要對壓力鋼管進行堆放作業(yè)，相關堆放人員要根據設計圖紙的要求，對管段進行標號并將其堆放到正確的位置。需要注意的是，在壓力鋼管堆放的過程中，要依據安裝的順序將其分類堆放。

3 壓力鋼管安裝施工方案和措施

3.1 施工方案

倒虹吸工程鋼管在加工廠進行完集中坡口處理、噴砂除銹處理以及防腐處理，表明鋼管制作完成。隨后將倒虹吸工程鋼管運送到安裝位置，進行壓力鋼管的安裝作業(yè)。利用25T 汽車吊起吊壓力鋼管并下管，利用動力電源對壓力鋼管進行焊接，接下來為了避免因為壓力鋼管的熱脹冷縮造成的鋼管破裂，則需要對壓力鋼管安裝伸縮節(jié)。

3.2 施工措施

3.2.1 施工準備

在進行倒虹吸工程鋼管安裝時，要提前做好安裝施工準備工作，仔細檢查鋼管的基槽標高，要認真核查鎮(zhèn)支墩混凝土的質量，待這兩方面完全合格后再進行鋪設作業(yè)；在雨季進行倒虹吸工程鋼管安裝時，要及時進行排水處理；在鋼管安裝前，還必須進行安全和技術交底。

3.2.2 鋼管防腐

在進行倒虹吸工程鋼管安裝時，同樣要注意鋼管的防腐，必須對安裝場地的壓力鋼管進行噴砂除銹作業(yè)；必須當天對除銹合格的壓力鋼管進行防腐操作，避免其因為露水等原因生銹；必須對防腐處理的壓力鋼管吊運放置，在此過程中堅決不能破壞鋼管的防腐層。

3.2.3 鋼管運輸和下管

在壓力鋼管用運輸車運輸的運輸過程中，要將鋼管綁扎牢固并且不能破壞鋼管的防腐層；在壓力鋼管裝卸的過程中，要利用合適的吊具起吊鋼管，同樣為了不破壞鋼管的防腐層堅決不能將吊繩直接放在管道上；盡量利用吊車將壓力鋼管放置在安裝施工的位置，不能通過滾動任意下管；如果不小心造成鋼管防腐層損壞，則應該及時進行二次防腐處理。

3.2.4 焊口組對

在進行倒虹吸工程鋼管焊口組隊的過程中，必須提前將鋼管內的雜物打掃干凈，提前將鋼管坡口的銹跡等處理干凈并使其有一定的光澤度；要保證組隊的鋼管內壁齊平且其錯口值≤1mm；要保證鋼管間隙符合工程要求且其誤差≤2mm；要利用馬蹬對組合好的壓力鋼管支撐牢固，防止鋼管焊接時出現錯位。

3.2.5 鋼管焊接

在進行倒虹吸工程鋼管焊接的過程中，安裝相關的焊工必須持有合格的特殊工種資格證及上崗證，方能在現場對鋼管開始施焊；鋼管焊接材料的品種要與焊接方法相適應，焊接時必須選用合格的材料，在運輸以及存放鋼材的過程中必須相互依防潮，還要提前對鋼管進行烘焙處理并將焊條放在保溫筒中隨取隨用；鋼管焊接時，管道內不能有穿堂風；不能在壓力鋼管水平和垂直處的應力最大的地方進行縱向焊縫；要選擇手工電弧焊焊接壓力鋼管的焊縫且需要兩名焊工對鋼管進行對稱焊接以免焊接質量差；待鋼管第一遍焊接結束后，要利用角磨機對鋼管焊縫進行打磨并清理焊渣，隨后進行后續(xù)的焊接工作；堅決杜絕在焊接好的鋼管上焊接臨時支撐物或者點燃電弧；鋼管焊接時溫度應該在10～25℃之間，并且要保證長管段閉合安裝；對于焊接合格的壓力鋼管要將其放在墊層砂上，還要避免管內有機積物；對于直徑為DN2400 的壓力鋼管要利用雙面焊接的方法進行焊接[4]。

3.3 鋼管安裝焊接質量保證措施

對于保證倒虹吸鋼管安裝焊接質量的措施有很多，下面將詳細進行闡述：

1）將鋼管加工成型并運到吊裝地點對接時，必須保證其壓力等級、材料以及質量等符合工程要求；鋼管管節(jié)的表面要沒有銹蝕、斑疤等問題；鋼管焊縫外觀要光順、均勻，不能有弧坑、裂紋等問題，如表1 所示，焊縫外觀應符合下表的規(guī)定。

表1 焊縫的外觀質量表

2）對于管內徑小于等于600mm 的焊縫卷管允許的偏差為±2mm，對于管內徑＞600mm 的焊縫卷管允許的偏差為管內徑的0.0035 倍；對于管內徑＜600mm 的鋼管，其縱向焊縫的距離要＞300mm，對于管內徑≥600mm 的鋼管焊縫的距離要＞100mm；對壓力鋼管管節(jié)測量標號后才能進行鋼管管道的安裝并選擇管內徑相近的兩個管節(jié)進行對接；要仔細檢查鋼管的防腐層，只有其防腐層沒有損害才能下管；鋼管管節(jié)焊接時選用的焊條必須干燥、質量達標且強度合適；

管節(jié)焊接時必須先修口且不能利用加熱法縮小間隙，電弧焊管端修口尺寸如表2 所示。

表2 電弧焊管端修口尺寸

3）鋼管對口時管口內壁要齊平，錯口的偏差要≤2mm；支架與壓力鋼管環(huán)向焊縫間的距離要≥100mm，壓力鋼管的直管部分環(huán)向焊縫間的距離要≥200mm，壓力鋼管不能存在十字形焊縫；在不同鋼管管節(jié)對口時，兩者之間的厚度差不能超過3mm；壓力鋼管上不能開方孔，且不能在短節(jié)、焊縫以及管件上開孔；直線鋼管管段不能用太短的短節(jié)拼接；在壓力鋼管焊接時，要保證其焊縫能夠自由伸縮且要使其焊口逐漸降溫；待壓力鋼管對口滿足規(guī)范才能進行鋼管的電焊作業(yè)且鋼管點焊的長度和間距要滿足表3 的規(guī)定。

表3 鋼管點焊的長度和間距規(guī)定

要雙面焊接鋼管＞800mm 的鋼管；對于不滿足要求的焊縫，補焊的次數不能大于3 次；管道法蘭連接處要先進行防腐處理再埋入土中[5]。

4 水壓試驗及焊縫無損檢測

待倒虹吸工程鋼管焊接完成后要對整個鋼管管道水壓試驗和焊縫超聲波進行無損檢測，要保證倒虹吸鋼管質量不得低于Ⅱ級。對于水壓試驗以及超聲波檢測不合格的地方，要及時進行處理。（現場返工處理，重新進行檢測實驗，直至合格）

5 結語

綜上所述，倒虹吸工程鋼管的制作和安裝施工必須要保證每道工序都符合要求，必須要保證鋼管無滲水現象，必須要使其焊縫沒有破損，必須保證壓力鋼管的制作和安裝質量。