水电站压力管道安装工程施工研究

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1工程概况

1.1工程背景

新疆奎屯河引水工程新龙口电站压力管道工程管长1450.38m,开挖直径6.6m,钢管净直径4.1m,设计引水流量48.5m3/s,管内流速3.83m/s,设计水头342.304m,最大水锤压力4.2MPa,电站装机140MW。压力管道结合地形地质进行布置,由回填管段和地下埋管段（该段由竖井和下平洞组成）组成,其中0+000~0+710段采用回填管型式,长度710m,板厚范围从18mm~28mm,材质为Q345R；0+710~1+234.20段为地下埋管段,板厚范围从28mm~44mm,材质为Q345R、07MnMoVR。竖井段深228m,下平洞段坡度6%,长度519m。下平洞出口设管棚套拱,套拱后为岔管段,采用“卜”形岔管布置。压力管道建筑物级别为2级,地震设防烈度Ⅷ度。

1.2工程特点

（1）本工程线路长,管道设计走向自地上转向地下平向出地面,纵坡起伏变化多,安装施工现场条件复杂,机械化程度高,资源投入量大,专业化程度高,对施工组织要求高。充分的施工准备工作是确保工程安全优质高效完成的前提。

（2）管道制作安装工程量大,总计1677.46t,最大重量31.1t,吊装和运输对设备的要求高,吊装设备选型和设计须进行安全验算,并严格按照批准的专项方案施工。

（3）管道直径大,里程长,板材下料、管节制作与安装精度要求高,必须采用先进技术进行控制和管理。

（4）本工程压力钢管焊接量大,即是影响工程进度的关键工序,也是影响管道安全运行的重要因素,应作为管理重点加强过程控制。

2工程难点

（1）回填管段平均开挖深度13.63m,边坡坡比为1∶1.25,55t吊车的作业半径为12m~13m,无法直接从两侧施工道路将钢管吊装至工作面。划分三段施工,每段先设置一个混凝土吊装平台,在管槽内铺设轨道,用吊车将钢管放置在自制钢管运输车加固牢靠,用卷扬机作牵引,运至工作面,再以门型支架和3t、5t手动吊葫芦定位,千斤顶校对安装。

（2）竖井段洞内无安装空间,钢管在悬吊状态下进行对中焊接,不便操作。采用手动吊葫芦配合稳车对钢管进行校对,钢管上沿管径方向布置8根外支撑（“米”字型支撑）,每三道加劲环布置一排,一端焊在钢管加劲环上,一端支在初次衬砌混凝土上与预埋膨胀螺栓焊接固定。对接中随时检查钢管的高程、里程、中心和垂直度变化。

3施工工艺流程

3.1安装方案设计

为保证钢管安装质量安全和工期,采用外购定制尺寸钢板,现场管节制作,采用40t龙门吊或55t吊车装车,13m平板半挂车（设计载重40t）运输至供料平台,洞内运输采用铺设钢轨,其上设置自制小车利用卷扬机牵引。采用吊车吊装,手动吊葫芦及千斤顶配合吊车进行校对[1]。3.2钢管加工制作沿线附近设置压力管道加工场,占地面积12000m2,建筑面积700m2。场内设置加工车间、防腐车间、成品堆放区、半成品区、原材料堆放区等。配置55t吊车1台、16t龙门吊2台、卷板机2台、等离子切割机4台、埋弧自动焊机6台、普通焊机6台、16t龙门吊2台、32t轮胎门吊1台、无轨电车2台、滚焊台车3台、磨光机6台、20t千斤顶10台,压力机1台、油漆和水泥喷涂机各1台、超声波探伤仪和数字测厚仪各1台以及烘干炉、加热片、测温仪等设备,满足生产需要及工期要求。

3.2.1工艺流程

钢板检验及表面处理→划线→下料及坡口制备→钢板卷制→瓦片组圆→纵缝焊接→调圆、加劲环（阻水环）安装焊接→环缝组装→环缝焊接→附件安装→钢管除锈→钢管防腐→标记→验收出厂

3.2.2下料及坡口制备

钢板划线后,采用等离子切割机切割,按设计坡口型式将切口加工成X形坡口。切割之后将表面淬硬层、过热组织等用砂轮磨掉,使切割面露出金属光泽。所有切割面不得有熔渣、毛刺和由于切割造成的缺口,板端部不得有裂纹、裂缝、夹层、夹渣或其它缺陷。

3.2.3卷板

钢管经冷弯成型,其圆度、直线度和长度必须在卷制过程中严加控制,防止管片在卷制过程中的扭曲和变形。按照先两端后中间的顺序卷制。采用组合式压力机对钢板首尾两端先进行压头,用弧形样板检查首尾两端弧度,合格后方可下卷板机进行中间段的卷制。卷制过程中要利用卷板机上限位装置使钢板边线与卷辊面保持平行,钢板中心线与卷板机辊轴中心保持垂直,防止卷板扭曲。卷制过程采用龙门吊或专用支架对管片进行支托,以消除管片在重力作用的变形。成型瓦片用样板检查其弧度,若卷制弧度不符合要求,则须重新吊至卷板机上修弧。成型瓦片应采用双吊点均匀着力吊装,平稳存放,防止着力不平衡造成瓦片变形。

3.2.4焊接

（1）焊接前应严格检查人员、焊接材料、设备的情况。

（2）预热。采用加热板进行预热。板厚小于等于38mm的Q345R钢板可不进行预热,但当温度小于等于10℃时需预热至20℃~38℃；板厚大于38mm的Q345R钢板必须进行预热,预热温度80℃~100℃；07MnMoVR钢板必须进行预热,预热温度为70℃以上。需预热的钢板进行定位焊前预热温度应适当提高30℃。预热范围为焊缝两侧不小于3倍的板厚且不小于10cm。

（3）组对及定位焊。组对前检查焊面及坡口,保证两侧各10mm~20mm范围内清洁干燥,无铁锈、熔渣、水迹、油垢等；钢管的纵缝对口错边量不大于10%的板厚且不大于2mm,环向对接缝及加筋环、阻水环等的角焊缝对口错边量不大于15%的板厚且小于等于3mm；定位焊接工艺与正式焊缝相同,定位焊缝的厚度不得超过0.5倍的板厚,宜为4mm~6mm,长度30mm~60mm,间距小于40mm；定位焊接的引弧和熄弧在坡口内进行,熔入正式焊缝的定位焊缝不得存在裂纹、气孔和夹渣等缺陷,否则清除重新焊接。

（4）焊接。焊接质量受温度和湿度的影响大,在不利天气和外界环境下不应进行焊接工作,除非遇特殊情况采用保温措施并经监理同意。定位焊接按照受周围约束大部位先焊,约束较小的部位后焊的顺序进行。所有纵缝应采用俯焊,环缝应尽可能采用俯焊,在加工厂内焊接的环缝不得采用仰焊。无论是在厂内焊接还是在安装现场焊接,都应达到100%有效性的全穿透性对接焊缝。双面焊缝单侧焊接后用碳弧气刨清根,清根后应打磨清除夹碳、焊渣、刨槽凸凹不平等缺陷。

3.2.5安装内支撑

钢管调圆合格后在距两端管口各400mm处安装Φ108×4钢管做成“米”字形内支撑。在内支撑安装位置的管壁上焊上定位块,内支撑直接与定位块焊接。

3.2.6加劲环安装

加劲环的角焊缝焊接采用埋弧自动焊,对接环缝用手工电弧焊。加劲环瓣片在装配前使用内圈弧度样板检查,最大间隙控制在2mm以内。在管节上画出安装位置控制线,将加劲环逐片与管壁组装并点焊牢固,再人工将对接缝焊牢。将钢管吊放至自制辊轮支架上,调整焊机机头与钢管相对位置,使焊枪与焊接件呈45°进行角焊接。

3.2.7防腐工程

根据现场实际情况,采用喷涂机喷涂和人工刷（滚）涂刷两种方案相结合,涂装前对钢管表面进行喷砂除锈。喷砂前,应采取措施将非喷砂工作面遮蔽保护,保证喷砂除锈过程不对现场造成污染。喷砂除锈后,用干燥无油的压缩空气吹扫表面浮尘和碎屑。喷砂除锈无法达到的位置采用手工或动力工具除锈。涂装过程中应对每道工序的操作质量进行检查,并作好记录。涂漆层数和漆膜厚度按设计要求进行喷涂,漆膜干透后按规范要求进行厚度检测和附着力检测。

3.3管节运输

运输过程中,应采取措施确保钢管安全转移。起吊时,采用专用环形吊装带具起吊装车,管口加设软垫对管口进行保护。为防止运输时钢管滚翻,托车上应安装托架,并在钢管与托架接触部位垫放枕木,用倒链稳固。3.4管节安装3.4.1安装顺序根据竖井、下平洞及预埋管段土建施工进度计划,先安装竖井段,再下平洞段,最后预埋管段。根据工程各部位钢管安装的可调节性确定安装顺序。（1）竖井段及下平洞段以下弯段与下平洞相接的第一节直管作为定位节钢管,自下弯段向上弯段安装,下平洞从定位节钢管向洞口安装。

（2）岔管段以厂房下游穿墙支管为始点,由岔管向蝶阀支管方向安装,岔管作为定位钢管安装,岔管和支管连接的最后一节钢管为凑合节。

（3）回填管段主管自低向高顺序安装（竖井进口镇墩往上游安装）,每个镇墩弯管（或直管）作为定位管。定位管两端管口中心高程和里程应满足始装节公差要求。定位管安装加固完成后,及时施工镇墩混凝土,当镇墩混凝土达到设计龄期后,再顺序安装镇墩上游钢管,相邻两镇墩间与伸缩节相接的最后一节钢管为该段凑合节,末端最后一节钢管为凑合节并配合伸缩节安装。

3.4.2安装要点

（1）定位节的安装一致的安装基准是保证管节平顺对接的前提和关键。定位节在安装前应预先设置安装基准点和基准线,经复核合格后,才能作为安装基准。安装时,应按规范要求严格控制位置偏差和垂直度,并安装牢固,以降低后续钢管安装难度。在后续管节压缝时,要注意对定位管的保护,避免定位管位置产生偏移。定位节的安装基准和下管口的测量成果应及时上报监理单位[2-3]。

（2）凑合节安装凑合节管节长度根据已完管道实际形成的缺口间距确定,保证管道严密合拢。选择整节钢管制作吊装,环缝间隙按3mm控制。

（3）安装偏差的调整为消除或减少累计误差,每节钢管的安装质量应严格按照规范要求偏差进行控制,对管口进行测量。利用两节钢管之间环隙调整对已安装管节形成的位置偏差进行纠偏。如果环缝间隙超过规范要求,则采取堆焊方法进行处理。

4结语

新龙口电站压力管道工程是奎屯河引水工程项目的重要组成部分,其工程质量如何直接影响电站的安全运行。压力管道设计管径大、里程长,针对施工安装精度要求高,作业量大、工期短,安装作业空间有限等难题,提出场内加工、洞内外运输、分批分段安装等施工方案,扼要介绍工程所采用的施工方法和工艺流程,以积累施工经验,为指导现场施工及类似工程施工的提供参考。

参考文献

[1]冯海波.压力管道安装焊接质量控制探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41（21）:12-13.

[2]汪小明.浅谈婺源清华水电站引水隧洞加固及压力管道工程施工[J].陕西水利,2020（4）:174-176.

[3]王振宇.毛坡河水电站压力钢管安装过程中焊缝质量缺陷的处理[J].水电站设计,2015,31（3）:44-46.

作者:黄为群 单位:新疆生产建设兵团建设工程（集团）有限责任公司