李英會，劉國杰

（1.中國水電建設集團十五工程局有限公司，西安 710077；2.廣西昌順建設工程有限公司，廣西 崇左 532200）

1 概述

1.1 工程概況

天湖水電站位于廣西全州縣才灣鎮(zhèn)境內(nèi)，電站設計水頭1074 m，一期工程于1993 年投入運行，當時為“亞洲第一高水頭”電站，二期工程裝機30 MW。

二期壓力鋼管制安3603 t，管徑Φ1400 mm，材質(zhì)Q390C，壁厚34～58 mm。二期壓力鋼管在一期旁邊布置，全長2297 m，其中洞內(nèi)730 m，洞外1567 m，洞外管道安裝坡比7°～41°，壓力管道縱斷面見圖1。工程地處山區(qū)，屬于亞熱帶潮濕氣候區(qū)，氣候溫和，濕度大，多年平均氣溫17.9℃，最高40.4℃，最低-7.2℃，多年平均降雨量2261 mm。

圖1壓力管道縱剖面圖

1.2 施工特點及技術(shù)難點

（1）壓力鋼管直徑1400 mm，采用Q390C 低合金鋼板，壁厚最大達58 mm，安裝存在厚壁、小直徑，高強度的特點，鋼管焊接是一個技術(shù)難點。

（2）壓力管道安裝地理位置特殊，洞外山坡明管段山勢陡峭，基本無法修筑施工道路；洞內(nèi)明管段存在操作空間狹小，鋼管運輸不便，鋼管現(xiàn)場運輸及安裝是施工的一大難點。

（3）施工現(xiàn)場多雨潮濕，保證鋼管焊接質(zhì)量是施工的重點。

2 壓力鋼管安裝關(guān)鍵技術(shù)

本工程鋼管直徑Φ1400 mm，采用Q390C 低合金鋼，鋼管壁厚分別為34、42、48、54、58 mm，標準管長6 m，重7～12 t。

2.1 壓力鋼管運輸

2.1.1 坡道運輸

由于坡道較陡，修筑施工道路較為困難，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，坡道鋼管設置4個安裝點，用汽車將鋼管運到安裝點后，沿坡道鋪設軌道，用卷揚機牽引專用自制小車，自上而下將鋼管運至工作面。

坡道鋼管運輸最大坡比41°，坡長200 m，中間有4個變坡點。為了適應斜坡段變坡點鋼管運輸?shù)男枰?，本工程發(fā)明了軟連接斜坡運輸小車，成功解決了以往斜坡段變坡點運輸鋼管需要將鋼管吊起的問題，加快了進度，節(jié)約了成本。

（1）在坡道上安裝間距為1.0 m 的0.2 m×0.2 m×1.8 m的方木，方木上固定兩道12 kg/m的輕型軌道，在坡道上端安裝5 t卷揚機牽引。

（2）軟連接斜坡小車由兩個1.0 m×1.2 m小車，用兩根鋼絲繩連接而成，小車采用10號槽鋼和鋼板焊接，安裝8 個Φ10 的鋼輪，Φ16 鋼絲繩連接，在軌道上行走。

（3）在坡道上端采用汽車吊將鋼管吊運固定在小車上，卷揚機牽引，小車依靠重力自行下滑。經(jīng)過坡道變坡點時，由于小車中間為軟連接，且單個小車前后輪距較小，可順利通過。為防止通過變坡點時牽引鋼絲繩挑起或擦地，在凸起或凹下變坡點處設置正向或反向定滑輪。鋼管運輸小車實物見圖2。

圖2 鋼管運輸實物圖

（4）鋼管運至工作面后，利用三腳架將鋼管卸下，采用人工倒鏈千斤頂安裝。

2.1.2 洞內(nèi)運輸

天湖水電站洞內(nèi)鋼管安裝730 m，為單洞口施工，鋼管只能從內(nèi)向外安裝。由于洞內(nèi)空間有限，鋼管洞內(nèi)運輸成為制約施工的一個難點，經(jīng)過方案比選，最終確定了洞口雙卷揚機正反牽引軌道運輸方案，成功解決了單洞口長隧洞鋼管運輸問題。

（1）洞內(nèi)鋪設輕型軌道，自制運管小車運輸，卷揚在洞口牽引。

（2）洞口設置兩臺卷揚機，一臺用于小車進洞牽引，另一臺用于小車出洞牽引。

（3）進洞采用3 t 卷揚機，牽引鋼絲繩Φ10，繩長（730×2）+10 m，卷揚機卷筒收納730+5 m，需要在洞內(nèi)端頭設置一個導向定滑輪；出洞采用1 t 卷揚機，牽引鋼絲繩Φ8，繩長730 m。

（4）鋼管進洞時，進洞卷揚機收繩，出洞卷揚機放繩；卸車后鋼管出洞時，進洞卷揚機放繩，出洞卷揚機收繩。

2.2 鋼管組對

坡道壓力鋼管安裝一般自下向上進行。鋼管運至工作面后，采用三腳架倒鏈吊裝，用千斤頂將鋼管頂起至設計高程，手拉葫蘆調(diào)整兩管口間隙，鋼管對接內(nèi)壁采用千斤頂，外壁采用壓馬配合進行壓縫處理，管口對接錯位不大于3 mm，管口圓度不大于4 mm，對接完成經(jīng)驗收合格后，利用槽鋼加固，退出小車，移交焊接。

2.3 焊接

由于鋼管采用Q390C低合金鋼厚壁鋼板，經(jīng)焊接工藝評定，采用焊縫預熱緩冷技術(shù)，成功地解決了厚板焊接裂縫問題。

2.3.1 焊接程序

焊前預熱→定位焊→手工焊打底→手工電弧焊填充內(nèi)焊縫→碳弧氣刨清根→手工電弧焊填充外焊縫→焊后熱處理。

2.3.2 焊接工藝要求

（1）焊接材料。手工焊選用大西洋焊條廠生產(chǎn)的J507焊條。

（2）焊接坡口型式。焊縫采用非對稱X型坡口（見圖3）。

圖3 坡口形式及焊接順序

（3）焊接參數(shù)。參數(shù)規(guī)范見表1。

焊接層次1/1 1/2 1/3 1/4 1/5焊接方法SMAW SMAW SMAW SMAW SMAW焊條（絲）牌號J507 J507 J507 J507 J507直徑3.2 4.0 4.0 5.0 5.0焊接電流極性反極反極反極反極反極電流/A 100～130 160～220 160～220 190～280 190～280電弧電壓/V 20～22 20～22 20～22 20～22 20～22焊接速度/（cm/min）14～16 14～16 14～16 14～16 14～16

2.3.3 主要焊接工藝措施

（1）焊前預熱。焊前預熱是防止普通低合金鋼厚壁管道焊縫產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷的重要措施，針對Q390C 鋼有脆硬傾向以及工程區(qū)多雨、多霧、空氣濕度大等特點，預熱采用履帶式陶瓷電加熱器，預熱寬度350 mm，預熱溫度100℃～120℃，預熱時將預熱范圍內(nèi)的鋼管內(nèi)外均勻加熱，防止局部過熱。

（2）定位焊。定位焊采用手工電弧焊點焊，環(huán)縫對稱點不少于3 點，點焊在坡口內(nèi)，長度不小于100 mm。定位焊在反面（外側(cè)）坡口內(nèi)點焊，正面（內(nèi)側(cè)）焊縫焊接完后應將定位焊焊點打磨掉。

（3）手工焊打底。打底采用手工電弧焊，打底焊接時，焊縫兩邊120 mm 范圍內(nèi)應預熱至120℃，鋼管內(nèi)不得有穿堂風、積水，鋼管坡口內(nèi)不得有灰塵等雜質(zhì)。打底厚度不小于3 mm。

（4）手工電弧焊填充內(nèi)焊縫。焊接采用先內(nèi)后外法。先進行內(nèi)縫焊接，在鋼管外進行碳弧氣刨清根后，再進行外縫焊接。安裝現(xiàn)場環(huán)縫焊接，由2名焊工用手工電弧焊從鋼管內(nèi)壁底部開始，由下而上沿相反方向沿環(huán)口向上施焊，根據(jù)管壁厚度，焊6～18層成型，每層厚度3～6 mm，上一層焊接完畢，利用角磨機將焊縫打磨清理干凈再進行下一層焊接；層間溫度應保持在230℃，過低則容易產(chǎn)生裂縫，層間接頭應錯開100 mm。焊條擺動幅度，最寬不超過焊條直徑的5倍，接頭應錯開25 mm。施焊時，應特別注意接頭和收弧質(zhì)量，收弧時應注意將熔池填滿。

（5）碳弧氣刨清根，手工電弧焊填充外焊縫。鋼管內(nèi)側(cè)焊縫填充完成后，先進行外側(cè)焊縫預熱，然后在鋼管外側(cè)采用碳弧氣刨對焊縫進行清根，并用角磨機磨除滲碳層和刨槽表面缺陷，然后再進行外側(cè)施焊。外側(cè)焊縫施工方法同內(nèi)側(cè)焊縫。

（6）焊后熱處理。為了改善焊縫區(qū)的金屬性能，消除焊接殘余應力，避免焊縫在冷卻過程中產(chǎn)生裂紋，應對焊縫進行焊后消應力處理。焊后熱處理的方法，采用履帶式陶瓷電加熱器進行，將環(huán)縫在金屬相變點以下均勻加熱，溫度升至350℃時保溫2 h，然后自然冷卻至環(huán)境溫度拆除加熱器。

2.3.4 焊接檢查

焊接完成的壓力鋼管，焊縫邊緣過渡到母材應圓滑、勻直、接頭良好，焊縫無咬邊、錯口，焊縫經(jīng)100%超聲波探傷和5%“X”射線探傷，無裂紋、氣孔、夾渣現(xiàn)象。

2.4 雨季施工措施

天湖水電站地處南方多雨地區(qū)，氣候潮濕，為防止山洪、泥石流等自然災害，應密切關(guān)注天氣預報；雨天應停工，如需趕工，必須搭設防雨棚。

3 結(jié)語

隨著水電資源的開發(fā)利用，中國西部高山峽谷地區(qū)有一大批尚待開發(fā)高水頭沖擊式小型水電站，天湖水電站二期工程壓力鋼管安裝的工程實踐，對于高水頭、厚壁陡坡段及洞內(nèi)壓力鋼管安裝取得了寶貴的經(jīng)驗，可為類似工程施工提供借鑒。