呂慶龍，楊良剛

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程電站引水隧洞后段至機(jī)組蝶閥之間采用壓力鋼管(其中包括4個(gè)岔管，2個(gè)彎管)，其中岔管材料為WDB620高強(qiáng)度鋼，其余鋼管材料采用Q345C。壓力鋼管總重約2 500 t。

隧洞內(nèi)主管內(nèi)徑φ9.5 m，長(zhǎng)度約153 m，主管壁厚36 mm；4臺(tái)機(jī)組的支管內(nèi)徑均為φ4.1 m，壁厚為25 mm；岔管一共4個(gè)，采用月牙肋岔管型式，壁厚最大50 mm，最小36 mm；1號(hào)壓力鋼管的前部另設(shè)發(fā)電管兼生態(tài)基流管，生態(tài)基流管內(nèi)徑φ1.8 m，壁厚18 mm。涔天河水電站壓力鋼管平面布置示意圖見(jiàn)圖1。

根據(jù)投標(biāo)時(shí)的方案，擬在廠房施工區(qū)域內(nèi)的廢棄主河道上建設(shè)壓力鋼管制造廠，在鋼管制造廠內(nèi)完成鋼板劃線、下料、坡口加工、瓦片卷制、鋼管組圓、焊接縱縫、防腐施工，完成單節(jié)壓力鋼管制作，然后使用載重汽車(chē)把單節(jié)鋼管運(yùn)輸?shù)剿淼揽?，在隧道口布置現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備，將單節(jié)鋼管吊裝在鋼管運(yùn)輸小車(chē)上，運(yùn)至安裝位置進(jìn)行鋼管安裝工序的現(xiàn)場(chǎng)組拼、焊接施工。但是進(jìn)入工程實(shí)施階段時(shí)，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況與投標(biāo)階段存在較大的差異，河道狹窄，吊裝位置狹小，具體存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是難以提供足夠的場(chǎng)地建設(shè)鋼管制造廠和組圓平臺(tái)；二是施工區(qū)域內(nèi)的道路寬都不超過(guò)5 m，而且蜿蜒崎嶇，部分道路兩邊都是山體，單節(jié)鋼管制作完成后，根本無(wú)法進(jìn)行鋼管場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸；三是隧洞出口位置地形復(fù)雜，山體坡度較陡，布置大噸位現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備比較困難；四是按照投標(biāo)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)主管制作、安裝周期較長(zhǎng)，影響岔管安裝，從而嚴(yán)重影響到整個(gè)工程的施工進(jìn)度。

為了解決施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的施工條件對(duì)施工的影響，通過(guò)與業(yè)主溝通，一起進(jìn)行了多方面的了解，發(fā)現(xiàn)在云南梨園水電站和四川黃金坪水電站的部分壓力鋼管制作、安裝工程施工中，均首次采用了成都阿郎科技有限責(zé)任公司研發(fā)的大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)(如圖2所示)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了洞內(nèi)壓力鋼管組焊、安裝，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，這種大型鋼管自動(dòng)組焊專機(jī)技術(shù)，可以利用制作好的瓦片進(jìn)行垂直組圓，可以布置在洞內(nèi)或者洞口，幾乎不占用場(chǎng)地，而且在傳統(tǒng)的工藝和現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，采用智能化組焊設(shè)備進(jìn)行鋼管的現(xiàn)場(chǎng)組圓和焊接，能較大程度提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率[1-2]。

針對(duì)涔天河壓力鋼管工程施工存在的難題與大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)的優(yōu)越性，于是引進(jìn)了自動(dòng)組焊機(jī)進(jìn)行涔天河水電站洞內(nèi)主管的制作與安裝。壓力鋼管的鋼板劃線、下料、坡口加工、瓦片卷制、防腐施工在工廠內(nèi)進(jìn)行，將瓦片運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)鋼管組焊場(chǎng)地，使用自動(dòng)組焊機(jī)進(jìn)行單節(jié)、多節(jié)鋼管的現(xiàn)場(chǎng)組焊施工，利用滾焊運(yùn)輸一體臺(tái)車(chē)進(jìn)行鋼管的洞內(nèi)安裝組焊施工。

2 大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)結(jié)構(gòu)

成都阿郎科技大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)主要由以下四個(gè)部分組成：

1)支承部分：地梁2根，立柱4根，橫梁1件(重量10 t)，上部工作臺(tái)2套。

2)機(jī)械部分：主機(jī)回轉(zhuǎn)筒體1套(重量16 t)，支撐桿及液壓裝置聯(lián)接系24套，抓梁12根(套)。

3)電氣部分：低壓配電柜1套，穩(wěn)壓變壓器1臺(tái)，控制柜1套。

4)配套設(shè)備：埋弧自動(dòng)焊機(jī)3臺(tái)，滾焊運(yùn)輸一體臺(tái)車(chē)3臺(tái)，加勁環(huán)對(duì)裝臺(tái)車(chē)1臺(tái)，逆變焊機(jī)3臺(tái)，碳弧氣刨清根機(jī)1臺(tái)，焊劑烘烤箱1臺(tái)，焊劑回收機(jī)1臺(tái)，空壓機(jī)1臺(tái)。

3 利用大型壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)進(jìn)行鋼管組焊施工流程

涔天河水電站壓力鋼管組焊、安裝施工流程見(jiàn)圖3。

4 組焊機(jī)在壓力鋼管主管施工中的步驟

4.1 組焊位置選擇

由于隧洞內(nèi)開(kāi)挖斷面較小，不能滿足自動(dòng)組焊機(jī)布置條件，根據(jù)隧洞出口現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇把鋼管自動(dòng)組焊機(jī)布置在洞口位置，洞口布置大節(jié)自動(dòng)拼焊工位，這樣能實(shí)現(xiàn)流水施工。

4.2 鋼管自動(dòng)組焊機(jī)布置

壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置如圖4所示。

4.3 洞內(nèi)運(yùn)輸軌道鋪設(shè)

根據(jù)壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)的配套運(yùn)輸臺(tái)車(chē)以及滾焊臺(tái)車(chē)的輪距，確定洞內(nèi)運(yùn)輸軌道的軌矩為4 m，根據(jù)隧洞內(nèi)開(kāi)挖斷面的弧度，再結(jié)合滾焊運(yùn)輸一體臺(tái)車(chē)高度及垂直調(diào)整范圍計(jì)算出軌頂高程，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線進(jìn)行運(yùn)輸軌道鋪設(shè)，如圖5所示。

4.4 壓力鋼管自動(dòng)組焊機(jī)安裝

1)吊裝地梁，臨時(shí)穩(wěn)固，橫梁底朝上安裝好4根立柱后翻身，然后吊到地梁位置和地梁進(jìn)行連接。

2)吊入主機(jī)回轉(zhuǎn)筒體，螺栓緊固后，繼續(xù)往上吊上部?jī)蓪庸ぷ髌脚_(tái)并固定。

3)電氣線路及控制柜安裝接線，使之能夠啟動(dòng)回轉(zhuǎn)筒正常工作。

4)運(yùn)轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)筒，在合適的位置停下，吊裝支撐桿和回轉(zhuǎn)筒連接(共24組)，電氣部分接線進(jìn)行支撐桿液壓部分調(diào)試，調(diào)試完畢后上抓梁(12組)。

5)在每根地梁的4個(gè)方向用錨筋固定，防止鋼管組焊機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生移動(dòng)。

4.5 防雨棚搭設(shè)

針對(duì)湖南永州市多雨的氣象情況，為了防止下雨天氣對(duì)施工的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況搭設(shè)防雨棚，中間預(yù)留吊裝孔，如圖6所示。

4.6 單節(jié)鋼管組圓施工

本電站壓力鋼管主管直徑為9.5 m，展開(kāi)后周長(zhǎng)約29.83 m，根據(jù)鋼板的供貨長(zhǎng)度一般可在10 m左右，確定主管單節(jié)鋼管分為3片瓦片制作，寬度為2.5 m(即單節(jié)鋼管長(zhǎng)度定為2.5 m)，單節(jié)鋼管重量約為21 t，單片瓦片重量約為7 t，由于現(xiàn)場(chǎng)位置有限，吊裝時(shí)的回轉(zhuǎn)半徑較大，選擇使用50 t汽車(chē)起重機(jī)吊裝瓦片，將第一片瓦片吊至運(yùn)輸小車(chē)上，將小車(chē)開(kāi)到組焊機(jī)下面，調(diào)整好位置，用卡具將瓦片固定到組焊機(jī)抓梁上，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)組焊機(jī)回轉(zhuǎn)筒體至第二片瓦片位置，然后按次序進(jìn)行第二片和第三片瓦片的吊裝、運(yùn)輸、拼裝(見(jiàn)圖7)[3-4]。

4.7 圓度調(diào)整、縱縫焊接

在進(jìn)行鋼管瓦片拼裝時(shí)，利用液壓支撐桿初調(diào)鋼管的圓度，3個(gè)瓦片全部拼裝完成后，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求精調(diào)，測(cè)量合格后，使用埋弧自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行瓦片間的縱縫焊接(內(nèi)縫在最下面焊接、外縫在鋼管頂部組焊機(jī)工作平臺(tái)的焊接平臺(tái)上焊接)，焊接過(guò)程中按照要求進(jìn)行背縫清根處理。

4.8 加勁環(huán)安裝焊接

加勁環(huán)下料時(shí)，根據(jù)到貨的鋼板寬度，綜合考慮材料的利用率和經(jīng)濟(jì)性，下料長(zhǎng)度較短，為了減少加勁環(huán)組拼環(huán)節(jié)的工作，在加勁環(huán)下料場(chǎng)地組拼成合適的長(zhǎng)度后，運(yùn)輸?shù)綁毫︿摴芙M焊場(chǎng)地，用汽車(chē)起重機(jī)吊裝到加勁環(huán)安裝小車(chē)上，運(yùn)輸至鋼管底部，通過(guò)液壓裝置配合千斤頂進(jìn)行安裝、點(diǎn)焊，全部安裝完成并檢查合格后，進(jìn)行加勁環(huán)焊縫的焊接。對(duì)接縫采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，和鋼管之間的組合焊縫采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接。

4.9 大節(jié)鋼管組焊

第一節(jié)鋼管的所有焊縫焊接完成并檢驗(yàn)合格后，運(yùn)行鋼管組焊機(jī)回轉(zhuǎn)筒體，卸掉組焊機(jī)抓梁上的鋼管卡具，將滾焊、運(yùn)輸一體小車(chē)開(kāi)至鋼管底部，調(diào)整支撐滾輪支撐住鋼管，運(yùn)行組焊機(jī)液壓系統(tǒng)，收回組焊機(jī)液壓支撐桿，緩慢開(kāi)動(dòng)運(yùn)輸臺(tái)車(chē)，使鋼管脫離鋼管自動(dòng)組焊機(jī)，將鋼管運(yùn)輸至洞口位置，再使用組焊機(jī)進(jìn)行第二節(jié)鋼管的組焊，用滾焊、運(yùn)輸一體小車(chē)將第二節(jié)鋼管也運(yùn)輸至洞口和第一節(jié)鋼管進(jìn)行拼接壓縫，壓縫前測(cè)量?jī)晒?jié)鋼管組合處的實(shí)際周長(zhǎng)，根據(jù)周長(zhǎng)差計(jì)算接縫的錯(cuò)臺(tái)值，使之平均分配到鋼管的整個(gè)周長(zhǎng)范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)整滾焊臺(tái)車(chē)的支撐滾輪，保證鋼管對(duì)口間隙均勻，壓縫工作在鋼管內(nèi)部進(jìn)行，通過(guò)運(yùn)行滾焊臺(tái)車(chē)的滾輪，使得壓縫工作始終位于鋼管下部，方便人工操作，使兩小節(jié)組裝成一大節(jié)，然后使用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行鋼管環(huán)縫的焊接。

4.10 運(yùn)輸大節(jié)至洞內(nèi)安裝

大節(jié)焊接完成后，直接利用滾焊、運(yùn)輸一體小車(chē)將大節(jié)運(yùn)輸至洞內(nèi)，先進(jìn)行定位節(jié)的安裝。運(yùn)輸軌道鋪設(shè)時(shí)，軌頂高程是略低于鋼管安裝高程的，軌道中心是按照鋼管安裝中心線安放的，所以將鋼管運(yùn)輸至安裝位置時(shí)，通過(guò)調(diào)整滾焊臺(tái)車(chē)的支撐輪即可進(jìn)行鋼管的精準(zhǔn)定位，測(cè)量合格后，將首節(jié)鋼管加固牢靠后，退出臺(tái)車(chē)，進(jìn)行第二節(jié)大節(jié)鋼管的拼焊，之后運(yùn)輸至洞內(nèi)和已經(jīng)安裝定位的鋼管進(jìn)行拼接壓縫，由于洞內(nèi)鋼管定位后無(wú)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，壓縫時(shí)調(diào)整滾焊臺(tái)車(chē)的支撐輪，保證對(duì)接縫間隙均勻，壓縫工作由人工在鋼管內(nèi)部工作平臺(tái)上完成，將鋼管固定牢靠后，退出臺(tái)車(chē)，進(jìn)行下節(jié)鋼管大節(jié)的組焊、運(yùn)輸、安裝拼接?，F(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)縫采用手工電弧焊進(jìn)行焊接。

5 結(jié)語(yǔ)

利用大型壓力鋼管組焊機(jī)進(jìn)行大直徑鋼管的組圓焊接，從單節(jié)鋼管組焊到運(yùn)輸至洞內(nèi)安裝，全程使用新設(shè)備進(jìn)行，極大的減少了現(xiàn)場(chǎng)施工人員，同時(shí)采用流程化作業(yè)，提高了壓力鋼管的制作、安裝效率。涔天河電站壓力鋼管安裝條件比較惡劣，常年有雨，較為潮濕，利用組焊機(jī)占地較小的特點(diǎn)節(jié)省了大量防雨棚的搭設(shè)并較好的完成了壓力鋼管組焊工作，也證明了組焊機(jī)的適用性，大量采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接在保證鋼管組裝焊縫的焊接質(zhì)量的同時(shí)也減少了焊工的數(shù)量，加快了焊接的速度，提高了施工效率[5]。

使用大型壓力鋼管組焊機(jī)進(jìn)行大直徑壓力鋼管制作安裝，自動(dòng)化程度較高，能夠提升施工中的安全、質(zhì)量管控，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度，縮減了工程施工工期。