公伯峡水电站压力钢管 制作安装施工方法及质量控制 刘 军 （中国水利水电第四工程局有限公司水工机械总厂，甘肃永靖７３１６００） 摘要：公伯峡水电站压力钢管制作、安装及焊接根据其设计特点的施工的具体情况，采用了一些新施工技术 和新工艺，如空间弯管的摞节工艺、伸缩管段软木垫层施工工艺、ＷＤＢ６２０高强钢焊接工艺，这些新技术研究 和运用，有力地保证了施工质量和施工进度，在实践中取得了很好的效果。 关键词：水电站；压力钢管；制作安装；施工方法；质量控制 ． 中图分类号：Ｔｖ５４７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）２０－００６３－０３ １ 工程概述 伸缩节，钢管材质采用ＷＤＢ６２０￣调质高强钢，该技 黄河公伯峡水电站引水发电系统共有５条引水 术方案从施工角度来讲，是一个新的技术，没有先 压力钢管，设计为直接敷设在地基上的管道，外包 前已实践成熟的施工经验可借鉴。 混凝土，直径为８．Ｏｍ，壁厚为１６～３６ｍｍ，材质为 Ｑ３４５Ｄ、ＷＤＢ６２０两种，每条钢管均由上平段、上弯 ３施工技术措施 ３．１压力钢管制作 段、斜直段、下弯段、下平段组成，其中上斜直段 （１）制作工艺流程。板材复检一划线下料一 和与蜗壳相连接的下平段部分用可传力的外包软垫 卷制一组圆一纵缝焊接一调圆、纵缝矫正一装焊 层的伸缩管代替伸缩节，钢管材质采用ＷＤＢ６２０￣调 质高强钢。钢管斜直段的坡度为１：２．３，１＃－４＃钢管 附件一单节验收一摞节一环缝焊接一摞节验收一 出厂。 的弯管为空间弯管，５＃钢管为平面弯管。 （２）划线下料工艺。板材划线、下料之前， ２施工特点 首先严格按照施工图纸绘制出车间加工图、排料图 根据公伯峡水电站压力管道设计体型、钢管布 及下料尺寸，作为车间划线、下料依据，每节钢管 置型式和施工的具体情况，压力钢管的施工具有以 按三张等长瓦片进行排料。空间弯管段制作时按照 下特点： 平面弯管展开制作，在安装时将管节沿其中心轴线 （１）压力钢管斜直段管线较长，坡度较缓。 旋转来实现空间角度。钢管划线、下料及制备坡口 １＃一５＃机斜直段压力钢管呈辐射状布置，长度各不 均由ＬＱＫ８—２００数控切割机完成，该设备施工精度很 相同，其中１＃机斜直段最长，为２２６ｍ，因此如何解 高，而且节省劳动力。 决大范围内的钢管吊装问题是施工的一个难点。 （３）卷制工艺。瓦片卷制采用Ｗｌ１—４０Ｘ ３０００ （２）１＃一４＃机压力钢管弯管设计为空间弯管， 三辊式全液压卷板机卷制，在４０ｍｍ卷制机上用胎 空间角各不相同，如何保证空间弯管的安装精度是 模将钢板两端进行预弯，预弯后进行卷制。卷制 施工的关键。 时，不得锤击钢板，防止在钢板上出现伤痕。卷 （３）压力钢管上斜直段和与蜗壳相连接的下 制好后，将瓦片以自由状态立于平台上，用弦长 平段部分设计用可传力的外包软垫层的伸缩管代替 １．５ｍ的弧度样板检查弧度。瓦片与样板间隙控制在 ２０１ ２ ０７ ｏ中闯高新技＝｝ 咄６３ ２．５ｍｍ内。 位，斜直段管线较长，我们根据现场地形，经过仔 细研究核算，最后决定的方案为：在斜坡段上铺 设轨道，并自制下滑台车，钢管先用自制的下滑 台车，由ｌｏｔ卷扬机牵引运输就位。该方案经过实 （４）组圆工艺。瓦片组圆在专用组圆平台上 进行，其支承面的平面度均控制在１ｍｍ内。用码 子、楔铁对圆。先将两端管口的对接间隙和对口错 边调整好，用拉板固定，然后再调整中间位置和对 口错边。严格控制管口平面度偏差、实测周长与设 计周长的偏差等要素符合ＤＬ５０１７—９３规范要求的规 定。控制钢管周长时要考虑纵缝的焊接收缩量为 施，顺利完成了斜坡段钢管的安装任务，节省了 投资。 （４）始装节和凑合节位置设置。为减小安装 难度，整条钢管设置两个始装节，即上平、上弯段 ６￣７ｍｍ。组圆后，纵缝处用弦长１．５ｍ的样板检查， 样板与纵缝的间隙＜２．５衄。 （５）调圆工艺。钢管调圆用自制米字支撑完 成，一般情况下每节钢管管节中间部位装一榀米字 支撑，在高强钢管节上每节设２～３道米字支撑。米 字支撑安装好后进行调圆。为提高钢管制作精度， 调圆采用测量钢管半径的方法控制圆度。钢管圆度 要求：同端管口实测最大和最小直径之差，不应大 于４ｍｍ，每端管口至少应各Ｎ２对直径。 （６）摞节工艺。摞节压缝单节钢管验收合格 后，进行钢管的摞节，摞节压缝采用独抱两点压缝 法，将错台控制在板厚的１５％以内，且不大于３ｍｍ。 空间弯管的摞节是施工的一个难点，单节弯管按照 平面弯管进行制作，摞节后，将提前计算好的为实 现空间角而要所旋转后的管口控制点标示在管口， 作为安装控制所用。控制此标示点的位置是质量控 制的关键。 （７）出厂验收。压力钢管制作采用流水作业 的方式进行，在制造过程中组织阶段性验收，验收 合格的管段即可出厂，运至安装现场，进行安装工 作。 ３．２压力钢管安装 （１）安装工艺流程。钢管加固埋件埋设一测 量放点一钢管运输吊装就位一调整、压缝一复测、 焊前验收一环缝焊接一钢管加固一验收。 （２）钢管运输。钢管的运输采用４０ｔ平板拖 车，管节平放于拖车上，用手拉葫芦“竖式”绑 扎、固定。为防止运输过程中钢管变形，运输管节 必须与运输车绑扎牢靠。 （３）钢管吊装设备布置。压力钢管上平、上 弯段及下平、下弯段的吊装利用吊装设备直接就 ６４ ｏ中闯高新技术企 ２０｛２ ０７ 始装节设置在上弯段最下游一节钢管，下平段始装 节设置在与蜗壳相接的第一节钢管。贯通时的最后 一节钢管作为凑合节，取消了原设计中间位置的凑 合节，节省了投资。 （５）管节安装工艺措施。钢管安装前，先由 测量队在施工现场按设计图纸放出管口上顶、下 底、左平、右平四点的水平投影点，作为调整依 据。钢管吊装之前，先将要对接的两管口椭圆度进 行检查，根据检查值用米字支撑将管口椭圆度进行 调整，使吊装以后两管口的错台量消除到最小，并 且在现场量出所要对接的两管口的周长，根据周长 差，计算出错台量，作为调整压缝的依据。然后将 钢管吊装就位，做临时支撑加固。钢管吊装就位 后，先按照提前放好的测量点对管口进行调整，并 利用吊线坠配合钢卷尺测量的方法检查管口偏差， 直至调整到管口偏差符合ＤＬ５０１７－９３规范要求的偏 差范围，然后对钢管加固，再进行压缝。压缝利用 外力法两点压缝。 （６）空间弯管的安装。１＃一４＃机弯管设计为空 间弯管，空间角各不相同，安装是以整体平面弯管 绕弯管起点所在的钢管水平中心线旋转的理论，来 实现空间弯管的空间角。首先根据这一理论，利用 各种参数计算出每节钢管旋转后的桩号、高程及旋 转弧长，在钢管出厂前标示出旋转后的实际安装控 制点，安装时直接利用这些控制点进行调整。这种 方法通过实践也取得了成功。 （７）伸缩管段安装。伸缩管段的设计形式较 为特殊，每条钢管上斜直段和与蜗壳相连接的下 平段部分用可传力的外包软垫层的伸缩管代替伸缩 节，并且在伸缩管段内设置伸缩焊缝，外加套环。 钢管材质采用ＷＤＢ６２０￣调质高强钢，这是一项新的 技术方案。钢管的安装方法与其他管节相同，外包 软木垫层采用聚胺脂软木，厚度为ｌＯｍｍ，包装时白 钢管底部开始往上进行，按照设计要求，用环氧煤 沥青漆粘接，在伸缩焊缝１ｍ范围包装石棉布，为保 护软木垫层，在其外表面又包装一层铁皮，并用铅 丝捆绑固定。 （８）凑合节安装。压力钢管凑合节安装采用 整体管节管段凑合的方法，即将原设计凑合节制作 成整节钢管，并将一个管段作为凑合节进行整体凑 合的方法。将管口累计偏差均匀分配到各个管节 上，大大减小了凑合焊缝的集中应力，取得了良好 的效果。 ３．３压力钢管焊接 （１）钢管纵缝采用实芯焊丝脉冲电源全自动 富氩气体保护焊或手工电弧焊，环缝采用手工电弧 焊。钢管材质为Ｑ３４５Ｄ和ＷＤＢ６２０两种高强钢。 （２）焊接过程的主要控制要点： 第一，手工电弧焊焊工必须具有相当的电弧焊 理论知识和手工焊基础，经专业培训考核取得锅炉 压力容器焊工考试合格证书或者通过水利水电部门 颁发适用于水利水电工程压力钢管制造、安装的焊 工考试规则规定的考试，并持有效合格证书，根据 平时的焊绩状况决定本人的工作范围。 第二，保持正确的焊条角度。焊条轴线相对于 焊缝中线的角度和位置会影响焊缝的形状和熔深， 焊条轴线与焊缝中心线的夹角一般应在７５。～８５。 之间。 第三，焊道的清理工作直接影响焊缝的焊接质 量。焊前需对坡口及两侧１ＯＯｍｍ范围内清理干净， 其露出金属光泽，能够将焊接质量有不良影响的铁 锈等杂物除去，还有利于氢的扩散。层间清理和背 面清根清理也是如此，背缝清理尤其要磨除渗碳 层，并认真检查，确定无缺陷后再进行焊接。焊 接完毕，用钢丝轮将焊缝两侧１５０ｍｍ范围内清理干 净，便于检查外观缺陷，同时为以后的无损检测做 好准备。 第四，严格控制焊接过程，按照所确定的焊接 工艺参数施焊，并且根据不同焊工、不同焊接位置 适当调整参数，最终确定最优工艺参数。 第五，严格控制焊接线能量，为了不使焊缝热 影响区的晶粒尺寸因受热而增大，使钢材韧性降 低，根据试验结果和生产实践的经验，焊接时的线 能量必须控制在４０ｋＪ／ｃｍ以下，为防止焊接冷裂纹 出现，线能量下限值必须控制在２０．３ｋＪ／ｃｍ。在合 适的线能量基础上，还要必须保证焊接电流、焊接 电压、焊接速度的数值相差不能过大，要合理匹 配，以确保良好的焊缝成型。 第六，保证低氢的焊接环境，氢是产生冷裂纹 的致命元素，要减少焊缝及热影响区的氢含量， 除使氢顺利逸出外，最根本的是减少氢的来源， ＷＤＢ６２０高强钢施焊时，氢的主要来源是焊条中的水 分和坡口表面的水分油物等杂质，ＣＨＥ６２ＣＦＬＨ超低 氢焊条在焊接前必须严格烘干，焊接时放在保温筒 内，随用随取。 ４结语 公伯峡水电站地处环境特殊，引水压力钢管工 程制作安装难度大。根据其设计特点的施工的具体 情况，也采用了很多新施工技术和新工艺，如：空 间弯管的摞节工艺、伸缩管段软木垫层施工工艺、 ＷＤＢ６２０高强钢焊接工艺。这些新技术研究和运用在 实践中取得了很好的效果，为水电施工积累了施工 经验。ｏ 作者简介：刘军（１９７３－），男，中国水利水电第四工程局有 限公司水工机械总厂加工中心项目经理，工程师，研究方向： 水利水电工程施工、水工钢结构制造、焊接。 （责任编辑：秦逊玉） ２０１ ２ ０７ ｏ中闽高新技术企业６５
