倒虹吸压力钢管制作 与安装工艺探讨

王建命

贵德县拉西瓦灌溉工程位于青海省贵德县境内黄河上游拉西瓦电站大坝和李家峡电站水库库尾之间的黄河南岸，为黄土高原与青藏高原的过渡地带，海拔2190m～2560m之间。2#倒虹吸管压力钢管段长585.14m，进出口段地形较陡,自然坡度30°～40°，沟底两岸谷坡地形平缓，最大水头69m。倒工吸管径2400mm，管身采用壁厚18mmQ345C钢板，设有加劲环和支撑环，其中加劲环间距为2m，支撑环间距为8m，采用镜面不锈钢与聚氯乙烯四氟板滑动型式。

一、前言

2#倒虹吸基于压力钢管整体卷制工艺，为了确保质量，我们确定采用定制钢板、自动刨边机制作坡口，双面埋弧焊焊接纵缝及大节组对环缝，人工焊接安装环缝的施工工艺。在施工过程中大大提高了压力钢管现场生产的机械化操作程度，降低了工人劳动强度，降低了安全生产风险，提高了压力管理制作安装的效率。

二、主要原材料控制

2#倒虹吸所使用原材料均由我方统一采购，管身段所使用Q345C钢板项目部选用酒钢厂生产的定尺钢板，采用B公差标准，焊条、焊丝、焊剂均采用大桥牌产品，从源头上保证了质量。材料进场后，对钢板化学物理性能进行检测，检测结果满足要求，同时对焊条、焊丝、焊剂进行了焊接试验，通过检测，检测结果满足要求。

三、压力钢管制作

1.样本制作

为了方便检查，保证钢管及各种管道辅件的制作安装精度，采用δ=0.5mm的镀锌铁皮制作样板。根据设计要求，钢管内径弧度检查、支撑环、加劲环等都必须制作样板，样板弧长必须符合规范要求。样板制作完毕后，经过校核，在样板上进行标记，以防止在使用过程中混用。

2.钢管下料、切割及坡口加工

2#倒虹吸管径为2400mm，我部采用定尺钢板，以减少管身段纵缝焊接。钢板进场检验合格后，在使用前将钢板表面油污、溶渣及氧化铁清除干净，根据设计图纸要求，对钢板尺寸进行校核下料，划线后应用钢印、油漆和冲眼标记钢板水平、垂直中心线、坡口角度及切割线等符号。钢板下料采用半自动火焰切割机切割，焊接坡口采用自动刨边机制作。

3.管节卷制

（1）钢板端头预顶弯

由于2#倒虹吸管径较大，钢板为Q345C高强钢板，屈服强度较高，钢板端头若不进行预顶弯，卷制成型后压头较为困难，会出现端头弧度不够，较为平直的现象。钢板端头顶弯采用加衬垫方式在卷管机上进行，衬垫为事先按设计弧度卷成的钢制专用胎模，顶弯后钢板端头弧度用样板检查达到设计要求为止。

（2）管身段卷制及组圆

钢管卷制利用现场安装好的龙门吊配合卷管机卷制。首先，利用龙门吊将钢板缓慢送入卷管机，调整好龙门吊小车与卷管机的位置，在卷制过程中，龙门吊大车与卷筒保持同一速度，对钢板前半段卷制，随时调整卷管机上下的间距并用样板对弧度进行监控。当钢板卷至一定长度时，用龙门吊将卷制好的部分吊住，使钢板自重不致将卷制中的钢板压变形并防止过度输料导致钢板从卷管机中脱出造成倾翻事故。钢管卷制成型后，以自由状态立于检查平台上，用夹具将纵缝接口对平，进行弧度和管口平面度检查，为防止弧面扭曲，还应用对角线的方法进行校核。管身弧度和管口平面度校正后，进行点焊牢固。同时，用于管道内径等长的临时支撑在管口两边加以固定，使其在吊装过程中不发生变形。

（3）管节纵缝焊接

管节组圆后由龙门吊吊至纵缝焊接平台上进行纵缝焊接。纵缝焊接采用手工焊内侧封底，在焊缝的两端分别焊接引弧板和熄弧板，严禁在母材上引弧和熄弧。内侧封底完成后，采用自动埋弧焊接管节内缝，内缝焊接完成后，外侧采用碳弧气刨配合角磨机清根后对外缝施焊。

（4）大节组对环缝焊接

管节大节组对在组对台车上进行，利用千斤、压码组对合格后，先采用手工焊在内侧焊缝进行封底加固，内外缝施焊顺序同管节纵缝焊接顺序。内外侧环缝焊接时要调整焊接台车转速与自动埋弧焊机送丝速度匹配，以保证焊接质量，避免出现焊不满或者焊缝过高现象发生。环缝外侧焊缝采用碳弧气刨清根时刨枪与焊缝成一定夹角，以保证清根质量。

图1 管节卷制

图2 大节组对环缝内侧焊接

四、压力钢管安装

1.首装节安装

倒虹吸钢管安装应从最低点水平段开始安装，待水平段镇墩砼浇筑完成后进行爬坡段自下游段至上游段管身安装。首装节为倒虹吸最低点水平段第一节水平直管，通过全站仪测定钢管安装的中心、里程及高程，采用吊车吊装就位，利用千斤顶、倒链进行位置调整至设计要求后，进行钢管的外支撑加固。

2.管身段安装

首装节安装完毕，将其上游侧管节吊装至临时支撑上，用千斤顶、倒链配合调整管节的各项安装尺寸，符合要求后，即可进行环缝对接。环缝的对接利用千斤、顶杠、压码进行对口，对口达到规范要求后对钢管环缝进行点焊固定，点焊长度为80-100mm，间距控制在100-400mm之间。环缝点焊完毕后对安装中心线、高程进行复核，复核无误后进行钢管加固。管身段安装至镇墩处，应与镇墩锚栓连接加固，确保钢管在砼浇筑时不产生变形和位移。

3.伸缩节安装

经与项目法人协商考察后确定，2#倒虹吸伸缩器采用1.6Mpa单向轴向型波纹伸缩器。该伸缩器与管道采用焊接连接，伸缩器连接端、外护筒、导流筒材质与管道母材相一致均采用Q345C型，伸缩体采用304不锈钢制作波纹管，波内设铠装环，以防止压缩过度造成波纹损坏。

伸缩器在安装时应考虑安装环境温度，由于管道安装历时较长，各管节安装温度不尽相同，需要考虑伸缩器进行预压缩或预拉伸。经与伸缩器制造商共同计算，伸缩器在出厂时设为“0”位，按当地气候条件，在七、八月份安装时，对伸缩器预压缩2.5cm，随着安装环境温度逐渐下降，不断调小预压缩量，当安装环境温度下降至5-10℃左右时，伸缩器按“0”位安装，环境温度在0-零下5℃时，伸缩器预拉伸1cm，环境温度低于零下5℃时停止安装。在青海地区，最高温和最低温温差达60℃左右，这样可以有效消除伸缩器在安装过程中的温度差造成的伸缩量差，防止伸缩器在高温或者低温情况下出现伸缩量不够造成挤损或拉脱情况。在安装过程中伸缩器限位螺栓不得松动，需待下游段镇墩砼浇筑完成后即该松开限位螺栓。2#倒虹吸伸缩器通过4年寒暑期运行，伸缩量均在设计范围内。

五、结语

整体管节卷制技术的应用最大限度地实现大直径压力管道的自动化焊接，提高了焊接效率，压缩了单节管节制造的直线工期。使大批量钢管制造自动化操作程度得到大大提高，节约了设备资源，提高了安全系数，降低了工人劳动强度，真正实现了压力钢管制造从钢板组对、卷制、焊接等流水线工序的自动化程度，提高了工效，有效降低了施工成本。