水利工程施工中压力管道安装问题及应对研究

2023-03-07刘光聪

大科技 2023年8期

刘光聪

（云南省水利水电工程有限公司，云南昆明 650000）

0 引言

胡家山水库位于镇雄县塘房镇大擢魁办事处水稗田村胡家山小河上，距县城24km。渠首倒虹吸进口位于胡家山水库大坝输水隧洞出口处，里程为倒0+000—倒5+325.42，输水管道穿过原爆破坝的输水洞后，沿河道布置，埋设于河底，至倒5+038 穿过塘房至镇雄的公路，至山脚处倒5+103.5 后，沿山脊向上至倒5+179 以隧洞型式下穿芒部山村道路，出洞后以压力钢管接至消力池。渠首倒虹吸主要由进口控制段、压力管道、出口消力池组成，管道底座采用C15 混凝土刚性连续管座，在管道转弯处及直管管段长80m 左右设置镇墩，镇墩及支墩为C20 钢筋混凝土浇筑。主管管道为φ120cm壁厚14mm 的压力钢管和φ120cm 预应力钢筒混凝土管，管道工作压力为0.4MPa～1.23MPa。

1 水利工程施工压力管道安装问题

1.1 管道的衔接不牢固

一些安装管道的工人技术水平不高，使用的技术和设备都比较落后，造成管道连接不牢，如果管道连接不牢，很有可能会导致输水管线在输送过程中因压力下降无法输送至预定位置甚至爆裂，影响到整个输水系统的正常运转。

1.2 材料质量不合格

管道的安装材料是保证工程质量的关键，也是保证工程质量的根本。这是由于输水管道的主要功能是输送水流，所以经常会被水流冲刷，造成管道内部破损[1]。此外，由于大部分的给水管道压力都较大，因此，对管道的抗压性能要求也很高，因此，选择合适的材质就显得尤为重要。

1.3 施工图纸方面存在的问题

在进行管线建设时施工图纸对于整体施工具有较强的指导功能。一般而言，在进行管线建设前，应该先编制好施工图纸。建筑图纸应该由设计方提供，但是为了确保工程的质量，在施工之前，必须认真进行图纸的审查，确定管线的位置以及地下线路的布置。

2 施工流程

2.1 土方工程

根据设计图纸、实地勘察，本项目沟槽、倒虹吸管进出口均采用挖机开挖。由于该项目开挖量大、施工路线长及基坑开挖深度大，采用多台挖掘机分段分层开挖。

2.2 压力管道工程

本项目压力钢管主要采用14mm 厚钢板现场制作。

2.2.1 制作

（1）钢板及焊接材料。

钢板外观必须平直、光洁、无锈蚀、无夹层。每批钢板均有出厂质量证明书和机械性能、化学成分试验记录。到货钢板应堆放在具有防潮能力的仓库内。并垫离具有防潮层的地面，做好明显标志，记录到货日期。应严格防止潮湿、水汽、油、酸等污物污染钢板[2]。

焊接材料的品种应与母材和焊接方法相适应。焊接材料在存放和运输过程中密封防潮。存放的库房内应通风良好，室温不应低于5℃，相对湿度不应高于70%，并定时记录室温和相对湿度。使用前按规范要求进行烘烤。

（2）钢板加工。

钢板下料根据钢板的实际宽度进行，钢板划线后，用油漆分别标出节号、分块编号、水流方向、水平和垂直中心线、坡口角度以及切割线等符号。钢板均采用开外坡口的单坡口。钢板的切割和坡口制备采用等离子切割机进行。切割面的熔渣、毛刺和由于切割造成的缺口应用砂轮磨去。

（3）钢管制作。

卷管前应根据工艺要求对卷板机零部件进行检查，满足要求后方可进行卷管。卷管前将钢板上的毛刺，松动铁锈等杂物清除干净后。

用卷板机进行预弯和卷板。根据实际情况进行多次往复卷制，采用靠模反复进行检验，以达到卷管的精度。不允许锤击钢板。卷板方向应和钢板的压延方向一致。

卷制成型后，进行点焊，点焊区域必须清除干净氧化铁等杂质，点焊高度不准超过坡口的2/3 深度，点焊长度应为80～100mm。点焊的材料必须与正式焊接时用的焊接材料相一致。卷板后，将瓦片自由状态立于平台上，用样板检验弧度其间隙应小于2mm。

卷板接口处的错边量必须小于板厚的10%，且不大于2mm，如大于2mm，则要求再次卷制处理。在卷制的过程中要严格控制错边量，以防止最后成型时出现错边量超差的现象。

2.2.2 安装

（1）钢管的装卸与存放。装卸钢管时须使用特殊的吊具、吊带，其弯度与管口弯度必须一致，其宽度必须在200mm 以上。管道的装卸要慢，在管道和管道之间要用软质材料填充，与管道的夹角大于30°，以免损坏管道的防腐层及减少管道的横向张力。钢管堆放场应选在地势平坦、地势较高的地方用土方压实，坡度为2‰。周围开挖排水环形沟用袋式土垒护坡高达150mm。设3 个管垛支架，底部的钢管外面用斜形的木楔固定[3]。

（2）测量布管。按照施工图要求采用RTK 或全站仪将控制桩、角桩、里程桩等引测到工地，并用石灰进行标记。对热煨弯头、冷弯弯管用量、安装位置及对应的角度进行统计和记录，尤其是对外矢矩和切长测量。根据不同地形应选择不同施工方式，平坦地带，宽度为12m，穿越和车辆掉头时应适当拓宽以减少非机械化施工和人工凿岩路段的带宽。铺设管线时，吊运螺旋钢管的吨位和长度应根据管线的几何、重量等因素来决定。吊车在较平坦的道路上进行，如需在较深的基坑处进行吊装，则其所处位置及所行区域的地面应进行夯实，并在需要时铺上钢板。起重过程中不能同时操纵吊车的转动臂和吊臂。两个相邻的管嘴首尾相连，以倾斜方式排列。在管道两端1.5m 左右，用软土包作支承不能用砖、石等硬质材料代替。布管如图1 所示。

图1 布管

（3）钢管的清管和加工。将钢管中杂质清除干净后，使用海绵吸尘器将管道中的灰尘全部清除干净。在吊装、布管过程中出现的管道破损，可使用乙炔火焰进行切断。切断时，要将切削面热影响区分开，切面厚度通常在0.5mm 以上，切口与管心呈直角、平整且无裂缝；修完后，管的壁厚不得小于原来的10%；在直径小于2%的内凹破坏情况下，可进行修复，如不能就需切除，且不能采用电焊、打孔等方式进行修补；对于轻微变形的管道可使用10t 液压千斤顶进行机械校正，不能纠正或存在裂缝的管子应予以拆除。

（4）管道对口。管道对口时在平整地段的管道采用内对口器，陡坡地段采用外对口器，用板条专用工具来控制对口间隙，使对口间隙满足焊接对口要求。直管段的相邻环向焊缝间距，不得少于150mm。相邻反向弹性管道之间及弯头（弯管）对接时，中间直管道不应小于lm。在使用外对口器时，必须在整个对口圆周上进行定位焊，每一段定位焊的长度不宜小于l00mm，累计焊接长度不宜少于管周长的50%。

（5）焊接。管道对口完成，经校正合格后，方可进行焊接。本项目采用手工电弧焊接，半自动焊，封头，下向焊，不能进行半自动焊的部位采用人工进行。焊接前处理如下：焊缝必须平滑，不含任何杂质，在10～20mm 以内的钢管内、外表面必须暴露金属。焊接接头采用环状火焰加热，预热宽度不宜太大，通常为50mm。预热时，在离管口50mm 的地方用红外测温器，在10 个测温点上均匀地测量，使其受热均匀。

焊接采用双侧埋弧式V 形焊接。手工电弧焊接时2 名焊工负责根焊工序，2 名焊工负责焊管灌浆和其他工作。每层焊接完毕后，要进行手工检验，并进行抛光处理。半自动焊接时，应配备至少3 名工人，焊接期间，应采取防风措施，1 人提前到达收弧接头，应继续沿着焊缝施焊，为焊工的收弧创造条件；各焊道的起始位置应错开，间隔30mm 或更大，在上部焊接完成后，再进行下一层焊接；根焊道完成过半情况下将外对口器撤出，当根焊道完全成型后，将内对口器和对口支持撤出。根焊结束后，将表面的焊渣除去，余高修磨干净，并且不能损坏槽型。焊后进行慢冷焊，使用油毡和3.8m×1m×50mm 的石棉，用橡胶胶条固定，保温时间不得少于0.5h。焊后缓冷如图2 所示。

图2 焊后缓冷

（6）支墩钢垫板安装。支墩钢垫板是钢管与支墩混凝土间的重要传力构件。安装时应避开钢管焊缝并与支墩位置吻合，支墩钢垫板与钢管设计轴线的倾斜小于2‰，钢垫板与钢管各接触面的间隙不大于0.5mm，间隙内用黄油填充，以减小钢管因温度变化产生轴向伸缩时其与钢垫板的摩擦力。锚固筋应严格按设计图纸施工，焊接牢固，在设有锚杆的支墩处，应与锚杆连接牢靠。

2.2.3 镇、支墩混凝土浇筑

管道安装时，应根据实际施工情况，及时进行镇墩和支墩的混凝土浇筑，避免因管道安装过长后压力增大破坏下部钢管支撑架，造成钢管轴线偏移甚至倾覆。支墩混凝土浇筑时，其上下游边界应在弧形钢垫板边线内侧，两侧混凝土浇筑高度应低于钢垫板上边线3～5cm，同时应采取措施保护钢垫板与钢管间的间隙，避免水泥砂浆进入，避免钢管因热胀冷缩产生的轴向应力拉裂支墩混凝土。

2.2.4 管道耐水压试验

完成管线并经焊缝无损检测合格、镇支墩混凝土达到规定龄期后，要进行管道耐水压试验。将两个检修孔之间的区段作为一个试验段，用14mm 厚钢板焊接封口并安装压力表和高压注水泵。注水时应从试验段最低一端用水泵从河道抽水注入，使管道内的气体自然从管道上端排除。注水完成浸泡24h 后进行水压试验，逐级升压至试验压力后，观察压力变化情况，若不符合要求，应分析原因，并采取相应的措施，装改后重新进行试验，直至合格为止。

2.3 压力管道安装质量控制的对策

水利工程压力管线的安装中应严格遵守施工工艺图纸和技术规程，对各道施工过程进行严格的控制，其内容如下。

（1）安装压力管线前，应逐个清理管线及构件中的熔渣、砂土和其他杂物；管道就位后应对管道的管托、支架进行检查和调试，合理划分管托和支架，应错开支墩位置，并为后续支墩混凝土浇筑预留足够的操作空间，严格按照特定的要求进行焊接。

（2）管子的接头必须符合规格。始装节管口垂直度允许的误差为3mm，管口中心允许的误差为5mm。其他部位管节管口中心允许的偏差为15mm。焊接接头应严格遵守焊接技术规范。

（3）在法兰组合前，必须仔细检查法兰密封垫和密封表面，不得有任何斑点、划痕等问题。在连接法兰时则应采用同一规格的螺栓。在垂直管道中安装单端螺栓时，应该将其顶端置于法兰的上部。螺栓固定在法兰上，不得留下楔形缝隙。如果需要安装密封垫，那么每根螺栓最多只有一个垫片，并且要保证在拧紧后的螺栓和螺帽处于同一水平。

（4）在安装阀门之前，必须认真地检查其技术要求、规格、型号等，并根据管路介质和阀门的构造，确定阀杆的方向和安装方向。如果是用螺丝固定的，应该在阀门关闭后进行安装。若采用焊接方式，则在阀门打开时进行安装，并采用氩弧焊接。

（5）在安装补偿装置时，应按照设计要求进行预应力测试，保证受力均匀，并在预应力测试结束后，进行临时固定。在安装补偿装置时，严禁管道同轴偏斜，不能使用补偿器来调节安装管线的偏差。

（6）在对管线外表进行检查时，要注意管道的焊缝和表面是否有裂纹、尖锐划痕、管线安装的标准和数量、坡口的加工和组合、压力管线的支撑、管件和管件的质量等。在没有特别说明的情况下，受热碳钢和碳钢的焊接接头应低于母材的120%，且焊接数量不能少于10%；对焊接接头进行热处理，若其硬度超过规定，应再次进行热处理，并对其进行硬度测试[4]。

（7）焊接完成后，采用超声波探伤进行焊缝质量检查。焊缝探伤检查发现有内部缺陷时应进行补焊，管壁表面凹坑深度大于2mm 的，补焊前用碳弧气刨将缺陷清除，再用砂轮机修磨成便于焊接的凹槽。经过补焊的焊缝，应进行复查。同一部位的返修次数不允许超过2 次。

（8）压力管线安装完毕，焊缝经无损检测合格后，进行压力测试。压力测试要严格按照技术规范进行，采用液态介质进行测试时，要将压力逐渐升高至测试要求，稳压10min，并对各补偿器、法兰、阀门、焊口等冒泡、泄漏的情况进行检验，如发现有焊补漏，须在减压后操作[5]。