水利水电钢管制作技术探究

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整体卷制工艺中，钢板卷制前的准备工作（主要是钢板检验及表面预处理、钢板排料划线、钢板切割、加工坡口等和钢管整体卷制后的收尾工作（主要是加装支撑装置、装焊加劲环、吊耳等附件等与常规瓦片组圆的工艺相同，不同点主要在将瓦片卷制从分节瓦片分别卷制转变为单节瓦片整体卷制[1]，将瓦片的自由状态竖向组圆转变为悬空整体水平组圆，将组圆时纵缝的焊接由多条竖直作业转变为单条水平作业。现将整体卷制工艺的核心内容阐述如下：1钢板组对及焊接。对组成一节钢管的多张钢板，采用专门平台进行钢板对接及横缝焊接。钢板组对后首先进行对接纵缝的正面焊接，之后将钢板180°整体翻转进行对接纵缝的反面焊接，最后用预弯模对钢板两端进行预弯。作业时，采用埋弧自动焊焊接方法进行纵缝焊接，采用无损探测的方法进行焊缝质量检测。2钢管整体卷制。采用专用吊具将拼焊完成的整张钢板吊起，按一定速率输送到卷板机进行卷制，压延后的钢板在辅助支撑装置下沿曲线路径行进，在卷板机上合拢对缝，合拢纵缝焊接后再利用卷板机完成钢管校圆。作业时，采用弧度样板检测卷板弧度，采用埋弧自动焊焊接方法进行纵缝焊接。3钢管抓取、平置。采用专用吊具和抓取装置，将卷制好的钢管从卷板机及辅助支撑装置中取出并卸至指定地点，并对卷板机上焊接完成的合拢纵缝进行无损探伤检查。之后依次进行加装支撑装置、调圆、装焊附件等后续作业。1工艺技术方面。“瓦片组圆”程序较为繁琐，瓦片转运频繁，生产效率较低；“整体卷制”程序较为简单，制作过程仅进行2次瓦片端头预弯和1次瓦片卷制，且钢管纵缝均采用平焊工位的埋弧自动焊焊接方式，生产效率较高，尤其是采用成套钢板组对、焊接、输送、卷制流水线作业时，钢管制作效率将大幅提高。2质量保证方面。“瓦片组圆”须采用立焊工位完成钢管纵缝焊接，焊接质量较难保证，一般须采用对人体危害风险较大的富氩焊焊接方式以提高纵缝焊接质量；“整体卷制”减少了钢板预弯端头数量，钢管纵缝采用焊接质量好的埋弧自动焊焊接方式，因此焊接质量易于保证，但由于钢管是由单节长钢板卷制成型，受钢板输送方式、辅助支撑方式、卷板机卷辊间距等多因素的影响，钢管合拢缝的组对精度较难控制[2]。3工程应用方面。“瓦片组圆”作为一种成熟技术，在国内外水利水电工程项目已有广泛应用；“整体卷制”受配套专用设备研发、制造的限制，推广较为缓慢，且整体卷制成套设备空间要求大，大直径钢管卷制时无法实现室内作业，因此对项目地点的环境要求较高，目前主要应用于中国水利水电第四工程局有限公司承建的、当地干燥少雨的水利水电工程项目中，如青海李家峡水电站、山西万家寨水利枢纽、青海积石峡水电站。

向家坝水电站位于云南省水富县和四川省宜宾县的金沙江干流上。工程枢纽由混凝土重力坝、右岸地下厂房及左岸坝后厂房、通航建筑物和两岸灌溉取水口组成，其中右岸引水隧洞采用“一洞一机”布置型式，引水隧洞均由上平段、上弯段、斜直段、空间下弯段和下平段组成。4条压力钢管的长度分别为56，36，36，36m，钢管管径为准14.4~准11.4m，钢管材质为07MnCrMoVR高强钢，管壁规划设计厚度分40，42，48mm等3种规格。压力钢管共88节，单节最大吊装重量为46t，总工程量2796t。该项目施工时，结合钢管运输方案，采用了“厂内制作、现场组圆”的分阶段钢管制作方案，在现场兴建了负责钢管瓦片的制作、防腐的金结厂，同时在钢管进水口设置了配备可移动钢结构棚的钢管组焊平台。金结厂占地面积约20000m2，生产车间由两个单跨轻钢结构厂房交叉组成，总面积为6600m2，其中靠下游侧部分厂房尺寸为59m×26m×15m(长×宽×高)，主要进行钢管的下料和坡口的加工；另一侧厂房尺寸为180m×28m×15m(长×宽×高)，主要进行钢管瓦片的卷制、焊接。生产车间配有PHOENLXDP-5数控切割机、EZW11S-140×4000程控水平下调三辊卷板机、12m刨边机、60t龙门起重机、50t龙门起重机、20t龙门起重机、16t龙门起重机等设备。金结厂月设计制造能力约1500t。该项目单节压力钢管由4片瓦片拼接而成，制作的工艺流程是：钢板备料→瓦片卷制→半圆瓦片拼装（由2片瓦片拼接为1片半圆形瓦片→加装加劲环等附件→半圆瓦片防腐→半圆瓦片运输（从金结厂到地下厂房安装间→钢管组圆焊接。施工时，钢管纵缝全部采用富氩焊进行焊接，加劲环焊接采用二氧化碳气体保护焊。积石峡水电站位于青海省循化县与民和县交界处的黄河干流上。工程枢纽由面板堆石坝、左岸引水发电系统、左岸泄洪系统组成，其中引水压力管道采用“一机一管”的布置方式，钢管直接敷设在地基上，为坝后明敷钢衬钢筋混凝土联合受力的管道，由上平段、上弯段、斜坡段、下弯段、下平段、锥管段组成。3条钢管的长度分别为252.90，250.01，248.23m，钢管管径为准9.818~准11.5m，采用Q345C和WDB620两种钢材制造（蜗壳进水口前的7个管节采用Q235C和WDB620钢材，管壁厚度为30mm；其余管节均采用Q235C钢材，管壁厚度为24～30mm；全部Q345C钢管内径为准11.5m，外包2m厚混凝土。钢管总长751.14m，2m一节，共397节，总工程量约6537t。该项目施工时，为提高压力钢管的制作强度，研发了一整套大直径压力钢管整体卷制成套设备（主要有：超长钢板组合翻板、输送系统，压力钢管整体卷制的活动支撑装置，液压系统，钢管抓梁等，实现了压力钢管“整体卷制”技术的流水化作业。现场钢管厂占地面积约12800m2，其中结构厂房宽22.5、长72m，占地面积约1620m2；组圆焊接厂房为自驱活动厂房，宽15m、长15m，覆盖施工场地面积约900m2。另外配有WII—40×4000卷板机、BODA5000×16000数控切割机、B81120A刨边机、30t门机、10t龙门式起重机、钢管整卷生产线配套设等设备。钢管厂月实际制造能力500~600t，月高峰强度达800t。该项目单节压力钢管由3片瓦片拼接而成，制作的工艺流程是：钢板备料→钢板组对、焊接→钢管整体卷制→钢管合拢、校圆→钢管脱架、平置→加装加劲环等附件、调圆→钢管防腐（由防腐厂完成。施工时，从钢板组对、翻转、平移、卷制、校圆等工序，在成套辅助设备支持下，全过程不需起吊设备配合，实现了机械流水化施工；钢管纵缝全部采用埋弧自动焊进行焊接，加劲环焊接采用二氧化碳气体保护焊。

压力钢管作为水利水电工程输水建筑物的重要组成部分，其制作质量对工程整体质量影响巨大。目前，“瓦片组圆”技术已获得工程界的广泛认可，其操作工艺成熟，实施工艺灵活（组圆工艺可根据运输需要安排在施工现场进行，笔者认为其仍会是今后很长一段时期内钢管制作的首选和主流。同时，“整体卷制”技术作为压力钢管制作的新思路，免除了传统工艺中钢管纵缝处的直边处理，更易于质量控制，特别是随着积石峡水电站成套卷制设备的研制成功，实现了压力钢管制作的机械流水化施工，相信在今后大规模、高强度压力钢管制作项目中将获得越来越多的应用。

本文作者：张伟薛伟伟工作单位：黄河上游水电开发有限责任公司