倒虹吸工程鋼管制作安裝施工技術(shù)分析

劉迎帝

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，蘭州 730000）

一般來說，倒虹吸工程和虹吸管工程非常相似，但是倒虹吸工程不用人為制造管內(nèi)的真空，所以應(yīng)用的場合更多。鋼管在倒虹吸工程中應(yīng)用的很多，具有很多的優(yōu)點，但是也有很多的缺點，比如受主鋼管變形影響導(dǎo)致接頭漏水，而且其耐久性差，對制作技術(shù)要求很高。因此，必須深入探究倒虹吸工程鋼管的制作和安裝施工技術(shù)，以促進(jìn)鋼管在倒虹吸工程得到更好的應(yīng)用，促進(jìn)倒虹吸技術(shù)的發(fā)展，更好地促進(jìn)我國的水利工程和建筑事業(yè)的發(fā)展。

1 工程概述

4#倒虹吸工程管道的壓力鋼管管材為Q355C，總共長1718.33m；該倒虹吸工程管道的進(jìn)出口位置地形比較陡，整條管線位于熱狼溝內(nèi)，溝底橫跨河流；該倒虹吸工程管段的最大水頭為175m，選用的壓力鋼管的管徑為1600mm，管壁厚度為14mm；在壓力鋼管上還放置了加勁環(huán)和支撐環(huán)，它們的間距分別為2m 和8m；跨河采用支墩架空的方式，支墩間距為8m，支墩支座采用滑動形式。

2 壓力鋼管的制作

下面將對倒虹吸工程壓力鋼管制作的幾個方面逐一進(jìn)行分析和介紹。

2.1 現(xiàn)場加工廠布置

該倒虹吸工程鋼管制作時，選擇了一塊60m×50m的場地并對其進(jìn)行平整化處理，隨后在其上鋪設(shè)一個30m×10m且δ=12mm的鋼制平臺，并在該鋼制平臺附近安裝刨邊機(jī)、埋弧焊機(jī)、卷板機(jī)和二保焊機(jī)。鋼制平臺和刨邊機(jī)的作用分別是加工制作壓力鋼管和下料。

2.2 壓力鋼管制作工藝流程

倒虹吸工程壓力鋼管制作的工藝流程如下：鋼板進(jìn)場并對其進(jìn)行驗收→下料（半自動切割機(jī)火焰切割鋼材，刨邊機(jī)坡口刨邊）→卷管機(jī)卷管→焊接打底→埋弧焊接→（可控硅弧焊整流電焊機(jī)）汽保清根→埋弧焊接→二次卷管機(jī)圓管→4 米接管→二保焊打底→埋弧焊接→汽保清根→磨光機(jī)打磨→埋弧焊接→加勁環(huán)組對→手工焊接→成品驗收。

2.3 壓力鋼管的制作工藝

倒虹吸工程壓力鋼管的制作工藝包括9 個方面：①鋼材的劃線工藝，在這個工藝中要把鋼板通過吊車運(yùn)送到下料平臺上，并嚴(yán)格按照倒虹吸工程的鋼管展開圖等有關(guān)的施工圖紙劃線下料；②鋼材的切割工藝，在這個工藝中，為了根據(jù)下料的劃線準(zhǔn)確地切割鋼板，需要利用半自動切割機(jī)進(jìn)行切割作業(yè)；③鋼板的標(biāo)記和坡口的炮制工藝，在這個工藝中要用油漆對切割好的鋼材做好標(biāo)記工作，并保證該標(biāo)記是牢固的，在鋼材上要標(biāo)上管節(jié)標(biāo)號、鋼材的上下左右、水流的方向、鋼材的中心線等，需要用刨邊機(jī)對鋼材進(jìn)行坡口炮制；④鋼板的壓頭工藝，在這個工藝中，要利用壓頭機(jī)每隔50mm 對鋼材進(jìn)行壓頭作業(yè)并及時進(jìn)行樣本檢查；⑤鋼板的卷板工藝，在這個工藝中，要沿著鋼板延伸的方向利用三輥移動式卷板機(jī)對鋼材進(jìn)行冷卷板作業(yè)并及時測量鋼材樣板的弧度；⑥縱縫組隊工藝，這個工藝需要在平臺上進(jìn)行，且要利用樣板等得到合適且符合要求的錯邊、圓度等的鋼管，隨后要對這些鋼管進(jìn)行坡口的點焊作業(yè)；⑦縱縫、環(huán)縫焊接工藝，在這個工藝中，通常需要利用埋弧焊的方式進(jìn)行作業(yè)，焊接順序為首先對正面坡口進(jìn)行焊接，然后利用碳弧氣刨清根后對背面進(jìn)行焊接；⑧鋼管的除銹和防腐工藝，這個工藝非常重要，能夠更好地保護(hù)鋼管，在這個工藝中要按照相關(guān)的設(shè)計規(guī)范對鋼管的表面進(jìn)行涂裝；⑨管段的堆放工藝，在這個工藝中，必須根據(jù)設(shè)計圖紙的位置對管段編號堆放[1]。

2.4 壓力鋼管的現(xiàn)場制作質(zhì)量控制

倒虹吸鋼材壓力鋼管的現(xiàn)場制作質(zhì)量控制主要包括10 個方面，下面將分別對這些方面進(jìn)行介紹和分析。

2.4.1 壓力鋼管主材料控制

必須對制作倒虹吸工程壓力鋼管的主材料按照工程設(shè)計圖紙的要求進(jìn)行入庫驗收作業(yè)，使這些主材料的型號、規(guī)格和材質(zhì)能滿足倒虹吸工程的設(shè)計要求。在入庫驗收作業(yè)的過程中，要出具性能實驗報告和主材料的質(zhì)量證明材料，不能使用沒有合格證件的主材料。另外，為了更好地控制制作倒虹吸工程壓力鋼管主材料的質(zhì)量，必須進(jìn)行抽樣檢查。

2.4.2 劃線下料控制

首先，在倒虹吸工程鋼管加工之前，工程的相關(guān)施工人員必須開會討論所需要的技術(shù)、檢查倒虹吸工程的施工圖紙，還要保證該工程參與劃線作業(yè)的工作人員熟悉相應(yīng)的圖紙并掌握設(shè)計要求。隨后，要進(jìn)行劃線放料作業(yè)，一般要1 : 1 現(xiàn)場放樣，待放樣結(jié)束后，工程師和質(zhì)量有關(guān)的負(fù)責(zé)人員要及時校正大樣。大樣符合要求后，就能進(jìn)行劃線切割作業(yè)，在這個過程中，經(jīng)常利用半自動切割機(jī)對鋼材進(jìn)行直線切割。

2.4.3 V型60°坡口控制

對于倒虹吸工程壓力鋼管的焊縫通常選擇V 型60°坡口，且這個坡口的誤差必須在±2mm 以內(nèi)。在這個過程中，往往需要利用刨邊機(jī)對坡口進(jìn)行炮制，待坡口炮制結(jié)束后才能對壓力鋼管進(jìn)行卷管作業(yè)[2]。

2.4.4 焊接控制

倒虹吸工程鋼管選擇V 型60°坡口焊接，焊接順序是先焊接正面后焊接壓力鋼管的反面。待鋼管正面焊接結(jié)束之后，必須先將焊縫背面清理干凈，然后才能利用V 型60°坡口焊接反面。

2.4.5 鋼管組隊卷制控制

對于倒虹吸工程鋼管進(jìn)行卷制作業(yè)時需要選取樣本的四分之一，并根據(jù)樣板及時對鋼制卷板進(jìn)行圓弧調(diào)整，卷制方向必須同鋼板壓延的方向一致。另外，由于壓力鋼管的直徑很大且長度很長，必須在鋼板卷制作業(yè)中注意安全，并且確保鋼板卷制時與橋吊緊密配合。需要注意的是，千萬不能對鋼板橫向卷制，而且沒有橋吊時也不能卷制。

2.4.6 鋼管的弧圓度控制

待倒虹吸工程單節(jié)鋼管卷制結(jié)束，就需要進(jìn)行壓力鋼管的圓度校正作業(yè)。在圓度校正的過程中，需要保證測量的點數(shù)不少于8 個。待鋼管校正符合規(guī)范和要求后，就需要對壓力鋼管內(nèi)壁進(jìn)行“米”字形支撐，待支撐作業(yè)結(jié)束后，再焊接加勁環(huán)[3]。

2.4.7 成段管節(jié)的焊接控制

待倒虹吸工程單節(jié)鋼管制作全部完成，就需要進(jìn)行成段鋼管的焊接，一般需要將兩節(jié)或三節(jié)鋼管制作形成一段管段，該管段的長度一般為4～6m，需要在平臺上進(jìn)行管段的對接作業(yè)，其中每兩個管節(jié)間錯臺≤3mm，焊接環(huán)縫選擇的還是V 型60°坡口，焊接順序也是先正面焊接，再進(jìn)行背面環(huán)縫的焊接。成段管節(jié)焊接完成之后，要對縱縫和環(huán)縫進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)不合格或有損傷的焊段，要再次進(jìn)行焊接，待焊接全部符合規(guī)范時，再開始下一工序。

2.4.8 管段內(nèi)壁的除銹控制

待倒虹吸工程管段焊接完成，就需要對壓力鋼管內(nèi)壁進(jìn)行除銹作業(yè)。對壓力鋼管進(jìn)行除銹操作時有兩種方式，分別是人工除銹和噴砂除銹，無論采取的是哪種除銹方式都必須認(rèn)真處理，使鋼管內(nèi)壁具有良好的光潔度，待其達(dá)到Sa21/2 后，再進(jìn)行壓力鋼管內(nèi)壁的涂裝作業(yè)。

2.4.9 管段內(nèi)壁的涂裝控制

待倒虹吸工程管段除銹完成，就需要對壓力鋼管內(nèi)壁進(jìn)行涂裝作業(yè)。在涂裝作業(yè)過程中，必須遵守相應(yīng)的涂裝規(guī)范，且必須在鋼管除銹24h 之內(nèi)進(jìn)行鋼管的涂裝作業(yè)；在鋼管內(nèi)壁涂刷時要色調(diào)一致，杜絕起皺和溜掛問題；另外，在鋼管環(huán)縫兩邊要各留出100～150mm 的區(qū)域不進(jìn)行涂裝作業(yè)，還要對此區(qū)域進(jìn)行良好的保護(hù)，避免生銹問題的出現(xiàn)。

2.4.10 管段的堆放控制

待倒虹吸工程管段涂裝完成，表示管段的制作基本上也已經(jīng)完成，這時就需要對壓力鋼管進(jìn)行堆放作業(yè)，相關(guān)堆放人員要根據(jù)設(shè)計圖紙的要求，對管段進(jìn)行標(biāo)號并將其堆放到正確的位置。需要注意的是，在壓力鋼管堆放的過程中，要依據(jù)安裝的順序?qū)⑵浞诸惗逊拧?/p>

3 壓力鋼管安裝施工方案和措施

3.1 施工方案

倒虹吸工程鋼管在加工廠進(jìn)行完集中坡口處理、噴砂除銹處理以及防腐處理，表明鋼管制作完成。隨后將倒虹吸工程鋼管運(yùn)送到安裝位置，進(jìn)行壓力鋼管的安裝作業(yè)。利用25T 汽車吊起吊壓力鋼管并下管，利用動力電源對壓力鋼管進(jìn)行焊接，接下來為了避免因為壓力鋼管的熱脹冷縮造成的鋼管破裂，則需要對壓力鋼管安裝伸縮節(jié)。

3.2 施工措施

3.2.1 施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行倒虹吸工程鋼管安裝時，要提前做好安裝施工準(zhǔn)備工作，仔細(xì)檢查鋼管的基槽標(biāo)高，要認(rèn)真核查鎮(zhèn)支墩混凝土的質(zhì)量，待這兩方面完全合格后再進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)；在雨季進(jìn)行倒虹吸工程鋼管安裝時，要及時進(jìn)行排水處理；在鋼管安裝前，還必須進(jìn)行安全和技術(shù)交底。

3.2.2 鋼管防腐

在進(jìn)行倒虹吸工程鋼管安裝時，同樣要注意鋼管的防腐，必須對安裝場地的壓力鋼管進(jìn)行噴砂除銹作業(yè)；必須當(dāng)天對除銹合格的壓力鋼管進(jìn)行防腐操作，避免其因為露水等原因生銹；必須對防腐處理的壓力鋼管吊運(yùn)放置，在此過程中堅決不能破壞鋼管的防腐層。

3.2.3 鋼管運(yùn)輸和下管

在壓力鋼管用運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸過程中，要將鋼管綁扎牢固并且不能破壞鋼管的防腐層；在壓力鋼管裝卸的過程中，要利用合適的吊具起吊鋼管，同樣為了不破壞鋼管的防腐層堅決不能將吊繩直接放在管道上；盡量利用吊車將壓力鋼管放置在安裝施工的位置，不能通過滾動任意下管；如果不小心造成鋼管防腐層損壞，則應(yīng)該及時進(jìn)行二次防腐處理。

3.2.4 焊口組對

在進(jìn)行倒虹吸工程鋼管焊口組隊的過程中，必須提前將鋼管內(nèi)的雜物打掃干凈，提前將鋼管坡口的銹跡等處理干凈并使其有一定的光澤度；要保證組隊的鋼管內(nèi)壁齊平且其錯口值≤1mm；要保證鋼管間隙符合工程要求且其誤差≤2mm；要利用馬蹬對組合好的壓力鋼管支撐牢固，防止鋼管焊接時出現(xiàn)錯位。

3.2.5 鋼管焊接

在進(jìn)行倒虹吸工程鋼管焊接的過程中，安裝相關(guān)的焊工必須持有合格的特殊工種資格證及上崗證，方能在現(xiàn)場對鋼管開始施焊；鋼管焊接材料的品種要與焊接方法相適應(yīng)，焊接時必須選用合格的材料，在運(yùn)輸以及存放鋼材的過程中必須相互依防潮，還要提前對鋼管進(jìn)行烘焙處理并將焊條放在保溫筒中隨取隨用；鋼管焊接時，管道內(nèi)不能有穿堂風(fēng)；不能在壓力鋼管水平和垂直處的應(yīng)力最大的地方進(jìn)行縱向焊縫；要選擇手工電弧焊焊接壓力鋼管的焊縫且需要兩名焊工對鋼管進(jìn)行對稱焊接以免焊接質(zhì)量差；待鋼管第一遍焊接結(jié)束后，要利用角磨機(jī)對鋼管焊縫進(jìn)行打磨并清理焊渣，隨后進(jìn)行后續(xù)的焊接工作；堅決杜絕在焊接好的鋼管上焊接臨時支撐物或者點燃電弧；鋼管焊接時溫度應(yīng)該在10～25℃之間，并且要保證長管段閉合安裝；對于焊接合格的壓力鋼管要將其放在墊層砂上，還要避免管內(nèi)有機(jī)積物；對于直徑為DN2400 的壓力鋼管要利用雙面焊接的方法進(jìn)行焊接[4]。

3.3 鋼管安裝焊接質(zhì)量保證措施

對于保證倒虹吸鋼管安裝焊接質(zhì)量的措施有很多，下面將詳細(xì)進(jìn)行闡述：

1）將鋼管加工成型并運(yùn)到吊裝地點對接時，必須保證其壓力等級、材料以及質(zhì)量等符合工程要求；鋼管管節(jié)的表面要沒有銹蝕、斑疤等問題；鋼管焊縫外觀要光順、均勻，不能有弧坑、裂紋等問題，如表1 所示，焊縫外觀應(yīng)符合下表的規(guī)定。

表1 焊縫的外觀質(zhì)量表

2）對于管內(nèi)徑小于等于600mm 的焊縫卷管允許的偏差為±2mm，對于管內(nèi)徑＞600mm 的焊縫卷管允許的偏差為管內(nèi)徑的0.0035 倍；對于管內(nèi)徑＜600mm 的鋼管，其縱向焊縫的距離要＞300mm，對于管內(nèi)徑≥600mm 的鋼管焊縫的距離要＞100mm；對壓力鋼管管節(jié)測量標(biāo)號后才能進(jìn)行鋼管管道的安裝并選擇管內(nèi)徑相近的兩個管節(jié)進(jìn)行對接；要仔細(xì)檢查鋼管的防腐層，只有其防腐層沒有損害才能下管；鋼管管節(jié)焊接時選用的焊條必須干燥、質(zhì)量達(dá)標(biāo)且強(qiáng)度合適；

管節(jié)焊接時必須先修口且不能利用加熱法縮小間隙，電弧焊管端修口尺寸如表2 所示。

表2 電弧焊管端修口尺寸

3）鋼管對口時管口內(nèi)壁要齊平，錯口的偏差要≤2mm；支架與壓力鋼管環(huán)向焊縫間的距離要≥100mm，壓力鋼管的直管部分環(huán)向焊縫間的距離要≥200mm，壓力鋼管不能存在十字形焊縫；在不同鋼管管節(jié)對口時，兩者之間的厚度差不能超過3mm；壓力鋼管上不能開方孔，且不能在短節(jié)、焊縫以及管件上開孔；直線鋼管管段不能用太短的短節(jié)拼接；在壓力鋼管焊接時，要保證其焊縫能夠自由伸縮且要使其焊口逐漸降溫；待壓力鋼管對口滿足規(guī)范才能進(jìn)行鋼管的電焊作業(yè)且鋼管點焊的長度和間距要滿足表3 的規(guī)定。

表3 鋼管點焊的長度和間距規(guī)定

要雙面焊接鋼管＞800mm 的鋼管；對于不滿足要求的焊縫，補(bǔ)焊的次數(shù)不能大于3 次；管道法蘭連接處要先進(jìn)行防腐處理再埋入土中[5]。

4 水壓試驗及焊縫無損檢測

待倒虹吸工程鋼管焊接完成后要對整個鋼管管道水壓試驗和焊縫超聲波進(jìn)行無損檢測，要保證倒虹吸鋼管質(zhì)量不得低于Ⅱ級。對于水壓試驗以及超聲波檢測不合格的地方，要及時進(jìn)行處理。（現(xiàn)場返工處理，重新進(jìn)行檢測實驗，直至合格）

5 結(jié)語

綜上所述，倒虹吸工程鋼管的制作和安裝施工必須要保證每道工序都符合要求，必須要保證鋼管無滲水現(xiàn)象，必須要使其焊縫沒有破損，必須保證壓力鋼管的制作和安裝質(zhì)量。