简介： 中型电站压力钢管(隧洞式)制作安装施工方案。
关键字：中型电站压力钢管(隧洞式)制作安装施工方案。
一、 工程概况
务川沙坝水电站位于贵州省务川县境内，为引水式电站。电站主要由拦河闸坝、引水隧洞、压力管道及发电厂房等水工建筑物组成。
本电站的设计方为贵州省水利水电勘测设计研究院设计，我局承担了水电站引水道工程建设任务。该工程的引水隧洞长323.968米，断面为圆形，其净尺寸为直径5米，开挖直径为6米。压力钢管长169.047米，其末端分岔为两个支管。其中的主管直径为4.5米，长157.757米，重286.4t；支管直径2.5米，长21.615米，重21.46t；加劲环120个，重85.23t；岔管1个，重25.16t。总安装吨位418t。压力钢管的材质为16MnR，主管管壁厚度为16-20mm；支管管壁厚度为18mm；岔管的壁厚为24mm。本工程项目计划于2005年2月20日开工，于2005年6月20日全部完工。
二、主要实物工程量
项目名称 | 单位 | 工程量 | 备注 | |
压力钢管的制造和安装 | ||||
主管 δ=16-20mm | t | 286.40 | 16MnR | |
岔管 δ=24mm | t | 25.16 | 16MnR | |
支管 δ=18mm | t | 21.46 | 16MnR | |
加劲环 | t | 85.23 | 16MnR |
三、主要技术规程、规范及标准
1、《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017-93；
2、 务川沙坝水电站工程《压力钢管制造和安装技术要求》；编号：洪沙-S-水工-B-05
3、 《水利水电工程施工手册》〈金属结构制作与机电安装工程〉第4卷
4、 《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝焊缝坡口的基本型式与尺寸》GB985-88
5、 《埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》GB986-88
6、 《钢熔化焊接接头射线照相和质量分级》GB3323-87；
7、 《水工金属结构防腐蚀规范》SL105-95；
8、 《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-88；
9、 《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99；
四、主要施工技术措施
根据工程实际情况需要，压力钢管主要施工过程分解为
1、 材料进货物资检验
所有构成实物工程的钢材、焊条、焊剂、焊丝以及油漆等送到现场后，项目部立即组织相关技术负责人，材料员对来料依据设计图纸，设计更改，材料计划等进行验收，主要检查材料的规格及型号是否与材料质量证明书相符，几何尺寸是否超标。本工程所用的16MnR,必须满足《压力容器用钢》GB6654-1996的规定。对可疑钢板采用超声波检查或采用样送检，检查合格后方能使用。
2 、钢管制作
钢管的制作采用以下的工艺流程
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2.1 制作
为方便检查，保证钢管及各种管道零部的制作安装精度，采用δ=0.5mm镀锌钢板制作样板。根据设计要求，钢管内径弧度检查、支撑环、加劲环等都须制作样板，样板的弧长必须符合规范要求（根据管径不同，样板的弧长在1.5～2m）。样板制作完毕后，必须经过专业施工员检查，同时作上标记，以防止在使用过程中混用。弯头、锥管及叉管采用地规、钢直尺等直接在拼接好的钢板上放样，由专业施工员，质量员或技术负责人检查无误后，方可下料。
2.2钢板拼接及下料
根据设计要求，结合现场实际情况，制作钢管的钢板全部采用定尺钢板，长、宽边均留有少许余量；为保证将钢管周长误差控制在最小范围内，采用将两张定尺板拼接好后下料的方法；拼接采用二氧化碳保护焊工艺焊接，拼接前应检查边长是否为直线、宽边与长边是否垂直，同时，用氧气-乙炔焰割刀对钢板进行修整，保证钢板宽度与设计相符，切割和刨边面的熔渣、毛刺和缺口，应用砂轮磨去，所有板材加工后的边缘不得有裂纹、夹层和夹渣等缺陷；焊前将焊口两侧10～20厘米范围的铁锈、熔渣、油垢、水渍等清除干净，检查合格后方可施焊；当单侧焊完后，将钢板用龙门吊缓慢翻面，用电弧刨清根、打磨干净后再继续施焊。
拼接好的钢板根据板厚的不同，确定展开尺寸，同时在钢板上画出展开图，认真检查平行线和对角线，检查无误后方可下料；下料采用氧气-乙炔焰割刀切割。
叉管、弯管、渐缩管等管件与钢管的下料方法相同。
异径叉管的管壳，实际上是由锥管割去开口部分而成；首先用电脑绘制出叉管管壳的平面展开图，找到各点在X轴和Y轴上的坐标后，将得到各基准点的弦长；在实际放样时，将两张钢板对接，长度大于最大口的弦长，宽度为小口展开弦高加钢管的实际高度，同时，在钢板上画出各坐标点，圆滑连接各坐标点，认真检查支管与主管连接处的弧长是否相同，核对无误后方可下料。
下料后，焊缝处的坡口用氧气-乙炔焰切割，然后用角向砂轮机打磨成型。叉管、弯管、渐缩管等管件与钢管的下料方法相同。板材放样及下料时应考虑板材的切割余量和焊接收缩余量，一般情况下留3-4mm。
3 、钢管卷制
3.1钢管卷制时利用加工场已安装好的壹台龙门吊配合卷制。
首先，利用10T龙门吊将钢板缓慢送入卷板机，调整好小车与卷板机的位置，在卷制过程中，大车与卷筒保持同一速度，用准备好的样板对钢管的弧度进行监控，随时调整卷板机上下轴的间距；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。卷制成形后，用夹具将接口对平，点焊牢固，同时，用与管道内径等长的临时支撑在管口两边加以固定，使其不致在吊装过程中发生变形。
3.2叉管、弯管制作
叉管制作时，将卷板机的上滚筒调到一定倾斜角度，按照大、小边弧度的等分线卷制，在卷制的同时，用两块不同半径的样板，在管口平面位置检查，当一段钢板已卷制成型时，继续转动钢板到下一等分线继续卷制；当叉管卷制成型后，局部地方的弧度可能会出现偏大或偏小的现象，需采用火焰对叉管进行校弧，校弧完毕后，采用临设支撑加固两端管口。当叉管各段均加工完毕后，应在加工现场进行预组装，经检查合格后再分段运至现场安装。弯管、渐缩管的制作方法与叉管的制作方法相同。
3.3 钢管卷制成型后，为防止自然变形，直接采用龙门吊吊至焊接平台上施焊。
4、 钢管焊接
4.1压力管道工程的管道材质为16MnR,管道壁厚为。
主管16～20mm，岔管24mm，支管18mm；根据设计文件及施工现场的具体情况，焊接采用手工电弧焊，二氧化碳保护焊和埋弧焊相结合的焊接方式，一般情况下，钢板接料和管道的纵缝焊接采用埋弧焊，二氧化碳保护焊和手工电弧焊，管道环缝及加劲环采用二氧化碳保护焊和手工电弧焊，其余部分采用二氧化碳保护焊或手工电弧焊焊接。
4.2 坡口加工预制
（1） 管道坡口加工时，由于壁厚均小于25mm，故均采用V型坡口（25°～30°）。
（2） 管道坡口采用氧气-乙炔半自动割刀加工，半自动割刀无法加工的特殊部位可采用手工切割加工。
（3） 坡口加工后必须除去坡口表面的氧化皮、溶渣及影响接头质量的表面后，并应将凹凸不平处打磨平整。
4.3 焊接工艺
（1） 工程管道焊缝按其重要性分为三类。其中：
一类焊缝：
A、岔管的所有焊缝。
B、主管管壁纵缝。
C、主厂房内明管环缝。
D、凑合节合拢环缝。
E、闷头与管壁的连接焊缝。
此类焊缝若用超声波探伤抽查率为50%，射线探伤复查率为5%，质量要求为B1级合格。
二类焊缝：
A、钢管管壁环缝；
B、止水环、加劲环的对接焊缝及其与管壁之间的组合焊缝。
此类焊缝若用超声波探伤抽查率为50%，质量要求为B2级合格。
三类焊缝：
受力很小，且修复时不致停止发电或供水的附属构件焊缝。
（1） 焊缝组对前应将坡口及其内侧表面不小于10mm范围内的油、漆、垢、锈、毛刺等清除干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷。
（2）管子或管件对接焊缝组对时，内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管壁厚度的10%，且不应大于2mm；
（3） 焊条使用前应按规定进行烘干，并应在使用过程中保持干燥。焊丝使用前应清除其表面的油污、锈蚀等。
压力管道焊接各类焊缝所选用的焊条、焊丝、焊剂可参照下表选用。
钢种 | 牌号 | 手 工 焊 | 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 | |||||
焊条牌号 | 符合国标型号 | 相当于AWS型号 | 焊丝牌号 | 焊 剂 | ||||
牌号 | 符合国标型号 | 相当于AWS型号 | ||||||
低合金钢 | 16MnR | J506J507J507H | E5016E5015E5015 | E7016E7015 E7015 | H08MnSiH10MnSiH08Mn2SiA | |||
（5）焊接材料应按下列要求进行烘焙和保管：
焊条、焊剂应放置于通风、干燥和室温不低于5℃的专设库房内，设专人保管，烘焙和发放，并应及时作好实测温度和焊条发放记录。烘焙温度和时间应严格按厂家说明书的规定进行。烘焙后的焊条应保存在100-150℃的恒温箱内，药皮应无脱落和明显的裂纹。现场使用的焊条应装入保温筒，焊条在保温筒内的时间不宜超过4h，超过后，应重新烘焙，重复烘焙次数不宜超过2次。
焊丝使用前应清除铁锈和油污。
（6）遇有穿堂风或风速超过8m/s的大风和雨天、雪天以及环境温度在-5℃以下、相对湿度在90%以上时，焊接处应有可靠的防护措施，保证焊接处有所需的足够温度，焊工技能不受影响，方可施焊。
（7）施焊前，应将坡口及其两侧50-100mm范围内的铁锈、熔渣、油垢、水迹等清除干净。
（8） 焊缝（包括定位焊）焊接时，应在坡口上引弧、熄弧，严禁在母材上引弧，熄弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头应错开。
（9） 定位焊焊接应符合下列规定：
一、二类焊缝的定位焊焊接工艺和对焊工要求与主缝（即一、二类焊缝，下同）相同；
对需要预热焊接的钢板，焊定位焊时应以焊接处为中心，至少应在150mm范围内进行预热，预热温度较主缝预热温度高出20-30℃；定位焊位置应距焊缝端部30mm以上，其长度应在50mm以上，间距为100-400mm，厚度不宜超过正式焊缝高度的二分之一，最厚不宜超过8mm；施焊前应检查定位焊质量，如有裂纹、气孔、夹渣等缺陷均应清除。
（10）工卡具等构件焊接时，严禁在母材上引弧和熄弧。
（11）双面焊接时，单侧焊接后应用碳弧气刨或角向砂轮机进行背面清根，将焊在清根侧的定位焊缝金属清除。采用碳弧气刨清根时，清根后应用砂轮修整刨槽。
（12）焊缝组装局部间隙超过5mm，但长度不大于该焊缝长的15%时，允许在坡口两侧或一侧作堆焊处理，但应符合下列规定：
a、 严禁在间隙内填入金属材料；
b、 堆焊后应用砂轮修整；
c、 根据堆焊长度和间隙大小，对堆焊部位的焊缝应酌情进行无损探伤检查。
（13） 纵缝埋弧焊在焊缝两端设置引弧板和熄弧板，引弧板和熄灭弧板不得用锤击落，应用氧-乙火焰或碳弧气刨切除，并用砂轮修磨成原坡口型式。
（14）焊接完毕，焊工应进行自检。一、二类焊缝自检合格后，应在焊缝附近用钢印打上代号，作好记录。
5、钢管的校正和加固
5.1 加劲环焊接
钢管校正加固后就地进行加劲环组装焊接，加劲环在组装前，先在钢管壁上划出组焊的位置，焊好托板，将加劲环放在托板上，加劲环要垂直、紧贴管壁，局部间隙不得大于3mm，在拼接加劲环时，其接头间隙应小于4mm，组对时，应错开拼接时的焊缝。加劲环焊缝采用平角焊，一面焊完后管道进行180度翻身，并进行气刨、清根、打磨后继续施焊。
5.2因钢管在制作、焊接、吊装、运输、安装过程中可能会出现局部变形，必须重新对钢管的弧度进行校正，校正主要采用千斤顶调整钢管的圆度，局部地方可采用火焰校正。
5.3为确保钢管在运输及安装过程中不会发生大的变型，校正后的管段需重新进行加固处理，加固采用临时支撑点焊在管口内壁上，支撑点的多少根据现场实际情况进行调整，以满足强度需要为原则，尽量减少在管道内壁的焊接量。
5.4 钢管探伤所有在加工完成的焊缝，必须经过检验合格后，才能进入安装工序，具体见管道焊接工艺施工技术。
5.5 管道油漆防腐管道油漆防腐必须在焊接检验合格后进行。
5.6 表面预处理钢材表面涂装前，必须进行表面预处理。在预处理前，钢材表面的焊渣、毛刺、油脂等污物应清除干净。
表面预处理质量，应符合施工图纸的规定。钢管内壁采用喷涂材料、除锈等级应达到GB8923-88规定的Sa21/2级。埋管外壁采用喷涂水泥浆时，应达到Sa1级。表面预处理应使用洁净、干燥、有棱角的石英砂喷射处理钢板表面。喷射用的压缩空气应经过过滤，除去油水。当钢材表面温度低于露点以上3℃、相对湿度高于85%时，不得进行表面预处理。
喷刷后的表面不应再与人手等物体接触，防止再度污染。施喷涂料前，应使用钢刷清除残留砂粒等杂物。作业人员应带纤维手套。若不慎用手触及已清理好的表面，应立即用溶剂清洗钢管表面。
5.7 涂装施工
施涂前，专业技术人员应根据施工图纸要求和涂料生产厂的规定进行工艺试验。试验过程中应有生产制造厂的人员负责指导，试验结果应报送监理人员。组焊后的管节、岔管及附件（除安装焊缝外），现场安装焊缝及表面涂装损坏部位应在现场进行涂装。
清理后的钢材表面在潮湿气候条件下，涂料应在4h内涂装完成，金属喷涂应在2h内完成；在晴天和正常大气条件下，涂料涂装时间最长不超过12h，金属喷涂时间不超过8h。涂装材料的使用应按施工图纸及制造厂的说明书进行。涂装材料品种以及层数、厚度、间隔时间、调配方法等均应严格执行。当空气中相对湿度超过85%、钢板表面温度低于大气露点以上3℃，以及产品说明书规定的不利环境，均不得进行涂装。本工程的钢管内壁应涂刷超厚浆型环氧沥青漆,漆膜厚度:底漆250μm，面漆250μm。安装环缝两侧各100mm范围内，在表面预处理后，应预留不刷漆，其它采用小型高压喷涂机械施喷涂料。埋管外壁应均匀涂刷一层水泥浆，涂后注意养护。施涂过程中，要特别注意防火、通风、保护工人健康。施涂后的钢管应小心存放，保护涂层免受损伤，并防止高温、灼热及不利气候条件的有害影响。各喷涂层间的喷枪走向应相互垂直，交叉覆盖。上一层涂层表面湿度降到70%后，再进行下一层喷涂。
5.8涂层质量检验
在不适于施涂和养护的环境条件下所作的涂装，监理人员有权指示施工单位清除后重新涂刷。涂层漏涂者应予修补。若检查发现流挂、皱纹、针孔、裂纹、鼓泡等现象时，应进行处理，直至监理人员认为合格为止。涂层内部质量检验应符合施工图纸要求。涂层厚度及结合性能检验按施工图纸要求进行质量检验。涂装结束后，专业技术负责人应会同监理人员对钢管的全部涂装面进行质量检查和验收。钢管涂装的质量检验成果应报送监理人员。
6 钢管安装
6、 压力管道安装
6.1 压力管道安装程序
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6.2 压力管道安装工艺：
（1）基础复核
为确保管道的平面坐标位置及高程，在管道安装前，应重新复核管道的中心线及临时支墩的标高，核对无误后方可施工，同时作好检测记录。
（2）管道运输及安装顺序
待安装的管段加工好以后，需用5T汽车转运到安装地。桩号引0+320.000位置洞顶中心线上部设置φ30*800的预埋钢筋作为吊点见附图，采用5T手动葫芦将管段下车，放在C24轻轨或［10#上面的运输小车上。管段通过5T卷扬机牵引，托运至安装点。本工程拟将前的第一节支管作为首装节，逆水流方向施工。如果现场情况不允许按上述顺序施工，则按实际情况调整。
（3）安装方法
a. 首装节安装
按本工程的施工顺序，拟将前的第一节支管管段作为安装起始节。利用汽车或者其他方式将该管节运至安装位置，根据已复核后的基准台进行中心、高程的调整，经过检查合格后，即可用型钢将钢管临时固定于预埋的锚筋上，经检查固定牢固后，将第二节管段运至安装位置，以第一节钢管为基准调整第二节钢管的中心和高程，同时用千斤顶和拉紧器调整相邻两管口的间隙，管口压缝采用压马和楔子板压缝，压缝一般从上中心向下分两个工作面进行，同时，要注意钢板错边和环缝间隙。
将两节钢管组成大节后，应重新复核中心线偏差和倾斜度，将首装节的上、下游管口的几何中心误差调整至5mm以内（运用中垂线原理，采用水平仪、吊线球、钢卷尺，便可将临时活动支腿焊死，用型钢将钢管固定于预埋的锚筋上。
为防止加固焊接时，因焊接收缩造成钢管位移，加固型钢有一端焊缝，应为搭接焊，且应在最后焊接。加固完，再复测中心线、高程、里程和倾斜，作好记录。首装节安装好后，为保证管道不发生位移，可先浇筑二期混凝土，浇注前应对该段的焊接进行检测，合格后方可浇筑。
b. 弯管、倾斜管的安装
弯管安装要注意各节弯管下中心的吻合和管口倾斜，当下弯管安装时，即将其下中心对准首装节钢管的下中心。如有偏移可在相邻管口上，各焊一块挡板，在挡板间用千斤顶顶转钢管，使其中心一致。弯管的上、下中心和水平段钢管一样，可挂垂球或用经纬仪测定；弯管安装2至3节后，必须检查调整，以免误差积累，造成以后处理困难。斜管安装方法和弯管相同。
c. 叉管的安装
叉管采用在加工场组装检查合格后，再分段用汽车运至施工点安装的方法；安装过程与直管段基本相同，先将叉管分成两部分运到安装地点组合好，之后再与两支管同时进行对接。当叉管全部组装完毕后，必须对两个支管的中心、高程、里程和倾斜进行复核，无误后将临时支撑焊牢，方可进行施焊工作。
（4）内支撑切除及管内补漆
管道内支撑的切除应在二期混凝土浇注后进行，拆除钢管上的卡具、吊耳、内支撑和其他临时构件时，严禁使用锤击法，应用碳弧刨或氧气—乙炔焰在其离管壁3mm以上处切除，严禁损伤母材。切除后，钢管内壁上残留的痕迹和焊疤，再用砂轮机磨平，并认真检查有无微裂纹。检查合格后采用手工涂刷对切除部位进行补漆。
（5）竣工验收
压力管道工程全部完工后，由施工单位提交钢管工程验收申请报告，并提交完整的完工验收资料。经监理报送发包人批准后，进行钢管工程的完工验收。
验收时应提交的资料如下：
a. 钢管竣工图；
b. 各项材料和连接件的出厂质量证明书、使用说明书或试验报告；
c. 钢管制造、焊接、安装的质量检查报告；
d. 钢管一、二类焊缝焊接工作档案卡（包括焊工名册和代号）；
e. 重大缺陷处理报告；
f. 监理人要求提供的其它完工资料。
7 、钢管试验钢管水压试验将根据现场情况另外编制方案
8、雨季施工措施由于压力钢管施工处于季节性雨季，我单位将根据现场情况搭设防雨蓬，并作好施工场地的排水工作。
五、主要施工机具需用计划
机具、设备需用一览表
序号 | 名 称 | 规 格 | 数 量 | 备 注 |
1 | 卷板机 | 30*2000 | 1 | |
2 | 10吨龙门吊 | 1 | ||
3 | 汽车 | 5t | 1 | |
4 | 生活车 | 1 | ||
5 | 汽车吊 | 16t | 1 | |
6 | 卷扬机 | 5T | 1 | |
7 | 半自动切割机 | 4 | ||
8 | CO2气体保护焊机 | 2 | ||
9 | 埋弧焊机 | 1 | ||
10 | 直流焊机 | 10KW | 15 | |
11 | 电烘箱 | 30KG | 2 | 两用 |
12 | 空压机 | 6立方米 | 1 | |
13 | 空压机 | 2立方米 | 2 | |
14 | 电动试压泵 | 60MPa | 1 | |
15 | 超声波探伤仪 | 1 | ||
16 | X射线探伤仪 | 1 | ||
17 | 卷扬机 | 5T | 1 | |
18 | 卷扬机 | 1T | 1 | |
19 | 链条葫芦 | 5T | 4 | |
20 | 链条葫芦 | 2T | 8 | |
21 | 千斤顶 | 16T | 3 | |
22 | 高压喷涂机 | 1 | ||
23 | 保温筒 | 20 | ||
24 | 水准仪 | 2 | ||
25 | 经纬仪 | 1 | ||
26 | 步话机 | 4个 | ||
27 | 钢丝绳 | φ16 | 600米 | |
28 | 钢丝绳 | φ6.5 | 150米 | |
29 | 大锤 | 18磅 | 4 | |
30 | 大锤 | 12磅 | 6 | |
31 | 角向磨光机 | φ180 | 8 | |
32 | 角向磨光机 | φ125 | 4 | |
32 | 角向磨光机 | φ100 | 10 | |
33 | 氧气、乙炔软管 | 30米 | 各12 | |
35 | 氧气瓶 | 20 | ||
36 | 乙炔瓶 | 10 | ||
37 | 气割枪 | 10 | ||
38 | 烤枪 | 大号 | 3 | |
39 | 钢号码 | 0-9 | 2 | |
40 | 盒尺 | 5米 | 2 | |
41 | 盘尺 | 20米 | 2 | |
42 | 盘尺 | 50米 | 2 | |
43 | 盘尺 | 100米 | 2 |
六、高峰期劳动力需用计划
高峰期劳动力需用计划
工 种 | 铆工 | 焊工 | 电工 | 油漆工 | 探伤 | 起重 | 普工 | 后勤 | 管理 | 合计 |
人 数 | 8 | 15 | 1 | 6 | 1 | 4 | 8 | 2 | 3 | 48 |
七、压力钢管制作平台布置图（附图）
八、压力钢管安装轨道及固定预埋铆杆图（附图）
九、压力钢管洞内安装下车预埋铆杆图（附图）