大直径供水钢管安装施工技术

平 少 坤

(中铁十八局集团隧道工程有限公司,重庆 北碚区 400700)



大直径供水钢管安装施工技术

平 少 坤

(中铁十八局集团隧道工程有限公司,重庆 北碚区 400700)

摘要:针对大直径供水钢管焊接难度大的问题，采用新型的钢管转动对接装置，将焊缝转动到任意方便操作的角度，能够高效、优质的完成钢管转动焊接.通过研究大直径供水钢管施工技术，取得良好的经济效益和社会效益，并在本工程的相邻标段也推广应用.

关键词:大直径；钢管；焊接

1概述

该工程为辽宁省某水利工程，合同主体工程为水工隧洞工程和管线工程，桩号D120+550～D127+108，全长6558 m.其中隧洞共分两段，全长5060 m，4-1隧洞为无压隧洞，马蹄形断面；4-2隧洞为有压隧洞，圆形断面.管道建安工程共分3段，包括2段管道建安工程和1段进出口连接段，总长度为1458 m.管道建安工程采用DN5400钢管，钢管规格为Φ5440×20/1400×250×24(Φ钢管外径×壁厚/加劲环间距×加劲环高度×加劲环厚度).钢管外形尺寸图、剖面图分别见图1、2.

图1钢管标准节外形图 图2钢管标准节剖面图

2大直径钢管主要施工工艺及要点

2.1工艺流程

工艺流程：钢管吊装→钢管铆接→钢管焊接→焊缝检测→焊缝欠缺处理和补焊→钢管防腐.

2.2钢管吊装

钢管吊装根据管道的几何尺寸、重量等参数，采用70 t履带吊完成钢管吊装作业，70 t履带吊主臂长24 m，依据现场实际量测，施工幅度为16 m，最大吊装重量为11.23 t.为了防止吊装不稳起重机应在相对平整的路面进行吊装作业，尤其在深基坑附近进行吊装时，起重机站位及行走范围内的地面进行夯实，当地面较松软时，铺设钢板.起重机在吊装作业时，臂杆的起落及车体的回转不得同时操作，应分开进行.

2.3钢管铆接

图3　支墩平面布置图

钢管铆接前首先在钢管表面铺设弹性垫层.弹性垫层使用聚乙烯闭孔泡沫板，厚度为10 mm，施工时，先涂一层宽度不小于10 mm的低密度聚氯乙烯底胶，再包裹聚乙烯闭孔泡沫板.

钢管铆接采用新研究一种安全高效的钢管转动对接装置，由两个转台组成，分别设置于钢管左右侧底部，转台包括支架，支架一端设置轴承，使用时两个转台对接，并通过安装两个销子连接.

为确保钢管安装平面坐标位置、标高及里程，本工程钢管铆接前采用C30混凝土支墩方式支撑固定钢管.混凝土支墩尺寸为2.1 m×1 m，其平面布置图见图3.

钢管安装技术要求

(1)钢管的直管及伸缩节等附件与设计轴线的平行度误差应不大于0.2%.

(2)钢管安装中心的偏差应小于5 mm.

(3)钢管始装节的里程偏差应小于±5 mm.

(4)两端管口垂直度应小于±3 mm.

2.4钢管焊接

钢管焊接采用二氧化碳气体保护焊接方式.

焊接工艺流程：焊前准备→定位焊→焊前预热→正式施焊→焊接检验→焊后热处理→焊缝无损探伤→缺陷处理和补焊→焊接评定.

(1)焊前预热.

正式施焊前，首先对钢管焊缝进行预热，预热温度100～150 ℃，焊前预热采用电加热器的方式进行加热，恒温30 min后进行焊接.

(2)焊接.

图4　焊接顺序图

为防止焊接变形，采用六人对称施焊，焊接方向自下而上，左右对称施焊.在焊接里口时，第一层至第二层必须采用小规范焊接，因为它的焊接是影响焊接变形的主要原因.在焊接第二层结束后，背面进行清根.使用碳弧气刨清根结束后，必须对焊缝进行机械打磨，清理焊缝表面的渗碳，露出金属光泽，防止表面碳化严重造成裂纹.外口分两层焊完，最后再焊里口的剩余部分(如图4).

当焊接第二层时，焊接方向应与第一层方向相反，以此类推.每层焊接接头应错开15 mm～20 mm.

(3)焊后热处理.

焊接接头应在焊后12小时之内进行焊后热处理.

(4)焊接检验.

焊接接头采用超声波探伤法进行检验，检验比例为100%.

(5)焊接基本要求.

①二氧化碳气体保护焊风速大于2 m/s或遇有大风和雨天、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.

②施焊前，将坡口及其两侧10～20 mm范围内的铁锈、熔渣、油污、水迹等清除干净.

③焊条、焊剂应放置于通风、干燥和室温不低于5 ℃的专用库房内，烘焙和发放，并应及时作好实测温度和焊条发放记录.

(6)焊缝检测.

焊缝内部质量检测采用超声波检测和放射检测.所有焊缝进行100%超声波(或射线)检测，5%射线(或超声波)复验.焊缝及环向焊缝交叉处的丁字焊缝进行100%射线检验及100%超声波复验.一、二类焊缝进行5%磁粉或渗透检测.

(7)焊缝欠缺处理和补焊.

①焊缝内部或表面发现裂纹时，应进行分析，找出原因，制订措施后方可补焊.

②焊缝内部欠缺应采用砂轮或碳弧气刨方法清除，并修磨成利于焊接的凹槽.焊补前应检查，如为裂纹缺欠，则应采用磁粉或渗透方法进行检测，确认裂纹已经消除，方可焊补.

③管壁表面凹坑深度大于板厚的10%或大于2 mm，应进行焊补，焊补后，应将焊补处磨平，检查有无裂纹.对高强钢还应进行磁粉或渗透检测，不允许存在裂纹.

④钢管表面不允许存在电弧擦伤.如有擦伤，应将擦伤处打磨，并检查有无裂纹.

2.5钢管防腐

(1)钢管外壁除锈前应进行表面预处理，将外表面的油垢、泥土、杂物清理干净，焊缝的焊接飞溅物及焊瘤打磨掉，保证外壁及焊缝表面光滑.

(2)外壁清理完毕后，用电动钢丝刷进行外表面人工除锈，要将外表面的浮锈及氧化铁清除干净.经检查除锈合格后，应在8小时内涂刷上底漆.若遇环境恶劣时，应进一步缩短时间.

(3)涂刷时钢管外壁应干燥、无尘.底漆采用人工涂刷，按先轴向，后周向的步骤进行.涂刷时漆膜要饱满、均匀、无气泡、无凝块、无流淌、无漏刷.

(4)第一道面料要在底料表干后涂刷，面料亦采用人工刷涂.面料的刷涂步骤和要求与底料相同，亦应一次刷涂完毕.在常温下，涂底料与第一道面料的间隔时间不应超过24 h.

(5)在第一道面料涂刷完毕后再进行一次玻璃布缠绕前的底料涂刷.

(6)底料涂刷完成后进行玻璃布缠绕.采用干燥、脱蜡、无捻、封边、网状平纹中碱玻璃布，要求玻璃布表面平整、无皱折和空鼓.玻璃布的压边宽度为30～40 mm，搭接接头长度为100～150 mm，各层搭接接头应错开，两端预留50 mm的阶梯接茬.

(7)玻璃布缠绕完毕，立即涂刷第二道面料，其刷涂步骤与第一道面漆相同.要求料膜饱满均匀，将第一层玻璃布的所有网眼灌满，不漏布纹，且应一次刷涂完毕.

(8)第三道面料的刷涂要在第二道面料实干(用手指捻防腐层不移动)后、固化(用手指甲用力刻防腐层不留划痕)前进行刷涂；刷涂要求料膜饱满均匀、无气泡、无流淌、不漏刷、表面光滑，刷涂的步骤相同.

3新技术研究

本文中对新技术的研究通过优化施工方法极大的节省了工期，节约了施工成本，取得了良好的社会效益和经济效益.

3.1焊接技术

本工程管道焊接施工若采用普通焊条手工焊接对焊工技术要求高，生产效率低，它是以外部涂有涂料(药皮)的焊条作为电极和填充金属，电弧在焊条端部和工件表面之间进行燃烧形成熔池，随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝.在焊接过程中，药皮不断地分解、熔化会产生大量有毒气体及熔渣，焊芯在电弧热作用下不断熔化，施工过程中技术不娴熟会造成焊滴的浪费.

采用二氧化碳气体保护焊、“内三外二”焊接工艺，保证了DN5400大直径钢管焊接质量.以二氧化碳作为保护气体，依靠连续送进焊丝和焊件之间发生穿透力极强的电弧，使两种金属充分熔合.因电弧和熔池完全处在二氧化碳气体保护下，从而可获得优质焊缝.焊接设备主要由焊枪、送丝机构和平特性直流电源组成.

焊接材料主要由焊丝和二氧化碳气体组成，在施工中易于做到对材料的清理回收，不乱扔、乱放.选择二氧化碳气体保护焊操作简便，节省人工，极大的缩短工期.在机械选型上选择使用了低噪音、低污染的环保机具，保证了社会效益.

3.2钢管铆接技术

将两根钢管对在一起焊接，是施工中经常遇到的问题.大型工程用的钢管直径大、长度长，这就要在焊接前将每一对钢管端头的接缝尽可能对正，确定误差在允许的范围内以后，在周圈点焊上多个点固定，然后才能将接缝全部焊接死.

目前，钢管的端头接缝对接是将需要对接的钢管支撑起来，当端头靠在一起不能对正时，要将钢管抬起并在钢管的下面人工加楔子来调整，调整到合格后再点焊对接.在调整对接大直径、连接长度长的钢管费工费时，工效低，人工加楔子调整不好把握尺度，人工操作也不安全.通过此方法对接钢管时，钢管外防腐层很容易被事先预埋在支墩的钢筋及支墩接触点破坏.

针对现有施工技术中存在技术缺陷，研究采用的是实用新型钢管对接装置.钢管转动对接装置由两个转台组成，分别设置于钢管左右侧底部，转台包括支架，支架一端设置轴承，使用时两个转台对接，并通过安装两个销子连接.

图5所示为本实用新型的钢管转动对接支撑装置的工作状态结构示意图；图6所示为本实用新型的钢管转动对接支撑装置的结构示意图.

图5图6

如图5和图6所示，本实用新型的钢管转动对接支撑装置包括两个支架1，两个分别设置在所述的两个支架上表面外侧的支座2，以及两个分别可旋转地设置在所述的支座上的支承辊3，所述的两个支架的内侧分别向内延伸地设置有侧连接板4，在所述的侧连接板分别设置有销孔5，所述的两个支架的侧连接板相互交错并通过穿过销孔的销钉固定连接.将两个支架的侧连接板交错设置，同时因为所述的侧连接板上设置有沿水平方便间隔设置的多个销孔，旋转匹配的小孔，并利用一个或者多个销钉穿多销孔，可以将两个支架连接在一起，而且，两个侧连接板上穿插销钉位置的不同，还会导致两个支承辊间距的变化，这样能实际调节支撑钢管的高度，提高其支撑效果.图7、图8、图9为钢管转动支撑装置和钢管旋转装置在本工程中实际使用情况.

图7钢管转动支撑装置(转台) 图8钢管转动支撑装置(转台)

图9　钢管旋转装置

其中，本实用新型的主体结构由工字钢焊接而成，结构简单稳定，操作简捷，在使用时，只需使用吊车将钢管吊装至混凝土支墩上，通过在钢管底部加设千斤顶，将钢管支起，然后放置该支撑装置即可撤出千斤顶，为了保证支承辊支于钢管下，每对支架分别从钢管两侧完成对接.对接后将销钉穿多销孔即完成连接，而多个销孔的设置可在对接调整搭接长度以调整支撑高度.

本实用新型能够简便、高效、安全的完成钢管转动，快速的将钢管与上一节对接，完成钢管焊接，具有实用价值，且制备工艺简便，成本较低通过施加更少的力，减少劳动力使用，节约大成本费用，实现对大直径钢管的翻转，钢管在支承辊上转动摩擦力很小对钢管表面无损伤，实现更精准的对接，保证了钢管对接口的无损对接，保证了钢管连接焊接质量.

4结束语

本文所论述的大直径供水钢管施工技术在负责施工的中铁十八局集团第四工程有限公司辽宁省某水利工程中得到了成功应用.通过优化施工方法，细化工艺方案进行成本控制，控制措施可行、高效，利用科学合理的施工方法保证了工程质量，缩短了施工周期，并为后续工程的施工提供保障，在本工程的相邻标段也推广应用并取得了良好的效果，值得在类似工程中进一步推广应用.

Research on Construction Technology o Large-diameter Water Supply Pipe

PING Shao-kun

(Tunnel Engineering Corporation of China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd,Chongqing 400700,China)

Abstract：Aiming at the problem of difficult welding of large-diameter water pipe,new type of steel pipe rotation docking device is used,by which the welding can be rotated to any angle for the convenient operation and rotating welding of steel pipe can be completed with high efficiency and high quality.In this paper,the construction technology of large-diameter steel pipe for water supply is studied.This technology has obtained good economic benefit and social benefit,which can also be applied in the project of the adjacent blocks.

Key words：large diameter;steel pipe;welding

收稿日期：2015-10-23

作者简介：平少坤(1982-),男，工程师,从事隧洞、桥梁施工.

中图分类号:TU 7

文献标识码：A