何衛(wèi)東

（湖南涔天河工程建設(shè)投資有限責(zé)任公司，湖南 永州 425500）

1 工程概況

涔天河水庫擴(kuò)建工程樞紐電站引水系統(tǒng)發(fā)電鋼管（以下簡稱鋼管）采用一管四機(jī)布置形式，下平洞為壓力鋼管洞內(nèi)埋管、洞外設(shè)4 個(gè)岔管，主管段工程量約1450t。隧洞內(nèi)主管內(nèi)徑Φ9.5 m，長度約153 m，主管壁厚36 mm，單節(jié)最大長度2 500 mm，材質(zhì)Q345C，加勁環(huán)36×250（厚度×高度），依次序?yàn)棣?.5 m 水平直管前段、Φ9.5 m 水平彎管段、Φ9.5 m 水平直管后段、漸變段和Φ8.2 m直管段五個(gè)部分。圖1 為壓力鋼管布置圖。

根據(jù)工程招投標(biāo)所形成的規(guī)劃方案，采用常規(guī)的壓力鋼管制安技術(shù)方案，擬在廠房施工區(qū)域內(nèi)的主河道建設(shè)鋼管制造廠，在鋼管制造廠內(nèi)完成鋼板下料、瓦片卷制，在壓力鋼管岔管段上游側(cè)河道中搭設(shè)組圓平臺。進(jìn)入工程實(shí)施階段，實(shí)際情況與招投標(biāo)階段存在較大的差異，河道狹窄，存在兩個(gè)問題，一是難以提供足夠的場地建設(shè)鋼管廠和組圓平臺，二是主管制作影響所有岔管安裝，延長壓力鋼管制安直線工期。根據(jù)施工單位編制的壓力鋼管制安施工組織設(shè)計(jì)，壓力鋼管在組圓平臺上制作成管節(jié)后，通過運(yùn)輸臺車運(yùn)抵洞內(nèi)安裝，只有完成主管安裝后，岔管才能安裝，成為涔天河工程地面廠房和壓力鋼管施工的難題。

2 大型鋼管自動(dòng)組焊技術(shù)

為了解決工地場對施工的影響，了解到大型鋼管自動(dòng)組焊技術(shù)，可以利用制作好的瓦片進(jìn)行垂直組圓，可以布置在洞內(nèi)或者洞口，幾乎不占用場地。這中大型鋼管自動(dòng)化組焊技術(shù)，是國際首創(chuàng)科技項(xiàng)目，在傳統(tǒng)的工藝和現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，采用智能化組焊設(shè)備進(jìn)行鋼管的現(xiàn)場組圓和焊接。其主要特點(diǎn)：

1）管節(jié)由傳統(tǒng)的水平組圓方式變成垂直組圓；

2）瓦片機(jī)械組對調(diào)整；

3）縱縫采用埋弧自動(dòng)焊接工藝, 確保了縱縫的焊接質(zhì)量穩(wěn)定；

4）鋼管自動(dòng)調(diào)圓；

5）加勁環(huán)機(jī)械組對及其角焊縫的埋弧自動(dòng)焊接等工藝流程，效率更高；

6）管節(jié)制作完成后，直接上臺車運(yùn)輸?shù)桨惭b工位；

7）減少施工人員和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鋼管組圓焊接質(zhì)量和效率。

經(jīng)過調(diào)研，在梨園電站和黃金坪水電站部分采用了智能化鋼管組焊專機(jī)設(shè)備。設(shè)備主機(jī)由固定式機(jī)架、動(dòng)力箱、回轉(zhuǎn)液壓支撐架和控制系統(tǒng)構(gòu)成，并配備了帶加勁環(huán)組焊功能的滾輪架和埋弧自動(dòng)焊設(shè)備。瓦片采取機(jī)械組對方式。加勁環(huán)利用組焊功能的滾輪架，在旋轉(zhuǎn)的鋼管下端依次進(jìn)行機(jī)械組對。設(shè)備配置埋弧自動(dòng)焊機(jī)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

3 涔天河工程引進(jìn)推廣移動(dòng)式壓力鋼管組焊車間新技術(shù)

針對涔天河壓力鋼管工程施工存在的難題，自2014 年9 月，建設(shè)單位機(jī)電工程部組織設(shè)計(jì)到黃金坪水電站進(jìn)行考察，雖然黃金坪電站只是壓力鋼管部分工程量使用了這項(xiàng)技術(shù)，但取得了較好的效果。這項(xiàng)技術(shù)如果引入可以解決涔天河水庫擴(kuò)建工程壓力鋼管制安場地和工期難題。

在建設(shè)單位決定展開新技術(shù)引進(jìn)工作同時(shí)，技術(shù)研發(fā)單位總結(jié)了梨園和黃金坪水電站使用經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)備系統(tǒng)升級改造，形成了移動(dòng)式的鋼管組焊車間，系統(tǒng)完成了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，見表1。

表1 涔天河鋼管工程的移動(dòng)式組焊車間設(shè)備主要配置和性能

設(shè)備安裝調(diào)試階段結(jié)束后，形成了穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，新技術(shù)的優(yōu)勢越來越明顯，至2015 年5 月開始形成了平均2.5 天/節(jié)（最快1.5 天/節(jié)）鋼管的生產(chǎn)能力，見表2。

表2 涔天河工程壓力鋼管自動(dòng)化制造工藝參數(shù)（2016 年5～8 月記錄）

涔天河鋼管新技術(shù)創(chuàng)新主要在以下幾個(gè)方面：

1）首次實(shí)現(xiàn)鋼管組焊車間設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,移動(dòng)、安裝和拆卸簡單方便。

2）瓦片和加勁環(huán)分別在工廠制造，運(yùn)輸瓦片到工地，運(yùn)距約1 400 km。

3）首次采用“三工位”法進(jìn)行鋼管現(xiàn)場制造和安裝，焊縫總長的70%實(shí)現(xiàn)埋弧自動(dòng)焊接。即第一個(gè)工位實(shí)現(xiàn)單節(jié)鋼管組焊（含加勁環(huán)），使100%的縱縫和加勁環(huán)角環(huán)縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接；第二個(gè)工位雙節(jié)鋼管組焊，使30%、50%的管節(jié)對接環(huán)縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接；第三個(gè)工位鋼管安裝。見圖2。

4）首次實(shí)現(xiàn)鋼管重量50 t、5 m 的大節(jié)管節(jié)（兩節(jié)管節(jié)組對成1 節(jié)）過彎道運(yùn)輸。

圖2 涔天河水工鋼管移動(dòng)組焊車間布置在引水發(fā)電洞出口

截止2016 年10 月16 日，涔天河水電站應(yīng)用新工藝總計(jì)完成了65 節(jié)鋼管制造和安裝，縱縫473 m（超聲波探傷一次合格率達(dá)99%）、對接環(huán)縫567 m（超聲波探傷一次合格率達(dá)99.6%）、加勁環(huán)角焊縫長度4 072 m 均采用了埋弧自動(dòng)焊接工藝，占焊縫總長的70%。根據(jù)最終檢測結(jié)果：焊接質(zhì)量100%合格，鋼管制作尺寸和形位公差優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。鋼管制作安裝工期較原計(jì)劃縮短4 個(gè)月。

4 新技術(shù)引進(jìn)推廣創(chuàng)新模式

涔天河水庫擴(kuò)建工程使用移動(dòng)組焊車間新技術(shù)是首次在水利工程中推廣應(yīng)用，創(chuàng)新了業(yè)主直補(bǔ)施工單位促進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的模式。

移動(dòng)式壓力鋼管組焊車間新技術(shù)是在招投標(biāo)已經(jīng)完成，為解決工程施工階段遇到實(shí)際困難，建設(shè)單位主動(dòng)要求壓力鋼管制安單位采用的。引進(jìn)推廣新技術(shù)，會(huì)提高施工單位的成本，為了平衡施工單位的利益，建設(shè)單位采取提供專項(xiàng)補(bǔ)助資金的模式，促使施工單位應(yīng)用新技術(shù)。通過新技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到了優(yōu)化場地布置、提高工程質(zhì)量、確保施工工期的目標(biāo)。

5 結(jié) 語

移動(dòng)式壓力鋼管組焊車間經(jīng)過在涔天河工程的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國水利工程大型鋼管先進(jìn)制造技術(shù)上了一個(gè)新臺階。這項(xiàng)新技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)的壓力鋼管生產(chǎn)施工技術(shù)工藝，節(jié)省了建設(shè)單位在工地建設(shè)鋼管廠、運(yùn)輸?shù)缆犯脑旒按蠹\(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了水工大型壓力鋼管制作安裝質(zhì)量提升、施工工期縮短、成本降低（總工程）的目標(biāo)。為今后在所有高山峽谷地區(qū)以及國際水利水電工程建設(shè)的設(shè)計(jì)規(guī)劃提供了可借鑒的解決方案，對促進(jìn)水利水電工程建設(shè)事業(yè)定會(huì)起到積極的作用。