徐同良 鄭 浩

(1.東平湖管理局梁山黃河河務(wù)局，山東 濟(jì)寧 272000；2.河南立信工程管理有限公司，河南 鄭州 450003)

輸水隧洞鋼管管節(jié)的運(yùn)輸和安裝調(diào)整屬于重要工序,傳統(tǒng)施工采用軌道小車運(yùn)輸安裝方案，費(fèi)工費(fèi)材料，施工進(jìn)度慢，安全性低。目前采用隧洞臺(tái)車運(yùn)輸安裝方案，雖施工效率高，但機(jī)械組裝復(fù)雜，成本較高。本文結(jié)合施工實(shí)踐，將挖掘機(jī)液壓反鏟改造后，用于鋼管運(yùn)輸和安裝，大大提高了作業(yè)效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安裝質(zhì)量和施工安全性。

1 施工工藝原理

大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工技術(shù)通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)液壓反鏟進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤糜谒矶磧?nèi)鋼管的運(yùn)輸和安裝調(diào)整，涉及機(jī)械改造、支架制作、變形控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。首先拆卸反鏟小臂，根據(jù)鋼管直徑制作一個(gè)簡(jiǎn)易支架安裝在反鏟大臂端頭，反鏟把簡(jiǎn)易支架從鋼管內(nèi)部托在鋼管頂部。壓力鋼管往往相對(duì)較長(zhǎng)、較重，導(dǎo)致安裝鋼管時(shí)，壓力鋼管的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，出現(xiàn)變形的概率越大。壓力鋼管的底部放置U形墊塊焊接于支架頂部，U形墊塊本身受力面積相對(duì)較大，更好地將壓力鋼管固定。支架上焊接固定錨環(huán)，支架兩邊各懸掛2個(gè)5t手拉葫蘆拉于鋼管中腰處，用于固定和調(diào)整鋼管，防止鋼管變形及鋼管前后傾倒。在挖掘機(jī)液壓反鏟尾部制作一配重平臺(tái)，根據(jù)反鏟工況及管節(jié)重量，適當(dāng)增加少許配重，以達(dá)到反鏟在緩坡行走的平衡穩(wěn)定。

壓力鋼管安裝后承受水壓力較大、受力復(fù)雜，為有效避免鋼管變形，瓦塊縱縫與環(huán)縫交接處采用圓弧段焊縫過(guò)渡，減少焊接應(yīng)力集中。此外，為加強(qiáng)瓦塊整體受力，保留壓力鋼管加勁環(huán)設(shè)計(jì)，安裝時(shí)將瓦塊加勁環(huán)與鋼管加勁環(huán)對(duì)接焊接。瓦塊制作時(shí)采用合理的加工流程和加固措施，確保瓦塊卷制弧度，控制加勁環(huán)安裝間隙，防止瓦塊的運(yùn)輸變形。瓦塊安裝焊縫采用不對(duì)稱X形坡口，坡口外小內(nèi)大，背面焊縫坡口比例為2/5，正面焊縫(過(guò)流面)坡口比例為3/5，在保證厚板焊接質(zhì)量的同時(shí)減少了外部狹小空間內(nèi)焊接停留時(shí)間。通過(guò)選擇合理的焊接順序和焊接方法，盡量減少在剛性約束條件下的焊接應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止焊縫產(chǎn)生冷裂紋。

該技術(shù)適用于大直徑隧洞內(nèi)緩坡段的短管節(jié)鋼管安裝，隧洞和鋼管直徑在3～12m，洞內(nèi)坡度為0°～8°,鋼管管節(jié)長(zhǎng)度在3m以下。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 挖掘機(jī)液壓反鏟改造及支架制作

首先拆卸掉挖掘機(jī)液壓反鏟小臂，根據(jù)鋼管直徑制作一個(gè)大直徑輸水隧洞壓力鋼管專用支架，安裝在反鏟大臂端頭。支架與反鏟大臂的組裝要牢固,在運(yùn)輸途中不得晃動(dòng)和傾斜。簡(jiǎn)易支架的頂面形狀為與鋼管內(nèi)壁相吻合做成弧形，并要有足夠的面積，防止鋼管在自重作用下產(chǎn)生局部變形。

防止管道變形或傾覆。支架的頂面形狀與鋼管內(nèi)壁相吻合。支架所有部件加工焊接質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求。反鏟改造、制作及安裝支架見(jiàn)圖2。

圖2 反鏟改造、制作及安裝支架

挖掘機(jī)液壓反鏟專用支架見(jiàn)圖3。

圖3 挖掘機(jī)液壓反鏟專用支架示意圖

2.2.2 鋼管坡口清理

鋼管在運(yùn)輸安裝前，先對(duì)坡口及兩側(cè)各100mm內(nèi)進(jìn)行清理，去除污物、油污、油漆、鐵銹、氧化皮、潮氣等影響焊接質(zhì)量的物質(zhì)。油污、油漆應(yīng)經(jīng)過(guò)火焰烘烤。對(duì)貼陶瓷襯墊的粘貼處附近予以清潔，以增加粘貼結(jié)合力。

2.2.3 鋼管翻轉(zhuǎn)及固定

采用平板車將鋼管運(yùn)輸?shù)剿矶纯?，利用洞頂錨環(huán)和卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行鋼管翻轉(zhuǎn)。挖掘機(jī)液壓反鏟大臂伸到鋼管內(nèi)壁頂部，將專用支架兩側(cè)的兩臺(tái)手拉葫蘆與鋼管上的錨環(huán)進(jìn)行固定。

鋼管翻轉(zhuǎn)見(jiàn)圖4，鋼管固定見(jiàn)圖5。

圖4 鋼管翻轉(zhuǎn)

圖5 鋼管固定

2.2.4 隧洞內(nèi)運(yùn)輸鋼管

挖掘機(jī)液壓反鏟支架自主行走，無(wú)須牽引。根據(jù)隧洞內(nèi)情況轉(zhuǎn)彎或上下左右調(diào)整鋼管，避免與洞壁碰撞。反鏟在運(yùn)輸鋼管時(shí)，要根據(jù)管件重量和洞內(nèi)地面的坡度，調(diào)整反鏟配重，以滿足反鏟運(yùn)輸穩(wěn)定要求。鋼管運(yùn)輸時(shí)，因鋼管在反鏟前方，影響司機(jī)視線，要有專人指揮引導(dǎo)。托舉和固定鋼管后要測(cè)量檢查鋼管是否變形。運(yùn)輸途中需控制行進(jìn)速度，防止劇烈顛簸，防止鋼管與洞壁碰撞。加強(qiáng)洞內(nèi)照明，注意洞內(nèi)通風(fēng)排煙，及時(shí)消散反鏟尾氣。每次運(yùn)輸鋼管前，對(duì)支架和錨環(huán)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)變形、開(kāi)裂時(shí)，及時(shí)加固，否則不得使用。

隧洞內(nèi)運(yùn)輸鋼管見(jiàn)圖6。

圖6 隧洞內(nèi)運(yùn)輸鋼管

2.2.5 鋼管安裝調(diào)整

施工前，先通過(guò)全站儀在洞內(nèi)把每節(jié)鋼管的腰線兩側(cè)及底部軸線中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)洞壁上的位置做好標(biāo)記，每個(gè)斷面上共有3個(gè)點(diǎn)。保證放樣精度是鋼管安裝的基礎(chǔ)，安裝人員根據(jù)測(cè)量放點(diǎn)進(jìn)行就位、調(diào)整。采用挖掘機(jī)液壓反鏟調(diào)整鋼管到設(shè)計(jì)位置，然后進(jìn)行鋼管外部支撐并加固。施工測(cè)量見(jiàn)圖7，鋼管安裝調(diào)整見(jiàn)圖8。

圖7 施工測(cè)量

圖8 鋼管安裝調(diào)整

2.2.6 液壓反鏟退出

確保鋼管支撐牢固后，松開(kāi)內(nèi)部手拉葫蘆和反鏟大臂，退出反鏟進(jìn)行下節(jié)鋼管運(yùn)輸。

2.2.7 鋼管內(nèi)支撐拆除

拆除鋼管上的內(nèi)支撐、臨時(shí)卡具時(shí)嚴(yán)禁錘擊，采用碳弧氣刨或手割炬在其離管壁約3mm左右處切除，注意不傷及母材。同時(shí)，將鋼管內(nèi)壁的焊疤清除干凈，局部凹坑深度不超過(guò)板厚的10%且不大于2mm，超標(biāo)凹坑用砂輪打磨至便于焊接的凹槽再進(jìn)行焊補(bǔ)。最后，對(duì)鋼管焊縫、焊疤、焊補(bǔ)處、其他殘留痕跡等全部打磨平整，與母材高度一致。對(duì)磨平后的焊縫、焊疤、焊補(bǔ)處做PT檢查，查看有無(wú)氣孔、微裂紋等，檢查合格后使用環(huán)氧煤瀝青漆涂裝防腐。

2.2.8 鋼管焊接

a.焊接工藝。采用CO2單面焊雙面成型工藝，焊接前先進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，保證焊接電流和電壓的匹配，確保焊縫成型良好。選擇熟練的焊工，使用較大電流的焊接規(guī)范，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于鋼管安裝后與底板之間空隙較小很難操作，因此將鋼管腰線作為分界點(diǎn)，坡口做成正反方向(上部朝下，下部朝上)。

b.焊縫檢查。環(huán)縫焊接檢查分為焊縫外觀檢查和無(wú)損探傷檢查。焊縫外觀檢查主要檢查焊縫表面無(wú)氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，以及焊縫余高，蓋過(guò)坡口寬度等。無(wú)損檢查采用超聲波進(jìn)行，由于環(huán)縫焊接為Ⅱ類焊縫，進(jìn)行50%超聲波抽檢。如出現(xiàn)質(zhì)量缺陷及時(shí)處理。焊縫外觀檢查見(jiàn)圖9，無(wú)損探傷檢查見(jiàn)圖10和圖11。

圖9 焊縫外觀檢查

圖10 無(wú)損探傷檢查(一)

圖11 無(wú)損探傷檢查(二)

3 工程應(yīng)用

3.1 甘肅省引洮供水二期工程主體工程施工第48標(biāo)壓力管道安裝工程應(yīng)用

2016年9月20日至2018年10月30日實(shí)施的甘肅省引洮供水二期工程主體工程施工第48標(biāo)壓力管道安裝工程，引水隧洞設(shè)計(jì)直徑7.8m，壓力鋼管鋼材采用Q345D低合金鋼，鋼管壁厚20mm，鋼管內(nèi)徑為6.6m，洞內(nèi)坡比i=1%。施工前期，鋼管運(yùn)輸和安裝采用傳統(tǒng)的鋪設(shè)軌道方案，鋼管翻轉(zhuǎn)直立后利用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引小車運(yùn)至安裝位置，再進(jìn)行調(diào)整就位。完成1節(jié)鋼管運(yùn)輸安裝需耗用人工13工時(shí)及機(jī)械8臺(tái)時(shí)(含鋪設(shè)軌道60m)。技術(shù)人員創(chuàng)新利用CAT220D挖掘機(jī)液壓反鏟進(jìn)行隧洞內(nèi)鋼管運(yùn)輸和安裝。經(jīng)過(guò)改造后，完成1節(jié)鋼管運(yùn)輸安裝只需人工6工時(shí)及機(jī)械4臺(tái)時(shí)，采用挖掘機(jī)液壓反鏟運(yùn)輸及安裝鋼管比傳統(tǒng)的鋪設(shè)軌道運(yùn)輸安裝方法可減少勞動(dòng)力80%左右，安裝速度提高2～3倍。

傳統(tǒng)鋪設(shè)軌道運(yùn)輸安裝壓力鋼管與挖掘機(jī)液壓反鏟運(yùn)輸安裝壓力鋼管兩種方案用工對(duì)比表見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)鋪設(shè)軌道方案與挖掘機(jī)液壓反鏟方案用工對(duì)比

3.2 云州水庫(kù)調(diào)水主蓄水池至滑雪場(chǎng)輸水工程一期管道施工第三標(biāo)段管道安裝工程應(yīng)用

2017年3月27日至2018年9月28日實(shí)施的云州水庫(kù)調(diào)水主蓄水池至滑雪場(chǎng)輸水工程一期管道施工第三標(biāo)段管道安裝工程，引水隧洞設(shè)計(jì)直徑8.4m，壓力鋼管內(nèi)徑7.6m，壁厚24mm/20mm/16mm，管節(jié)長(zhǎng)0.6～1.8m，洞內(nèi)坡比i=1.5%。該工程應(yīng)用了大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工技術(shù)，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)工程應(yīng)用實(shí)踐，大直徑緩坡段輸水隧洞壓力鋼管液壓反鏟安裝施工方法，對(duì)洞內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆芬筝^低，不需鋪設(shè)軌道。施工安全性好，隧洞內(nèi)鋼管管徑大，管節(jié)短，鋼管直立后，反鏟從鋼管頂部托舉鋼管，鋼管不會(huì)傾倒。安裝調(diào)整在鋼管內(nèi)部進(jìn)行，較好地保證了施工人員安全。鋼管運(yùn)輸和安裝均由一臺(tái)反鏟挖掘機(jī)完成，施工簡(jiǎn)便、快捷、成本較低。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)同類工程施工提供了很好的借鑒和指導(dǎo)作用。