倒虹吸工程钢管制作安装施工技术分析_刘迎帝.pdf

88 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）倒虹吸工程钢管制作安装施工技术分析刘迎帝（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，兰州 730000）摘 要：倒虹吸工程所用的钢管是通过焊接钢板得到的，具有强度大、糙率小、不透水性好、水头损失小等优势。但是倒虹吸钢管也有很多的缺点，例如刚度小、耐久性差、防锈费用高，并且，倒虹吸钢管对制造技术的要求特别高。基于此，为了保证倒虹吸工程中钢管的良好使用，文章以某倒虹吸工程为例，对倒虹吸工程中钢管的制作和安装施工技术进行了分析。关键词：倒虹吸工程；钢管制作；钢管安装；施工技术中图分类号：TV672.5文献标识码：B一般来说，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为制造管内的真空，所以应用的场合更多。钢管在倒虹吸工程中应用的很多，具有很多的优点，但是也有很多的缺点，比如受主钢管变形影响导致接头漏水，而且其耐久性差，对制作技术要求很高。因此，必须深入探究倒虹吸工程钢管的制作和安装施工技术，以促进钢管在倒虹吸工程得到更好的应用，促进倒虹吸技术的发展，更好地促进我国的水利工程和建筑事业的发展。1 工程概述4#倒虹吸工程管道的压力钢管管材为Q355C，总共长 1718.33m；该倒虹吸工程管道的进出口位置地形比较陡，整条管线位于热狼沟内，沟底横跨河流；该倒虹吸工程管段的最大水头为 175m，选用的压力钢管的管径为 1600mm，管壁厚度为14mm；在压力钢管上还放置了加劲环和支撑环，它们的间距分别为 2m 和 8m；跨河采用支墩架空的方式，支墩间距为 8m，支墩支座采用滑动形式。2 压力钢管的制作下面将对倒虹吸工程压力钢管制作的几个方面逐一进行分析和介绍。2.1 现场加工厂布置该倒虹吸工程钢管制作时，选择了一块60m50m的场地并对其进行平整化处理，随后在其上铺设一个30m10m且=12mm的钢制平台，并在该钢制平台附近安装刨边机、埋弧焊机、卷板机和二保焊机。钢制平台和刨边机的作用分别是加工制作压力钢管和下料。2.2 压力钢管制作工艺流程倒虹吸工程压力钢管制作的工艺流程如下：钢板进场并对其进行验收下料（半自动切割机火焰切割钢材，刨边机坡口刨边）卷管机卷管焊接打底埋弧焊接（可控硅弧焊整流电焊机）汽保清根埋弧焊接二次卷管机圆管 4 米接管二保焊打底埋弧焊接汽保清根磨光机打磨埋弧焊接加劲环组对手工焊接成品验收。2.3 压力钢管的制作工艺倒虹吸工程压力钢管的制作工艺包括 9 个方面：钢材的划线工艺，在这个工艺中要把钢板通过吊车运送到下料平台上，并严格按照倒虹吸工程的钢管展开图等有关的施工图纸划线下料；钢材的切割工艺，在这个工艺中，为了根据下料的划线准确地切割钢板，需要利用半自动切割机进行切割作业；钢板的标记和坡口的炮制工艺，在这个工艺中要用油漆对切割好的钢材做好标记工作，并保证该标记是牢固的，在钢材上要标上管节标号、钢材的上下左右、水流的方向、钢材的中心线等，需收稿日期 2022-12-17作者简介刘迎帝（1990-），男，甘肃环县人，助理工程师，主要从事水利工程施工管理等相关工作。文章编号:1007-7596（2023）01-0088-04DOI:10.14122/ki.hskj.2023.01.021 89 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）要用刨边机对钢材进行坡口炮制；钢板的压头工艺，在这个工艺中，要利用压头机每隔 50mm 对钢材进行压头作业并及时进行样本检查；钢板的卷板工艺，在这个工艺中，要沿着钢板延伸的方向利用三辊移动式卷板机对钢材进行冷卷板作业并及时测量钢材样板的弧度；纵缝组队工艺，这个工艺需要在平台上进行，且要利用样板等得到合适且符合要求的错边、圆度等的钢管，随后要对这些钢管进行坡口的点焊作业；纵缝、环缝焊接工艺，在这个工艺中，通常需要利用埋弧焊的方式进行作业，焊接顺序为首先对正面坡口进行焊接，然后利用碳弧气刨清根后对背面进行焊接；钢管的除锈和防腐工艺，这个工艺非常重要，能够更好地保护钢管，在这个工艺中要按照相关的设计规范对钢管的表面进行涂装；管段的堆放工艺，在这个工艺中，必须根据设计图纸的位置对管段编号堆放1。2.4 压力钢管的现场制作质量控制倒虹吸钢材压力钢管的现场制作质量控制主要包括 10 个方面，下面将分别对这些方面进行介绍和分析。2.4.1 压力钢管主材料控制必须对制作倒虹吸工程压力钢管的主材料按照工程设计图纸的要求进行入库验收作业，使这些主材料的型号、规格和材质能满足倒虹吸工程的设计要求。在入库验收作业的过程中，要出具性能实验报告和主材料的质量证明材料，不能使用没有合格证件的主材料。另外，为了更好地控制制作倒虹吸工程压力钢管主材料的质量，必须进行抽样检查。2.4.2 划线下料控制首先，在倒虹吸工程钢管加工之前，工程的相关施工人员必须开会讨论所需要的技术、检查倒虹吸工程的施工图纸，还要保证该工程参与划线作业的工作人员熟悉相应的图纸并掌握设计要求。随后，要进行划线放料作业，一般要 1:1 现场放样，待放样结束后，工程师和质量有关的负责人员要及时校正大样。大样符合要求后，就能进行划线切割作业，在这个过程中，经常利用半自动切割机对钢材进行直线切割。2.4.3 V 型 60坡口控制对于倒虹吸工程压力钢管的焊缝通常选择 V 型60坡口，且这个坡口的误差必须在 2mm 以内。在这个过程中，往往需要利用刨边机对坡口进行炮制，待坡口炮制结束后才能对压力钢管进行卷管作业2。2.4.4 焊接控制倒虹吸工程钢管选择 V 型 60坡口焊接，焊接顺序是先焊接正面后焊接压力钢管的反面。待钢管正面焊接结束之后，必须先将焊缝背面清理干净，然后才能利用 V 型 60坡口焊接反面。2.4.5 钢管组队卷制控制对于倒虹吸工程钢管进行卷制作业时需要选取样本的四分之一，并根据样板及时对钢制卷板进行圆弧调整，卷制方向必须同钢板压延的方向一致。另外，由于压力钢管的直径很大且长度很长，必须在钢板卷制作业中注意安全，并且确保钢板卷制时与桥吊紧密配合。需要注意的是，千万不能对钢板横向卷制，而且没有桥吊时也不能卷制。2.4.6 钢管的弧圆度控制待倒虹吸工程单节钢管卷制结束，就需要进行压力钢管的圆度校正作业。在圆度校正的过程中，需要保证测量的点数不少于 8 个。待钢管校正符合规范和要求后，就需要对压力钢管内壁进行“米”字形支撑，待支撑作业结束后，再焊接加劲环3。2.4.7 成段管节的焊接控制待倒虹吸工程单节钢管制作全部完成，就需要进行成段钢管的焊接，一般需要将两节或三节钢管制作形成一段管段，该管段的长度一般为 46m，需要在平台上进行管段的对接作业，其中每两个管节间错台 3mm，焊接环缝选择的还是 V 型 60坡口，焊接顺序也是先正面焊接，再进行背面环缝的焊接。成段管节焊接完成之后，要对纵缝和环缝进行检查，一旦发现不合格或有损伤的焊段，要再次进行焊接，待焊接全部符合规范时，再开始下一工序。2.4.8 管段内壁的除锈控制待倒虹吸工程管段焊接完成，就需要对压力钢管内壁进行除锈作业。对压力钢管进行除锈操作时有两种方式，分别是人工除锈和喷砂除锈，无论采取的是哪种除锈方式都必须认真处理，使钢管内壁具有良好的光洁度，待其达到 Sa21/2 后，再进行压力钢管内壁的涂装作业。2.4.9 管段内壁的涂装控制 90 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）待倒虹吸工程管段除锈完成，就需要对压力钢管内壁进行涂装作业。在涂装作业过程中，必须遵守相应的涂装规范，且必须在钢管除锈 24h 之内进行钢管的涂装作业；在钢管内壁涂刷时要色调一致，杜绝起皱和溜挂问题；另外，在钢管环缝两边要各留出 100150mm 的区域不进行涂装作业，还要对此区域进行良好的保护，避免生锈问题的出现。2.4.10 管段的堆放控制待倒虹吸工程管段涂装完成，表示管段的制作基本上也已经完成，这时就需要对压力钢管进行堆放作业，相关堆放人员要根据设计图纸的要求，对管段进行标号并将其堆放到正确的位置。需要注意的是，在压力钢管堆放的过程中，要依据安装的顺序将其分类堆放。3 压力钢管安装施工方案和措施3.1 施工方案倒虹吸工程钢管在加工厂进行完集中坡口处理、喷砂除锈处理以及防腐处理，表明钢管制作完成。随后将倒虹吸工程钢管运送到安装位置，进行压力钢管的安装作业。利用 25T 汽车吊起吊压力钢管并下管，利用动力电源对压力钢管进行焊接，接下来为了避免因为压力钢管的热胀冷缩造成的钢管破裂，则需要对压力钢管安装伸缩节。3.2 施工措施3.2.1 施工准备在进行倒虹吸工程钢管安装时，要提前做好安装施工准备工作，仔细检查钢管的基槽标高，要认真核查镇支墩混凝土的质量，待这两方面完全合格后再进行铺设作业；在雨季进行倒虹吸工程钢管安装时，要及时进行排水处理；在钢管安装前，还必须进行安全和技术交底。3.2.2 钢管防腐在进行倒虹吸工程钢管安装时，同样要注意钢管的防腐，必须对安装场地的压力钢管进行喷砂除锈作业；必须当天对除锈合格的压力钢管进行防腐操作，避免其因为露水等原因生锈；必须对防腐处理的压力钢管吊运放置，在此过程中坚决不能破坏钢管的防腐层。3.2.3 钢管运输和下管在压力钢管用运输车运输的运输过程中，要将钢管绑扎牢固并且不能破坏钢管的防腐层；在压力钢管装卸的过程中，要利用合适的吊具起吊钢管，同样为了不破坏钢管的防腐层坚决不能将吊绳直接放在管道上；尽量利用吊车将压力钢管放置在安装施工的位置，不能通过滚动任意下管；如果不小心造成钢管防腐层损坏，则应该及时进行二次防腐处理。3.2.4 焊口组对在进行倒虹吸工程钢管焊口组队的过程中，必须提前将钢管内的杂物打扫干净，提前将钢管坡口的锈迹等处理干净并使其有一定的光泽度；要保证组队的钢管内壁齐平且其错口值 1mm；要保证钢管间隙符合工程要求且其误差 2mm；要利用马蹬对组合好的压力钢管支撑牢固，防止钢管焊接时出现错位。3.2.5 钢管焊接在进行倒虹吸工程钢管焊接的过程中，安装相关的焊工必须持有合格的特殊工种资格证及上岗证，方能在现场对钢管开始施焊；钢管焊接材料的品种要与焊接方法相适应，焊接时必须选用合格的材料，在运输以及存放钢材的过程中必须相互依防潮，还要提前对钢管进行烘焙处理并将焊条放在保温筒中随取随用；钢管焊接时，管道内不能有穿堂风；不能在压力钢管水平和垂直处的应力最大的地方进行纵向焊缝；要选择手工电弧焊焊接压力钢管的焊缝且需要两名焊工对钢管进行对称焊接以免焊接质量差；待钢管第一遍焊接结束后，要利用角磨机对钢管焊缝进行打磨并清理焊渣，随后进行后续的焊接工作；坚决杜绝在焊接好的钢管上焊接临时支撑物或者点燃电弧；钢管焊接时温度应该在1025之间，并且要保证长管段闭合安装；对于焊接合格的压力钢管要将其放在垫层砂上，还要避免管内有机积物；对于直径为 DN2400 的压力钢管要利用双面焊接的方法进行焊接4。3.3 钢管安装焊接质量保证措施对于保证倒虹吸钢管安装焊接质量的措施有很多，下面将详细进行阐述：1）将钢管加工成型并运到吊装地点对接时，必须保证其压力等级、材料以及质量等符合工程要求；钢管管节的表面要没有锈蚀、斑疤等问题；钢管焊缝外观要光顺、均匀，不能有弧坑、裂纹等问 91 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）题，如表 1 所示，焊缝外观应符合下表的规定。表 1 焊缝的外观质量表项目技术要求外观不得有熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上，焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔、弧坑和灰渣等缺陷；表面光顺、均匀，焊缝与母材应平缓过渡宽度应焊出坡口边缘 2-3mm表面余高应小于或等于 1+0.2 倍坡口边缘宽度，且不应大于 4mm咬边深度应小于或等于 0.5mm，焊缝两侧咬边总长不得超过焊缝长度的 10%，且连续长不应大于 100mm错边应小于或等于 0.2t，且不应大于 2mm未焊满不允许2）对于管内径小于等于 600mm 的焊缝卷管允许的偏差为2mm，对于管内径600mm 的焊缝卷管允许的偏差为管内径的 0.0035 倍；对于管内径600mm 的钢管，其纵向焊缝的距离要300mm，对于管内径 600mm 的钢管焊缝的距离要100mm；对压力钢管管节测量标号后才能进行钢管管道的安装并选择管内径相近的两个管节进行对接；要仔细检查钢管的防腐层，只有其防腐层没有损害才能下管；钢管管节焊接时选用的焊条必须干燥、质量达标且强度合适；管节焊接时必须先修口且不能利用加热法缩小间隙，电弧焊管端修口尺寸如表 2 所示。表 2 电弧焊管端修口尺寸修口尺寸间隙 b/mm钝边 p/mm坡口角度 a/壁厚 t/mm4-91.5-3.01.0-1.560-7010-262.0-4.01.0-2.06053）钢管对口时管口内壁要齐平，错口的偏差要 2mm；支架与压力钢管环向焊缝间的距离要 100mm，压力钢管的直管部分环向焊缝间的距离要 200mm，压力钢管不能存在十字形焊缝；在不同钢管管节对口时，两者之间的厚度差不能超过3mm；压力钢管上不能开方孔，且不能在短节、焊缝以及管件上开孔；直线钢管管段不能用太短的短节拼接；在压力钢管焊接时，要保证其焊缝能够自由伸缩且要使其焊口逐渐降温；待压力钢管对口满足规范才能进行钢管的电焊作业且钢管点焊的长度和间距要满足表 3 的规定。表 3 钢管点焊的长度和间距规定管径（mm）点焊长度（mm）环向点焊点（处）350-50050-605600-70060-706 80080-100点焊间距不宜超过 400mm要双面焊接钢管800mm 的钢管；对于不满足要求的焊缝，补焊的次数不能大于 3 次；管道法兰连接处要先进行防腐处理再埋入土中5。4 水压试验及焊缝无损检测待倒虹吸工程钢管焊接完成后要对整个钢管管道水压试验和焊缝超声波进行无损检测，要保证倒虹吸钢管质量不得低于级。对于水压试验以及超声波检测不合格的地方，要及时进行处理。（现场返工处理，重新进行检测实验，直至合格）5 结 语综上所述，倒虹吸工程钢管的制作和安装施工必须要保证每道工序都符合要求，必须要保证钢管无渗水现象，必须要使其焊缝没有破损，必须保证压力钢管的制作和安装质量。参考文献:1 王肖鹏.倒虹吸压力钢管的水压试验技术分析 J.黑龙江科技信息,2015(09):5.2 俞瑾,曾鹏,李德,等.云谷川倒虹吸压力钢管焊接工艺与残余应力研究 J.中国农村水利水电，2019(31):157-161，166.3 代福.钢制倒虹吸施工技术 C.2019 水利水电地基与基础工程新技术中国水利学会地基与基础工程专业委员会第 15 次全国学术会议论文集，2019:582-586.4 张胜利.昆明掌鸠河引水供水工程倒虹吸压力钢管制作与防腐施工技术 J.科技信息，2009（11）：604-605.5 马建礼,范迎春,陈新桥,等.管式倒虹吸在南水北调京石段渠渠交叉建筑物中的应用 J.河北水利，2011（12）：39.