中国水利水电第十工程局有限公司机电安装分局 四川都江堰 611830
摘要：随着西南部地区高水头冲击式电站的开发利用，高水头、厚壁、小直径、陡坡段压力钢管的制作和安装将成为新的研究课题。本文通过云南巧家县清水河水电站压力钢管制作和安装项目，对高水头厚壁小直径压力钢管的卷制成型、低合金高强钢板的焊接质量控制、陡坡段压力钢管的安装运输等进行了探讨和实践。对类似工程具有一定的参考价值。
关键词：高水头 厚壁 小直径 压力钢管 制造 安装运输
1 概述
巧家县清水河电站位于巧家县新店乡，距巧家县城约75km，距昭通约55km，共4台机组，电站总装机15MW。布置有1号和2号共两个前池，分别经1号压力管道和2号压力管道引水至厂房机组。管道主管采用明管布置，支岔管浇注砼埋设，采用一管双机的联合供水方式。
1号压力管道海拔高程955m~1827m，2号压力管道海拔高程955m~1280m，地形为斜坡，平均坡度31 º，其余在35º～38º之间居多，厂房后第27、28两段坡度较陡为52°。1号管道轴线总长731.050m，全线共设29个镇墩、219个支墩、28个伸缩节、2个进人孔。2号管道轴线总长731.050m，全线共设14个镇墩、219个支墩、13个伸缩节、1个进人孔。
1号、2号管道主管内径φ800mm，支管内径φ500mm，主管壁厚从δ8mm递增至δ36mm，压力钢管材料为Q345C、15MnNbR。岔管为球形岔管，伸缩节为套筒式伸缩节。
2 压力钢管制造关键工艺
该电站压力钢管管径小（主管内径φ800mm，支管内径φ500）、管壁厚（最厚达δ36mm），水头高（设计水头1200米，1号岔管试验压力不低于15MPa，即1500米水头），钢管卷制成型控制、焊接质量控制是难点。
2.1 钢管卷制
2.2.1钢管热卷与冷卷
根据该电站压力钢管特点，按照《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017-2007的规定，考虑钢板的壁厚、屈服强度和直径关系，结合制造厂设备能力，δ32、δ34、δ36mm的钢管采用热卷工艺；其余壁厚的钢管采用冷卷、连段焊接为6米一个单元后再整体热处理的工艺。
2.1.2卷板与钢板端头压制控制
（1）为了避免钢板起弧处的直边，在对钢板进行卷制之前首先对钢板两端进行压弧。为准确控制压弧弧度，采用自制的专用弧形胎膜工装以及2*630 t压力机对钢板端头进行压弧。
（2）钢板卷制时，严格因满足以下规定：a）卷板方向与钢板压延方向一致；b）卷板时严禁锤击钢板，并随时清除剥落的氧化皮，避免在钢板卷压过程中造成任何伤痕；c）钢管采用“整卷工艺”，弧度通过样板进行检查，纵缝对接在卷板机上完成，以避免在钢板上焊接压码损伤母材。
（3）为减少压制残余应力及对板材性能的影响，压制过程中一次下压量不应过大，宜分多次成形。
（4）卷板后，将瓦片以自由状态立于平台上，用样板检查弧度，其间隙应满足要求。
2.2 管节组焊控制要点
（1）所有在制造厂内的环缝和纵缝全部采用手工焊及埋弧自动焊进行焊接；
（2）钢管纵缝焊接，在焊接台车上进行；
（3）钢管纵缝焊接变形采用配置有专用矫正模具的压力机进行校正，确保达到规范允许的管口圆度和弧度。
（4）在滚焊台车上完成钢管连段，环缝组装采用液压弧形调圆装置进行调圆，以避免在钢管上焊接压码损伤母材。
（6）拼焊后不宜再在卷板机上卷制或矫正。
2.3 压力钢管焊接主要注意事项
（1）定位焊可留在二、三类焊缝内，构成焊接构件的一部分，但不得保留在一类焊缝内，不允许保留定位焊的焊缝，定位焊应焊在后焊侧坡口内，施焊前，应清除定位焊并予以磨平，清除工作不得损伤母材。
（2）定位焊缝和主缝均应预热（定位焊预热温度较主缝预热温度提高20～30℃）。并在焊接过程中保持预热温度；层间温度不应低于预热温度，且不高于23O℃。
（3）特殊环境条件下，对焊接部位采取可靠的防护屏障和保温措施。
（4）Q345C钢材选用CHE507R焊条，埋弧焊焊丝焊剂CHW-S1/CHF431；15MnNbR钢材选用CHE507焊条，埋弧焊焊丝焊剂CHW-S3/CHF102；
（5）焊接材料按要求进行烘焙和保管。
（6）焊接时，必须严格按确定的焊接工艺实施，不得随意更改工艺参数。
（7）每条焊缝应一次连续焊完，当因故中断焊接时，应采取防裂措施。在重新焊接前，应将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊。
（8）焊接时注意控制焊接层间温度，焊接层间温度不低于预热温度。
（9）为减少焊接应力，焊接前采取预热，焊后按设计要求，对所有管段、岔管均进行了焊后消应处理（该项目设计了专门的整体消应退火炉，效果良好，并获得了公司“科技进步二等奖”）。
3 压力钢管安装运输
该电站压力管道安装地理位置特殊，山坡明管段山势陡峭、管线长、转弯点多、钢管运输不便；1号和2号钢管部分管轴线平行布置、部分管轴线偏离过大，钢管现场运输是施工的一大难点。解决了钢管运输方案，其后的吊装、安装调整、焊接、焊缝检测、水压试验等工序就会形成流水线作业，安装进度将得到保障。
3.1 地形及运输通道分析
1号压力管道地形为斜坡，平均坡度约31 º，除厂房后两段坡度为52 º外，其余管段坡度在35 º以下，且各管段坡度变化不大。管道线全程范围内有四个水平转弯。1号压力管道全程范围内有四条施工道路可到达管道，分别到达1号前池、12号、17号、及28号镇墩附近。
2号压力管道地形为斜坡，平均坡度约25 º，除厂房后两段坡度为52 º外。其余管段坡度在15º~30º之间，且各管段坡度变化不大。管道线全程范围内有三个水平转弯，2号压力管道全程范围内有二条施工道路可到达管道，分别到达2号前池及13号镇墩附近。
3.2 压力钢管总体安装方案
根据实际地形及运输通道情况，1号和2号压力管道均有多个水平转点，架空索道吊装无法覆盖全程管道的吊装要求，且由于地形限制，也难以实现分段安装索道吊装。为此，1号及2号压力管道均采用轨道运输安装。
实施方案为：土建支墩施工结束后，在支墩上安装运输轨道，形成全管线轨道贯通。在管道线的施工道路位置安装一个卸车门架，钢管经汽车运输至卸车门架处，卸车后临时堆放在卸车门架下的开阔位置。需安装的钢管经卸车门架吊至运输钢轨上，然后用卷扬机牵引系统将钢管运至安装位置进行安装。钢管经轨道运输时，钢管不与轨道直接接触，采用自制的专用钢管托架，钢管固定在专用托架上，托架上设置导向滑块，滑块在轨道上起支撑及导向，从而在轨道上将钢管运至所需位置。
由于钢管就位是通过轨道运输的，为便于开展多工作面安装，根据土建施工实际情况，支墩形成后，将两条施工道路之间的管道线内的钢管集中运至管道线内临时支撑放置，安装时可实现从各镇墩处的弯管作为起始节，然后依次完成两镇墩之间的各节钢管安装。
3.3临建设施安装
（1）运输轨道安装
运输轨道布置在支墩上，在土建支墩浇注前，在支墩内预埋锚筋，每个支墩上预埋四根锚筋。支墩浇注后，运输轨道安装时，与预埋锚筋焊接固定。
运输轨道的安装顺序为，从上往下安装，在安装好的轨道上采用台车将待安装的轨道往下运，并依次完成轨道安装。两支墩之间悬空的轨道，采用角钢等材料与地面支撑稳固。轨道安装示意图见图1。
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图1 轨道安装示意图
（2）卸车门架安装
由于场地有限、施工道路不宽，吊车等大型起吊设备难以布置。为便于钢管运到管道线位置能及时完成卸车，并在钢管安装时根据需要随时能将钢管吊入运输轨道上，保证钢管安装时的钢管运输需求，采取在管道线位置的施工道路附近安装专用卸车门架，以完成钢管的卸车、现场大节联段、临时堆放及吊入运输轨道。卸车门架上安装有电动葫芦，能实现钢管的卸车及门架范围内的吊运。卸车门架示意图见图2：
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图2 卸车门架示意图
（3）管道线内钢管运输
由于受地形限制，钢管安装时所需的钢管无法采用索道吊装，因此，钢管采用轨道运输就位进行安装。管道线内钢管的运输，采用卷扬机牵引，钢管在轨道上依靠钢管自重分力往下滑移，从上往下运输。为保证钢管的平稳下滑及钢管下滑过程中，不损坏钢管表面的漆膜，采用自制的钢管运输专用托架支撑钢管，托架上布置有支承导向滑块，作支承及导向。托架固定在钢管两端，钢管运输时，托架在轨道上滑移，钢管不与轨道接触。管道线内钢管运输示意图见图3。
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图3 钢管管道线内运输示意图
4、结语
随着水电资源的开发利用，中国西部高山峡谷地区有一大批尚待开发高水头冲击式小型水电站，清水河水电站工程压力钢管安装的工程实践，对于高水头、厚壁、小直径、陡坡段压力钢管安装取得了宝贵的经验，可为类似工程施工提供借鉴。
参考文献：
[1]清凉山水利工程第三级压力钢管设计[J].陆伟.珠江现代建设.2005（04）
[2]大型压力钢管环缝加热装置研究及应用[J].殷明杰.水电站机电技术，2020（04）
作者简介：张茂华（1972-），男，四川松潘人，工程师，二级建造师，从事水电工程施工技术与管理工作。