大型洞內(nèi)壓力鋼管自動(dòng)化工藝研究

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1、大型洞內(nèi)壓力鋼管自動(dòng)化工藝研究 摘要：在水電站安裝工程中，壓力鋼管的設(shè)計(jì)制造安裝始終是工程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，本文著重于鋼管洞內(nèi)施工的現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化工藝研究，為水電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供技術(shù)支持。 關(guān)鍵詞：水電站?壓力鋼管?自動(dòng)化?工藝 相關(guān)站中站： 施工組織設(shè)計(jì) 一.? 前言 繼十三陵、二灘等國內(nèi)已建工程和三峽、龍灘在建的重大水電工程之后，大型電站輸水壓力鋼管和鋼襯（以下簡稱鋼管）的結(jié)構(gòu)等變化十分明顯，第一：尺寸巨大，長江三峽大壩的管鋼直徑為12.4m，烏江彭水水電站管鋼最大直徑為14m，超過了國內(nèi)外已有的大型壓力鋼管尺寸；第二：管壁鋼板強(qiáng)度等級高，500M

2、Pa級應(yīng)用廣泛，600MPa級調(diào)質(zhì)鋼得到了較大范圍的推廣。第三：工程數(shù)量大而建設(shè)工期短，制造安裝生產(chǎn)強(qiáng)度高。為了適應(yīng)這樣的形勢變化，鋼管制造安裝技術(shù)在傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上得到了大的發(fā)展，自動(dòng)焊接技術(shù)在壓力鋼管制造中得到了較為廣泛的運(yùn)用，大型專用施工設(shè)備在壩內(nèi)鋼管安裝中發(fā)揮了重要的作用，相對而言，由于施工空間的限制，大型鋼管在洞內(nèi)埋管方面受到限制，通常的運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備不能發(fā)揮作用，特別對于地處高山峽谷地帶的大型水電工程，鋼管在工地運(yùn)輸和安裝時(shí)存在較大困難，目前的施工方法還過多地依賴于傳統(tǒng)的土法運(yùn)輸和手工焊接，這些問題將導(dǎo)致施工工期較長并可能在支洞開挖等方面多花費(fèi)數(shù)以百萬計(jì)的費(fèi)用。因此，針對近期即將大規(guī)

3、模開發(fā)建設(shè)的水電站（如瀑布溝、溪洛渡、向家壩、錦屏等）大型洞內(nèi)鋼管工程的共同特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代工程的先進(jìn)技術(shù)，研究與之相適應(yīng)的洞內(nèi)鋼管制造安裝工藝是十分必要的。 二.? 國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài) 為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國外焊接生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化已達(dá)到很高的程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國家焊接機(jī)械化、自動(dòng)化程度已達(dá)到熔敷金屬量的65%以上。氣體保護(hù)焊作為高效優(yōu)質(zhì)節(jié)能節(jié)材的焊接方法在國外已得到廣泛應(yīng)用，日本在1998年已達(dá)到熔敷金屬量的77.6%。國外大型造船廠開始應(yīng)用的門架式鋼板縱縫拼焊機(jī)技術(shù)，采用多絲高速埋弧焊工藝，配真空吸盤平臺或電磁平臺，其最大焊接行程達(dá)12m，一次行程可焊板厚最大為40mm。

4、一些高效優(yōu)質(zhì)的焊接方法如電子束焊、激光焊、等離子焊、焊接機(jī)器人工作站、焊接柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、窄間隙焊接技術(shù)、雙絲高效氣體保護(hù)焊技術(shù)等在國內(nèi)已經(jīng)得到運(yùn)用，但我國焊接自動(dòng)化率為熔敷金屬量的約30%-50%，應(yīng)用的廣度和水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比尚有一定的差距。 目前, 國際上技術(shù)先進(jìn)的重型焊接滾輪架最大的承載重量達(dá)1600T，自動(dòng)防竄滾輪架的最大承載重量達(dá)800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm。變位機(jī)的最大的承載重量達(dá)400T，轉(zhuǎn)矩可達(dá)450KNm?？蚣苁胶附臃D(zhuǎn)機(jī)和頭尾架翻轉(zhuǎn)機(jī)的最大承載重量達(dá)160T。焊接回轉(zhuǎn)平臺的最大承載重量達(dá)500 T。立柱橫梁操作機(jī)和門架式的操作機(jī)的

5、最大行程達(dá)12m。龍門架操作機(jī)的最大規(guī)格為8m×8m。我國已能生產(chǎn)6m×6m以上大型立柱—橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機(jī)，500T重型滾輪架及重型、輕型自動(dòng)防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機(jī)和大、中型翻轉(zhuǎn)機(jī)等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設(shè)備，并大量采用交流電機(jī)變頻調(diào)整技術(shù)，PLC控制技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)及數(shù)控系統(tǒng)，焊接裝備的自動(dòng)化程度有了很大的提高，某些操作機(jī)還配備了焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大，因此為窄間隙設(shè)備發(fā)展提供了有利的條件。從600

6、MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機(jī)壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動(dòng)焊工藝焊接筒體縱縫，實(shí)現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)最大長度7000mm，最大厚度250mm）壓制工藝自動(dòng)化和焊接工藝高效率化。新型燃?xì)饧訜崞骱碗娂訜嵩O(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，例如，紅外燃?xì)饧訜崞鳎涫揭夯瘹饧訜崞鞯缺葌鹘y(tǒng)的燃?xì)饧訜崞魈岣邿嵝?0%以上，而且更加安全和方便。 自動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用正在徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的全自動(dòng)化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。隨著整個(gè)制造業(yè)水平的提高，企業(yè)的經(jīng)營理念發(fā)生了很大的變化，高產(chǎn)量已讓位于高質(zhì)量、勞動(dòng)密集

7、型已逐步被知識密集型所取代。大量采用自動(dòng)化焊接專機(jī)，生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已成為一種不可阻擋的趨勢，這同樣也是水電金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)發(fā)展的大方向。 三.? 大型鋼管結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有工藝分析 大型洞內(nèi)鋼管的結(jié)構(gòu)型式由設(shè)計(jì)根據(jù)發(fā)電樞紐結(jié)構(gòu)要求及巖土力學(xué)條件，結(jié)合施工要求確定，一般為單管單機(jī)布置，基本的結(jié)構(gòu)有四種：一、水平管，包括水平或接近水平的直管、錐管（漸變段），二、彎管，分上彎管和下彎管。三、斜井直管。四、豎井直管。實(shí)際鋼管結(jié)構(gòu)多為水平管與其它結(jié)構(gòu)的組合，形成“∟”型、單梯度或多梯度型式布置，也有完全以水平管布置的。不難理解，對于施工而言采用水平管是最有利的，電站輸水隧洞工程的優(yōu)化方案多采用此種結(jié)構(gòu)，而

8、多梯度型式的施工較為困難。隧洞結(jié)構(gòu)要求每個(gè)鋼管的內(nèi)徑是漸變的，但主要部分的公稱尺寸相同且變化幅度不大，說明每個(gè)工程的鋼管結(jié)構(gòu)的單一性，其直徑相對最大有約30％的變化，事實(shí)上每個(gè)大型鋼管工程都是由數(shù)百以至上千個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相近的瓦片組成。 在現(xiàn)有工藝方面，以龍灘為例，典型的大型洞內(nèi)鋼管的整個(gè)制造安裝工藝流程是：①材料采購；②鋼材運(yùn)輸；③鋼管下料；④坡口加工；⑤卷板：1/3（或1/４圓?。?；⑥鋼管組圓；⑦縱縫焊接；⑧矯形；⑨加勁環(huán)安裝焊接；⑩內(nèi)支撐安裝；11 焊接檢驗(yàn)；12廠內(nèi)防腐；13出廠驗(yàn)收；14凹心臺車公路立運(yùn)（鋼管軸線與汽車軸線平行，高度大于寬度，故名）運(yùn)輸；15交通支洞運(yùn)輸（臺車平運(yùn)）；1

9、6主洞運(yùn)輸（臺車立運(yùn)）；17安裝就位；18安裝環(huán)縫焊接；19安裝檢驗(yàn)；20鋼管砼回填后安裝防腐。其中，①~②由業(yè)主方直接負(fù)責(zé)，③~12由制造承包方在現(xiàn)場鋼管廠完成， 14~20由安裝承包商實(shí)施。部分工程（例如三峽、天生橋等）在現(xiàn)場鋼管廠內(nèi)進(jìn)行管節(jié)大組和環(huán)縫焊接。 根據(jù)鋼管的施工時(shí)間順序和工作狀況可以整個(gè)制造安裝過程分為五個(gè)方面：（1）材料采購供應(yīng)，（2）運(yùn)輸，（3）制造，（4）安裝，（5）防腐，以下分別進(jìn)行針對性的工藝分析。 （1）材料采購供應(yīng) 通常在正式的施工設(shè)計(jì)圖具備后，即具備采購條件。鋼板的長度和寬度尺寸應(yīng)當(dāng)由制造安裝工藝確定?？梢杂?jì)算，鋼管焊縫總長度為管壁的縱縫環(huán)縫與加勁環(huán)環(huán)縫之

10、和，即 Ｆ＝? m L+ πD L／B +2πDn? 　　　　　　　　　　　　(1) m為鋼管制造分瓦片數(shù)量，L為鋼管長度，D為鋼管直徑，B為鋼管板寬， n為鋼管加勁環(huán)數(shù)量 大型鋼管的瓦片數(shù)量為2個(gè)到5個(gè)，鋼板的長度尺寸為1/3或1/4周長，這對材料運(yùn)輸和保證卷板速度更為有利。當(dāng)鋼管直徑長度加勁環(huán)等結(jié)構(gòu)尺寸確定后，焊接工作量的大小與板寬成正比。以往，我國工業(yè)基礎(chǔ)較差，鋼板軋制、卷板等配套設(shè)備能力不足，大多采用了2m左右寬度的鋼板?，F(xiàn)在，不僅我國水電、石化、冶金等行業(yè)均有現(xiàn)代化的數(shù)控卷板機(jī)，寬度均按3-4m寬度設(shè)計(jì)，而且市場上可以采購到國內(nèi)外生產(chǎn)的3m以上板寬鋼管用材。在設(shè)備條件許可時(shí)，

11、鋼管板寬增加自然地形成了施工效率同比例的增長，若以2m板寬為基準(zhǔn)，板寬每增加10%，每條鋼管的環(huán)縫數(shù)量可以相應(yīng)減少約10%，減少比率Ｑ Ｑ＝（B-2）/ B×100%??????????????????????? (２) 可以節(jié)省的實(shí)際焊縫數(shù)量Ｗ Ｗ＝L×πD ×（B-2）/ B????????????????????? (３) 現(xiàn)有的情況是：我們在采購鋼板時(shí)可能少花費(fèi)10%的費(fèi)用，卻增加了30%的制造安裝成本及50%的施工時(shí)間。這是目前的一個(gè)盲點(diǎn)，站在社會經(jīng)濟(jì)宏觀價(jià)值角度考慮，我們可以制定相應(yīng)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從一個(gè)方面提高我國節(jié)能降耗水平?？梢哉J(rèn)為，鋼管寬度的確定只是受到了鋼鐵廠生產(chǎn)

12、能力和陸路運(yùn)輸?shù)南拗疲ɡ缙?、火車），綜合分析，對于大多數(shù)鋼管工程2.5m-3.2 m板寬是一個(gè)適合的寬度選擇范圍。 （2）鋼管制造 最常用的制作程序是：劃線、切割、刨邊、卷板、對圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、裝加勁環(huán)、焊加組環(huán)、除銹、涂裝、大節(jié)組裝、環(huán)縫焊接、出廠檢驗(yàn)。 鋼管廠規(guī)劃方式的不同形成不同的生產(chǎn)工藝，主要有兩種，一種是鋼管全部在現(xiàn)場加工的模式，另一種為全部瓦片在水工廠卷制的模式。龔嘴、隔河巖等水電站的實(shí)踐證明，將劃線到卷板的程序放在工廠完成，是一種很有特點(diǎn)的做法，特別是在現(xiàn)有技術(shù)和市場條件下更據(jù)優(yōu)勢，原因在于：一、瓦片制作工藝簡單，質(zhì)量易于保證，為提高鋼管的拼裝質(zhì)量和

13、自動(dòng)焊接工藝提供有利條件；二、在工廠易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，大型的卷板機(jī)、數(shù)控切割機(jī)和刨邊機(jī)等設(shè)備利用率可以大大增加，工效高成本低，一臺大型的數(shù)控卷板機(jī)年產(chǎn)量可以達(dá)到20000噸左右，而目前一般只有20%的利用率；三、氧氣乙炔等主要消耗性材料可就近采購；四、臨建工程量投入減少，施工人員減少，工程建設(shè)期征地相應(yīng)減少。有利于鋼管生產(chǎn)的節(jié)能降耗和施工環(huán)保，對所有在高山峽谷地區(qū)電站的施工規(guī)劃有重要的借鑒意義。 鋼管的對圓傳統(tǒng)上采用了平組（管口向上）的方式，其投入小，可同時(shí)多位焊接、矯形、安裝加勁環(huán)內(nèi)支撐容易等，其適應(yīng)尺寸范圍大，應(yīng)用非常普遍。但我們也不應(yīng)忽略實(shí)現(xiàn)鋼管立組（軸線水平）后可能帶來的優(yōu)點(diǎn)，管壁

14、的縱縫和環(huán)縫均為平焊，在立組狀態(tài)下可容易地實(shí)現(xiàn)更高效的自動(dòng)焊接，鋼管在對圓中逐步用縱向操作的全自動(dòng)焊機(jī)完成縱縫焊接以及矯正，并完成加勁環(huán)的安裝和焊接，可以在鋼管制造階段形成機(jī)械化，所有的縱縫和環(huán)縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，可以有效地減小翻身等吊裝工作。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，以直徑10m的鋼管為例，立組時(shí)每個(gè)平臺的面積為120m2，而平組只需要50m2，即使在隧洞狹小的作業(yè)空間內(nèi)也能夠方便地組裝鋼管，這為大型洞內(nèi)鋼管工藝改進(jìn)提供了必要的條件。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)鋼管立組的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)制造一種大型專業(yè)的立式回轉(zhuǎn)平臺，要求其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便，外形尺寸緊湊，具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)備自身運(yùn)輸安裝拆卸方便，配備專用的活

15、動(dòng)內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺自動(dòng)焊接設(shè)備后，具備完成鋼管對圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、安裝加勁環(huán)焊接的工作條件。 無論如何，高效的自動(dòng)焊接設(shè)備是優(yōu)先的選擇，因大多數(shù)鋼管的壁厚設(shè)計(jì)在20-50 mm之間，將多絲高速埋弧焊工藝應(yīng)用到水電站鋼管的焊接中是非常必要的，這與水電金屬結(jié)構(gòu)業(yè)目前流行的全自動(dòng)氬弧焊工藝比較在效率和成本上存在較大的優(yōu)勢，而加勁環(huán)的焊接采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊則是既高效又經(jīng)濟(jì)的工藝。 （3）鋼管運(yùn)輸 運(yùn)輸工作包括材料運(yùn)輸、管節(jié)公路運(yùn)輸和洞內(nèi)運(yùn)輸，運(yùn)輸工具為汽車、火車或輪船，其中汽車運(yùn)輸是必不可少的，材料運(yùn)輸可以使用通用的運(yùn)輸工具完成，國內(nèi)水電工程較多地采用了火車和汽車運(yùn)

16、輸方式，部分水運(yùn)條件較好的采用輪船遠(yuǎn)程運(yùn)輸后，汽車或火車倒運(yùn)到現(xiàn)場，管節(jié)運(yùn)輸除個(gè)別工程外，都采用特制汽車拖車運(yùn)輸。運(yùn)輸?shù)淖詈箅A段是由平板臺車完成的（垂直管例外），平板臺車由卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。 實(shí)際上，鋼管在現(xiàn)場的運(yùn)輸是工程規(guī)劃和施工的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。絕大部分水電工程施工道路設(shè)計(jì)為二級公路，根據(jù)國家公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其寬度在7m~9m之間，當(dāng)鋼管外形尺寸在9m以內(nèi)時(shí)，公路具備鋼管平運(yùn)條件，但必須在鋼管節(jié)運(yùn)輸時(shí)對所經(jīng)過的路段實(shí)施交通管制，由專用運(yùn)輸車通過，特殊情況下，可以采用凹心臺車的方式拖運(yùn)，但由于運(yùn)輸時(shí)鋼管重心高，鋼性差，裝車難，運(yùn)輸速度低，近年較少采用。若管徑大于9m時(shí)，可能為此提高公路的設(shè)計(jì)等級，

17、當(dāng)然施工交通洞的等級也要相應(yīng)地提高，鋼管運(yùn)輸所經(jīng)過的公路和隧洞將產(chǎn)生大量的土石擴(kuò)挖和砼回填工程量，產(chǎn)生的直接費(fèi)用是以百萬計(jì)算的。與此相對應(yīng)，最大程度地減小汽車運(yùn)輸尺寸可能產(chǎn)生的數(shù)以百萬計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)可以減少交通干擾、節(jié)省施工時(shí)間，并且有利于環(huán)境保護(hù)，無疑對工程建設(shè)是十分有利的。 （4）鋼管安裝　 大量的工程實(shí)踐表明，鋼管安裝質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵控制點(diǎn)的是其焊縫的焊接，這一點(diǎn)在大中型鋼管中更為明顯。我國在云峰電站建設(shè)中首次將埋弧自動(dòng)和焊滾焊臺車結(jié)合應(yīng)用于鋼管環(huán)縫焊接，可以將兩節(jié)鋼管組成大節(jié)后運(yùn)輸，有效地減少了安裝焊縫，較好地提高了環(huán)縫焊接效率和質(zhì)量，被廣泛地用于在工地鋼管廠鋼管制造，但是由于

18、運(yùn)輸尺寸和重量的限制，四十多年來滾焊臺車和埋弧自動(dòng)焊的工藝設(shè)備技術(shù)在水電行業(yè)中沒有得到大的發(fā)展，與國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平形成了巨大的差異，同時(shí)也表明，在鋼管安裝技術(shù)上存在巨大的開發(fā)潛力。我們完全可以設(shè)想，直接將大型的滾焊臺車安裝施工部位，比如輸水隧洞的主洞內(nèi)，這樣，可以進(jìn)行兩節(jié)或兩節(jié)以上的大節(jié)組裝， 70％以上的環(huán)縫可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，鋼管安裝環(huán)縫減到更少，與此同時(shí)，鋼管主洞以外的運(yùn)輸?shù)某叽缈梢岳^續(xù)減小，鋼管主洞內(nèi)的運(yùn)輸?shù)某叽绶炊梢栽龃?，事?shí)上，尺寸越大的鋼管越有這種必要，主洞以外的運(yùn)輸工具通常用汽車，尺寸越小其穩(wěn)定性更好，速度可以相應(yīng)提高，對施工交通的干擾減少，而鋼管主洞內(nèi)的運(yùn)輸由于洞

19、挖結(jié)構(gòu)的限制只能立運(yùn)，在鋼管大節(jié)組裝之后其寬高比成倍增加，無論在平洞還是斜洞段運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性變得更好了，有利于整個(gè)的施工安全。更一步地設(shè)想，若在滾焊臺車上設(shè)置行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，代替以往結(jié)構(gòu)功能簡單的運(yùn)輸臺車，鋼管水平運(yùn)輸?shù)男视型麖母旧系玫教岣撸梢赃_(dá)到一舉多得的效果，這對以水平結(jié)構(gòu)為主的鋼管工程無疑是理想的施工設(shè)備?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? （5）防腐 現(xiàn)在水電站鋼管絕大部分防腐工作是分兩個(gè)階段進(jìn)行：大面積的工廠防腐和鋼管安裝后防腐。目前我國的防腐技術(shù)標(biāo)

20、準(zhǔn)和國外是基本一致的，國外類似工程的防腐使用壽命可以達(dá)到20~30年，而我國普遍為3-5年，差別巨大。在巖灘等工程中，鋼管防腐在安裝和澆筑混凝土后一次完成，質(zhì)量明顯較好，這與國外成功經(jīng)驗(yàn)相同的。由于安裝過程和混凝土回填施工中不可避免要傷害到工廠防腐的部位，這些部位與安裝焊縫區(qū)域的防腐一樣成為鋼管內(nèi)壁防腐的薄弱環(huán)節(jié)。用“圍桶理論”的觀點(diǎn)分析，提高安裝階段的防腐質(zhì)量是提高其使用壽命的關(guān)鍵板。現(xiàn)在，越來越多的工程技術(shù)專家達(dá)成一致，應(yīng)當(dāng)在安裝后一次性地完成防腐涂裝工作，為了進(jìn)一步提高我國鋼管施工水平，我們不僅應(yīng)當(dāng)在鋼管工程設(shè)計(jì)和施工規(guī)范中加以明確，而且借簽國內(nèi)外石油、化工等相關(guān)行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)工藝以及設(shè)

21、備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以研制高效、清潔的自動(dòng)噴砂和自動(dòng)噴涂設(shè)備，解決長期以來鋼管防腐用簡易的設(shè)備進(jìn)行大量的手工操作產(chǎn)生的高污染、低效率局面，滿足防腐質(zhì)量要求和工程的進(jìn)度要求。 四.? 現(xiàn)代大型鋼管工程的基本要求 1、滿足工程設(shè)計(jì)工期和質(zhì)量的要求 針對目前鋼管制造安裝量在和質(zhì)量要求高的趨勢，應(yīng)當(dāng)盡可能選用技術(shù)成熟、自動(dòng)化程度高的工藝和設(shè)備。無論是在材料采購，還是在鋼管制造、安裝、焊接、防腐及相應(yīng)的檢測過程都應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)。 ? 在我國大規(guī)模開發(fā)大中型水電站的背景下，為符合鋼管工程結(jié)構(gòu)的單一性、高強(qiáng)度和質(zhì)量要求，研制大型鋼管制造的自動(dòng)化焊接單機(jī)十分必要，借鑒國內(nèi)外的先進(jìn)焊機(jī)技術(shù)，采用多絲高速埋弧焊工藝，

22、完全可以從根本上解決大型鋼管工程的焊接效率和質(zhì)量控制難題。 ?2、降低工程總造價(jià) 根據(jù)洞內(nèi)鋼管工程的特點(diǎn)，其成本包括材料采購和制造安裝等直接費(fèi)用，同時(shí)應(yīng)計(jì)算為此工程產(chǎn)生的臨時(shí)工程投入的大小，并盡可能減少后期運(yùn)行管理成本。 ? 3、生產(chǎn)系統(tǒng)具有柔性，可以適應(yīng)結(jié)構(gòu)和尺寸相近的鋼管需要 由具有自適應(yīng)焊縫跟蹤系統(tǒng)功能的單臺或多臺焊接操作機(jī)與工件裝夾，機(jī)械組合而成的加工中心適用于產(chǎn)品規(guī)格多變的小批量生產(chǎn)。大型自動(dòng)化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資額相對較高，在設(shè)計(jì)這種焊接裝備時(shí)必須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能，滿足同一工程或類似工程不同的生產(chǎn)需要。 ?? 4減少交叉作業(yè)，避免施

23、工互相干擾： 這一點(diǎn)在洞內(nèi)施工時(shí)尤為關(guān)鍵，不合理的工藝線路設(shè)計(jì)不僅影響到鋼管的安裝安全和質(zhì)量，而且極可能影響到整個(gè)隧洞工程的施工進(jìn)度。 5、實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，避免勞動(dòng)力、施工設(shè)備等資源使用出現(xiàn)大的波動(dòng)，工程施工易于實(shí)現(xiàn)過程控制，可以有效地降低施工管理難度。 6、創(chuàng)造有利的施工環(huán)境，這既符合國家相關(guān)法律（《勞動(dòng)法》《環(huán)境保護(hù)法》等），又是現(xiàn)代企業(yè)以人為本的文化價(jià)值觀的直接體現(xiàn)。 五.? 大型洞內(nèi)鋼管新型自動(dòng)化工藝及其特點(diǎn) 在以上的工藝分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)的原則，我們可以確定這樣一個(gè)新的大型洞內(nèi)鋼管的自動(dòng)化工藝，它分為三個(gè)階段：1、鋼板加工卷制；2、鋼管組圓焊接及安裝；3、鋼管防腐。

24、 1、鋼板加工卷制 ㈠鋼管下料、切割刨邊：鋼板寬度在3 m左右較為合理； ㈡鋼管卷板（根據(jù)情況制作成1/2 、1/3或1/4圓弧）； ㈢加勁環(huán)制造：可以數(shù)控切割； ㈣圓弧鋼板運(yùn)輸，包括長途運(yùn)輸?shù)绞┕ざ磧?nèi)，或倉儲后二次運(yùn)輸?shù)绞┕ざ磧?nèi)。 2、鋼管組圓焊接及安裝 ㈠洞內(nèi)組圓及縱縫焊接：組圓采用大型的立式組圓回轉(zhuǎn)平臺，焊接方法為全自動(dòng)埋弧焊接或氣體保護(hù)焊接； ㈡鋼管矯圓，采用可移動(dòng)的半自動(dòng)液壓校形機(jī)； ㈢安裝鋼管活動(dòng)內(nèi)支撐； ㈣兩個(gè)或多個(gè)管節(jié)組圓及環(huán)縫焊接：在大型滾焊臺車上進(jìn)行全自動(dòng)埋弧焊接或氣體保護(hù)焊接； ㈤鋼管加勁環(huán)安裝及焊接； ㈥臺車運(yùn)輸?shù)桨惭b部位，調(diào)正，焊接，檢驗(yàn)。 【

25、這是新工藝最關(guān)鍵的部分，采用了洞內(nèi)立組的方法，結(jié)合立式回轉(zhuǎn)平臺、大型或超大型滾焊臺車和高效的自動(dòng)焊接設(shè)備，將形成一套移動(dòng)的鋼管拼裝焊接生產(chǎn)線，代替現(xiàn)有工地鋼管廠的功能，同時(shí)調(diào)整現(xiàn)有的安裝工藝，拼裝和焊接的自動(dòng)化程度大大地提高了，大量復(fù)雜的鋼管大件運(yùn)輸?shù)跹b以及翻身換位工作沒有了，起重、安裝、焊接及其探傷的勞動(dòng)強(qiáng)度降低了，施工安全和質(zhì)量可靠性增加，鋼管制造安裝的強(qiáng)度易于提高。此項(xiàng)工藝突破了現(xiàn)有技術(shù)的限制，將促使水電站壓力鋼管制造安裝實(shí)現(xiàn)量變到質(zhì)變的飛躍發(fā)展，更能體現(xiàn)我國大型水電站建設(shè)規(guī)劃中高技術(shù)高質(zhì)量高效率低投入少（施工）人員的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念?！? 3、鋼管防腐：回填管壁外混凝土及灌漿后，內(nèi)壁防腐，

26、采用高效、清潔的自動(dòng)噴砂、噴涂設(shè)備。 新型鋼管工藝的特點(diǎn)是： 1. 鋼管初步加工可由設(shè)備完善的機(jī)械廠或鋼結(jié)構(gòu)制造廠完成，將切割劃線、下料、刨邊、卷板形成流水線作業(yè)。大型鋼管專用的弧形鋼板形成集中工廠加工的方式，促進(jìn)鋼管制造向標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和規(guī)模化方向發(fā)展?？赡苄纬梢粋€(gè)工廠對多個(gè)中小工程或多個(gè)工廠對一個(gè)大工程的市場網(wǎng)格狀態(tài)的分布，實(shí)現(xiàn)市場資源的合理配制。 2.現(xiàn)場的鋼管制造和安裝由專業(yè)化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行組圓，焊接和防腐工作自動(dòng)化程度大大提高，既能保證施工質(zhì)量，又可以加快總體施工進(jìn)度。 3. 施工安全性提高，鋼管運(yùn)輸只在主洞內(nèi)進(jìn)行，大件的運(yùn)輸和吊裝工作量大為減少，運(yùn)輸效率易于提高，完全避免了

27、現(xiàn)有工程中通常存在的大型鋼管運(yùn)輸造成施工交通受阻的現(xiàn)象。 4.節(jié)省了現(xiàn)場鋼管廠的建造，與此相關(guān)的公路、施工支洞等可以按普通標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)施工等級降低，此方面可以節(jié)省大量前期投入。不僅如此，還將節(jié)省了工地鋼管廠的建設(shè)費(fèi)用和數(shù)控切割機(jī)、刨邊機(jī)、數(shù)控卷板機(jī)等大型設(shè)備的一次性投入。目前一個(gè)中等規(guī)模的工地鋼管廠的臨時(shí)建設(shè)費(fèi)用在300萬以上，相應(yīng)的設(shè)備投入約1000萬，占地總面積在10000 m2以上。 5.專用設(shè)備投入增加，需要設(shè)計(jì)制造大型鋼管立式旋轉(zhuǎn)組裝平臺，選擇適合大型鋼管的滾焊臺車，并開發(fā)鋼管內(nèi)壁防腐專用的自動(dòng)化設(shè)備，但這些在技術(shù)上沒有大的難題，而且相關(guān)設(shè)備費(fèi)用可由多個(gè)工程分?jǐn)?，總體設(shè)備投入與現(xiàn)有工

28、藝相當(dāng)或適當(dāng)降低。 6.工作環(huán)境改善，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，現(xiàn)場施工人員減少，主要表現(xiàn)為焊接和起重技術(shù)工人數(shù)量減少，通常一個(gè)中型規(guī)模的工地鋼管廠需要200人左右，而按照此工藝只需要50-60人左右，施工人員勞動(dòng)生產(chǎn)率將提高2-4倍，管理工作量相應(yīng)減少。 7.與此相關(guān)的土建工程開挖量和臨時(shí)建筑減少，相應(yīng)地減少了對施工區(qū)域自然環(huán)境的影響。 8.隨著整個(gè)施工過程機(jī)械化自動(dòng)化程度的提高，特別是手工焊條電弧焊只在少量環(huán)縫和加勁環(huán)接頭等局部使用，焊接自動(dòng)化程度將達(dá)到熔敷金屬量的70%以上，生產(chǎn)能耗相對降低，使鋼管制造安裝工藝技術(shù)得到大的提升，達(dá)到甚至超過發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。 9. 既適用于交通運(yùn)輸或場地條

29、件有限的水電站大型鋼管工程，也非常適用于鋼管直徑大數(shù)量不多的水電站中小型鋼管工程。 六.結(jié)束語 水電站鋼管工程是一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及到水電站建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工等多個(gè)環(huán)節(jié)，其發(fā)展與現(xiàn)代冶金、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸以及水電建筑等基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，鋼管的新型自動(dòng)化工藝是一個(gè)既符合我國大規(guī)模水電站開發(fā)建設(shè)的高質(zhì)量快速施工原則，又能大幅提升鋼管制造安裝水平的現(xiàn)代化施工工藝，它可以綜合鋼板機(jī)械加工、數(shù)控卷板與全自動(dòng)焊接等多項(xiàng)國內(nèi)外成熟的工程技術(shù)，可以應(yīng)用先進(jìn)的大型數(shù)控卷板機(jī)、大型鋼管滾焊臺車、多絲高速埋弧焊焊接工藝及設(shè)備等，同時(shí)提出了大型鋼管立式組圓回轉(zhuǎn)平臺、大型鋼管內(nèi)壁自動(dòng)噴砂、自動(dòng)噴涂設(shè)備研

30、發(fā)的新課題。 水電站洞內(nèi)鋼管的新工藝十分適應(yīng)我國目前日益發(fā)展的工業(yè)化水平和市場經(jīng)濟(jì)要求，符合改革開放條件下的中國現(xiàn)代水電建設(shè)管理思想，通過進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)利用，不僅可以為水電建設(shè)的優(yōu)化方案提供技術(shù)支持，有利于節(jié)約電站投資，有利于改善施工環(huán)境，有利于提高工效，有利于工程質(zhì)量控制，有利于提高施工管理效率，而且，在大規(guī)模推廣應(yīng)用之后, 能充分利用市場資源，提高能源利用效率，展示我國水電站建設(shè)現(xiàn)代化水平，使我國水電站鋼管制造安裝的技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。? 參考文獻(xiàn)： 1.《中國焊接年鑒》（2002）?? 中國焊接協(xié)會? 2.《金屬結(jié)構(gòu)制作與機(jī)電安裝工程》（第4卷）《水利水電工程施工手冊》編委會2004年 3.《壓力鋼管制造安裝的實(shí)踐與探討》? 陳繼深? 谷鴻飛 著 4.《大型自動(dòng)化焊接裝備的當(dāng)代發(fā)展水平》? 5.《中國焊接市場開發(fā)的情況分析》 ?武云飛 韓瑛 鮑愛蓮 馬波? 著 6.《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》? (JTJ 001—97)