移动式组焊车间新技术在水利水电工程中的应用与创新

何卫东

（湖南涔天河工程建设投资有限责任公司，湖南 永州 425500）

1 工程概况

涔天河水库扩建工程枢纽电站引水系统发电钢管（以下简称钢管）采用一管四机布置形式，下平洞为压力钢管洞内埋管、洞外设4 个岔管，主管段工程量约1450t。隧洞内主管内径Φ9.5 m，长度约153 m，主管壁厚36 mm，单节最大长度2 500 mm，材质Q345C，加劲环36×250（厚度×高度），依次序为Φ9.5 m 水平直管前段、Φ9.5 m 水平弯管段、Φ9.5 m 水平直管后段、渐变段和Φ8.2 m直管段五个部分。图1 为压力钢管布置图。

根据工程招投标所形成的规划方案，采用常规的压力钢管制安技术方案，拟在厂房施工区域内的主河道建设钢管制造厂，在钢管制造厂内完成钢板下料、瓦片卷制，在压力钢管岔管段上游侧河道中搭设组圆平台。进入工程实施阶段，实际情况与招投标阶段存在较大的差异，河道狭窄，存在两个问题，一是难以提供足够的场地建设钢管厂和组圆平台，二是主管制作影响所有岔管安装，延长压力钢管制安直线工期。根据施工单位编制的压力钢管制安施工组织设计，压力钢管在组圆平台上制作成管节后，通过运输台车运抵洞内安装，只有完成主管安装后，岔管才能安装，成为涔天河工程地面厂房和压力钢管施工的难题。

2 大型钢管自动组焊技术

为了解决工地场对施工的影响，了解到大型钢管自动组焊技术，可以利用制作好的瓦片进行垂直组圆，可以布置在洞内或者洞口，几乎不占用场地。这中大型钢管自动化组焊技术，是国际首创科技项目，在传统的工艺和现有技术标准基础上，采用智能化组焊设备进行钢管的现场组圆和焊接。其主要特点：

1）管节由传统的水平组圆方式变成垂直组圆；

2）瓦片机械组对调整；

3）纵缝采用埋弧自动焊接工艺, 确保了纵缝的焊接质量稳定；

4）钢管自动调圆；

5）加劲环机械组对及其角焊缝的埋弧自动焊接等工艺流程，效率更高；

6）管节制作完成后，直接上台车运输到安装工位；

7）减少施工人员和减轻劳动强度，提高了钢管组圆焊接质量和效率。

经过调研，在梨园电站和黄金坪水电站部分采用了智能化钢管组焊专机设备。设备主机由固定式机架、动力箱、回转液压支撑架和控制系统构成，并配备了带加劲环组焊功能的滚轮架和埋弧自动焊设备。瓦片采取机械组对方式。加劲环利用组焊功能的滚轮架，在旋转的钢管下端依次进行机械组对。设备配置埋弧自动焊机，焊接质量稳定。

3 涔天河工程引进推广移动式压力钢管组焊车间新技术

针对涔天河压力钢管工程施工存在的难题，自2014 年9 月，建设单位机电工程部组织设计到黄金坪水电站进行考察，虽然黄金坪电站只是压力钢管部分工程量使用了这项技术，但取得了较好的效果。这项技术如果引入可以解决涔天河水库扩建工程压力钢管制安场地和工期难题。

在建设单位决定展开新技术引进工作同时，技术研发单位总结了梨园和黄金坪水电站使用经验，对设备系统升级改造，形成了移动式的钢管组焊车间，系统完成了标准化和模块化设计，见表1。

表1 涔天河钢管工程的移动式组焊车间设备主要配置和性能

设备安装调试阶段结束后，形成了稳定的生产能力，新技术的优势越来越明显，至2015 年5 月开始形成了平均2.5 天/节（最快1.5 天/节）钢管的生产能力，见表2。

表2 涔天河工程压力钢管自动化制造工艺参数（2016 年5～8 月记录）

涔天河钢管新技术创新主要在以下几个方面：

1）首次实现钢管组焊车间设备的标准化和模块化,移动、安装和拆卸简单方便。

2）瓦片和加劲环分别在工厂制造，运输瓦片到工地，运距约1 400 km。

3）首次采用“三工位”法进行钢管现场制造和安装，焊缝总长的70%实现埋弧自动焊接。即第一个工位实现单节钢管组焊（含加劲环），使100%的纵缝和加劲环角环缝实现自动焊接；第二个工位双节钢管组焊，使30%、50%的管节对接环缝实现自动焊接；第三个工位钢管安装。见图2。

4）首次实现钢管重量50 t、5 m 的大节管节（两节管节组对成1 节）过弯道运输。

图2 涔天河水工钢管移动组焊车间布置在引水发电洞出口

截止2016 年10 月16 日，涔天河水电站应用新工艺总计完成了65 节钢管制造和安装，纵缝473 m（超声波探伤一次合格率达99%）、对接环缝567 m（超声波探伤一次合格率达99.6%）、加劲环角焊缝长度4 072 m 均采用了埋弧自动焊接工艺，占焊缝总长的70%。根据最终检测结果：焊接质量100%合格，钢管制作尺寸和形位公差优于传统工艺。钢管制作安装工期较原计划缩短4 个月。

4 新技术引进推广创新模式

涔天河水库扩建工程使用移动组焊车间新技术是首次在水利工程中推广应用，创新了业主直补施工单位促进技术成果转化的模式。

移动式压力钢管组焊车间新技术是在招投标已经完成，为解决工程施工阶段遇到实际困难，建设单位主动要求压力钢管制安单位采用的。引进推广新技术，会提高施工单位的成本，为了平衡施工单位的利益，建设单位采取提供专项补助资金的模式，促使施工单位应用新技术。通过新技术的应用，达到了优化场地布置、提高工程质量、确保施工工期的目标。

5 结 语

移动式压力钢管组焊车间经过在涔天河工程的成功应用，标志着我国水利工程大型钢管先进制造技术上了一个新台阶。这项新技术颠覆了传统的压力钢管生产施工技术工艺，节省了建设单位在工地建设钢管厂、运输道路改造及大件运输等费用，实现了水工大型压力钢管制作安装质量提升、施工工期缩短、成本降低（总工程）的目标。为今后在所有高山峡谷地区以及国际水利水电工程建设的设计规划提供了可借鉴的解决方案，对促进水利水电工程建设事业定会起到积极的作用。