引水钢岔管施工技术研究文档格式.docx
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2.7℃（1月）℃℃
多年月、年平均气温统计见表1.1.2-1。
表1.1.2-1多年月、年平均气温统计表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
多年平均气温（℃）
2.7
4.3
8.7
14.8
20.1
24.4
28.2
27.5
22.7
17.0
11.0
5.0
15.5
2）降雨
多年平均降水量：
12288.9mm
年最大降水量：
1779.3mm
年最小降水量：
880.5mm
3）风向、风速
多年平均风速：
2.7m/s
年最大风速：
22.5m/s（1971年8月25日）相应风向SW
多年平均最大风速：
13.98m/s
设计基本风速：
25.3m/s
1.1.3特征水位
1）上水库
正常蓄水位291.0m
死水位254.0m
2）下水库
正常蓄水位19.0m
死水位0.00m
1.1.4厂区地应力
厂区地应力量较低，最大平面主应力为4.3MPa~6.3MPa，方位角为NW向（332°
~350°
）；
最小平面主应力为：
3.3MPa~4.6MPa。
1.1.5岔管运输通道
引水钢岔管经进厂交通洞、①施工支洞运至安装部位。
交通洞终点位于主厂房安装间下游边墙高程-48.50m处，起点位于
道路高程50.00m处，马蹄形断面，断面净尺寸为7.5×
7.5m（宽×
高，腰宽8.0m），最小转弯半径为200m，最大纵坡7.8%。
①施工支洞起点位于进厂交通洞桩号厂交1+154.936处，终点位于引水主管桩号Y①0+453.752处，洞长约475m，断面净尺寸为7.5×
7.0m（宽×
高，城门洞形），最小转弯半径为50m，支洞最大纵坡为7.05%。
1.2引水钢岔管设计概况
1.2.1基本布置和体型
溧阳抽水蓄能电站引水系统采用一洞三机供水方式，每个引水单元通过2个钢岔管分成3条引水支管，岔管距离厂房上游边墙距离约105m~127m。
引水钢岔管设计内水压力为4.341MPa，外水压力按1.3MPa考虑，其布置及体型的设计方案为对称布置，内加强月牙肋型式，分岔角70°
，扩大率115%。
1#岔管主管直径7.0m，支管直径5.7m/4.0m，2#岔管主管直径5.7m，支管直径4.0m。
经三维有限元计算分析，在采用800MPa级高强钢材时，1#岔管最大管壁厚度为58mm，肋板厚度110mm，2#岔管最大管壁厚度为42mm，肋板厚度84mm。
为抵抗外水压力的需要，岔管外壁设置加强环，1#岔管加强环尺寸为150mm×
30mm（宽×
厚），2#岔管加强环尺寸为150mm×
42mm（宽×
厚），间距均为2000mm。
岔管的布置见图1.2.1-1，体形尺寸见表1.2.1-1和表1.2.1-2。
图1.2.1-1引水钢岔管布置示意图
表1.2.1-11#岔管体形尺寸
项目
参数
主
锥
管
C
主管进口内半径（mm）
3500
肋
板
肋板高（mm）
4152
柱管与过渡管节公切球半径（mm）
肋板总宽（mm）
5270
过渡与基本管节公切球半径（mm）
3633
断面最大宽度（mm）
1645
最大公切球半径（mm）
4025
肋板宽/肋板高
1.27
过渡管节半锥顶角
5.8°
断面最大宽度/肋板高
0.40
基本管节半锥顶角
13.8°
断面最大宽度/肋板总宽
0.312
圆柱管节管壁厚度（mm）
50
肋板厚（mm）
110
过渡管节管壁厚度（mm）
54
肋板厚/壳板厚
1.90
基本管节管壁厚度（mm）
58
分岔角
70°
支
A
支管A出口内半径（mm）
2850
B
支管B出口内半径（mm）
2000
0°
3.474°
15°
11.526°
表1.2.1-22#岔管体形尺寸
3280
3921
2978
1100
3277
1.16
5°
0.33
11°
0.28
38
84
40
42
2138
7°
18°
1.2.2材质
（1）化学成分
本工程钢岔管采用的800MPa级钢材的化学成分如表1.2.2-1。
表1.2.2-1钢板化学成分
化学成分（%）
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
Mo
V
≤
0.14
0.38
1.50
0.006
0.005
0.50
0.80
0.60
0.06
注：
1.炭当量：
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+V/14+Ni/40+Mo/4（%）
2.裂纹敏感指数：
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B（%）
（2）力学性能
钢材的力学、工艺性能需满足表1.2.2-2的要求
表1.2.2-2800MPa级钢材的力学性能及工艺性能
钢板厚度（mm）
拉伸试验
冲击试验
冷弯试验
抗拉强度（MPa）
屈服点（MPa）
伸长率（%）
V型冲击功（横向）（J）
应变时效冲击功（J）
180°
≤50
780~930
≥685
≥20
-40℃
≥47
0℃
≥34
d=2a
＞50
760~910
≥665
同时还要求钢材具有良好的耐层状撕裂性能（Z向断面伸缩率≥25%）和焊接性能，质量稳定可靠。
1.2.3分节
1#岔管（包括基本锥和过渡锥）分为10个管节，2#岔管分为11个管节，岔管基本锥和过渡锥管节的布置如图1.2.3-1所示，各管节重量见表1.2.3-1。
图1.2.3-1岔管主体管节布置示意图
表1.2.3-11#岔管及2#岔管各管节重量估算表
1#岔管
2#岔管
管节
重量（t）
①
8.21
6.86
②
6.18
4.07
③
12.93
6.97
④
8.62
5.41
⑤
12.76
3.66
⑥
9.61
5.93
⑦
6.13
3.26
⑧
10.70
3.63
⑨
14.16
3.57
⑩
15.01
7.8
--
肋板
11.37
4.83
合计
115.68
59.25
1、1#岔管支管A不设过渡锥。
2、由于1#岔管支管B过渡锥较长，本表仅选取部分展开和重量计算。
1.2.4岔管分部及焊缝布置
钢管（钢岔管）在洞内焊接或洞外焊接，就焊接而言在工艺要求上并无本质不同，焊接工艺要求基本是一致的。
两者的差别主要在于焊接环境，洞内焊接在防潮、防风等方面要求有具体的防护措施，同时由于焊接产生的烟尘大，还要求做好通风散烟的工作，洞外焊接的焊接环境则要优越很多。
提高焊接施工质量可靠性的一个途径是尽量减少洞内焊接量。
根据运输通道的尺寸，通过合理的岔管分部和焊缝划分，可以减少洞内焊接的焊接工作量，尤其是减少重要和不易检测的焊缝的焊接量，尽可能让这些焊缝的焊接在洞外钢管加工厂完成。
岔管的分部划分和洞内焊缝的初步布置如表1.2.4-1、表1.2.4-2和图1.2.4-1所示。
1#岔管和2#岔管（基本锥+过渡锥）各分成7个部分，每个部分由1~3个管节（瓦片）组成，其焊接均在洞外完成。
同时，通过调整月牙肋两侧管壳的划分，使月牙肋与两侧管壳之间的两条“T”形焊缝在洞外施工、洞外检测，洞内的焊接主要是各部分之间的拼装焊。
表1.2.4-11#引水岔管分部尺寸和重量表
部分
数量
所包括管节
管节运输尺寸（m）
Ⅰ
0.9×
3.7×
7.3
4.105（单个）
Ⅱ
0.6×
3.8×
7.6
3.09（单个）
Ⅲ
1.7×
4.0×
7.9
6.465（单个）
Ⅳ
④⑤⑥
4.9×
6.2×
8.0
25.82
Ⅴ
⑦⑧⑨
5.8×
26.13
Ⅵ
2.0×
5.9×
5.9
Ⅶ
肋板（带翼）
3.5×
5.4×
8.5
21.40
总计
表1.2.4-22#引水岔管分部尺寸和重量表
1.2×
6.0×
6.0
②③
2.2×
6.5×
6.5
11.04
4.8×
6.6
12.35
0.8×
4.3×
⑧⑨⑩
4.5×
12.50
3.3×
4.1×
7.0
9.98
图1.2.4-1岔管基本锥和过渡锥洞内焊缝布置示意图（粗线所示）
1.3工程特点及难点
本工程钢岔管规模大、设计水头高，技术要求高，岔管全部采用800MPa级高强钢，对制造及安装工艺要求严格；
由于受运输通道尺寸的限制，不能在洞外组装成整体交付安装，部分制造需在洞内完成，因此岔管采用的分块、分节方案将直接关系到岔管洞内运输、安装是否顺利实施，合理的焊接工艺措施以及水压试验方案将是保证岔管整体施工质量的关键。
本工程钢岔管施工洞内作业工程量较大、工期紧，加上场地狭窄，通风条件差，且岔管段围岩多为Ⅳ类，因此洞内施工的安全是本工程的重点。
2钢岔管瓦片加工工艺
2.1瓦片制作工艺流程如图2-1。
2.2瓦片加工工艺流程说明
（1）技术准备
收到钢岔管施工设计图纸后，首先进行技术性审图和工艺性审图，并根据审图结果编制《工艺大纲》、《材料需用量计划》、《外协外购件清单》和《检验计划》。
以及《零件工艺卡》、《装焊工艺卡》、《探伤工艺卡》等工艺文件，绘制钢岔管的瓦片拼料图。
（2）材料准备
①钢材准备
a．钢板的规格、尺寸、材质由技术或工艺员编制的钢岔管拼料图及下料工艺卡确定，并提出详细的订货采购清单经机电物质部、专业总工审批后，报监理人批准后组织采购；
b．每批钢材入库验收时，应向监理人提交材料出厂的产品质量合格证明书，钢岔管主体材料应在供应厂家进行100%的外观质量、外形尺寸、以及内部质量检验，每炉批应抽取试样，按设计和规范要求进行化学和机械性能检验并应符合相应要求。
上述检验结果应接受监理人的批准，没有产品出厂合格证书的钢材不得使用。
进口钢板还需附商检报告；
c．对所有到货的钢板进行抽样检验。
每批钢板抽样数量为2%，且不少于2张，必要时根据监理人的指令随机抽样，增加附加检验量；
d．钢板抽样检验项目包括表面检查、化学成分、力学性能，并按JB4730及第一号修改单要求作超声波探伤检查；
e．钢板应按钢种、厚度分类堆放，垫离地面，平整放置，并注意灰尘、油脂及酸性有机物等的污染。
户外堆放时，应架设防雨棚，防止腐蚀、污染和变形。
②涂装材料准备
a．通过设计的涂装工艺对试验样板进行涂装，然后进行附着力检验，喷涂次数、漆膜厚度的测定，并经过监理人确认，方可提出分批涂料采购计划。
到货涂料应按监理人的指示进行抽样检验合格后方可使用；
b．每批到货的涂料附有制造厂的产品质量证明书和使用说明书。
说明书内容应包括涂料特性、配比、使用设备、干硬时间、再涂时间、养护、运输和保管办法等；
c．仓库内存放的涂料分类堆放整齐，各类涂料、固化剂、稀释剂间的间距应≥1m并避免日光直接照射。
仓库外，配备有相应数量的泡沫灭火器、二氧化碳灭火器和黄砂等消防器材。
并悬挂明显的防火安全警示牌。
在临时存放已打开的涂料、固化剂和稀释剂的配料间内，严禁吸烟或使用明火。
操作人员尽量避免在内停留过久。
（3）材质确认与复验
钢板投料前，下料人员应根据材料入库检验单、下料工艺卡对待下料钢板的材质、外形尺寸等进行确认。
按照招标文件技术条款以及施工设计图纸的技术要求进行钢板等的检查与材料复验。
（4）钢板下料切割和坡口制备
①钢管瓦片排料及下料切割时，还应符合下列要求：
a.环缝间距一般不小于500mm；
b.相邻管节纵缝间距应大于板厚的5倍，且不小于100mm；
c.同一管节上相邻纵缝间距不应小于500mm。
②钢板划线采用人工划线，划线后的标记应符合DL5017的规定。
钢板划线的极限偏差应符合表2.4.2-1规定。
表2.4.2-1钢板划线的极限偏差
序号
允许偏差（mm）
宽度和长度
±
对角线相对差
对应边相对差
矢高
0.5
③钢板切割采用数控切割机、半自动火焰切割工艺下料。
④切割面的熔渣、毛刺和缺口，用砂轮磨去，所有板材加工后的边缘不得有裂纹、夹层和夹渣等缺陷。
⑤钢板加工后坡口尺寸的极限偏差，应符合图纸或GB985、GB986的规定。
⑥坡口加工完毕立即涂刷无毒且不影响焊接性能和焊接质量的坡口防锈涂料。
（5）瓦片卷制
a．在卷板机上利用车间内配置的起吊设备配合卷板。
瓦片卷制采用卷板机上专门配备的卷锥装置控制其成形。
b．瓦片卷制过程中采用弧长不小于1.2m的内弧样板检查。
瓦片卷制、矫正合格后吊至瓦片检查平台上，在直立状态下检查，样板与瓦片之间的间隙应符合图纸或DL5017-93规范要求。
（6）瓦片卷制合格后将瓦片存放在瓦片堆放场待用，瓦片存放应设置弧形支架支承。
3岔管洞外组装
3.1岔管组装工艺流程及说明
3.1.1岔管组焊工艺流程图
钢岔管洞外组装工艺流程见图3.1-1。
3.1.2说明
（1）岔管单管节制造工艺说明
①管节组圆
单节组装时，将瓦片摆放到专用组装平台上，采用专用工具进行纵缝对装，不得用锤击或其它损坏钢板的器具校正。
单节组装完毕，其管节圆度、纵缝反变形、棱角度、错边量和对缝间隙等应符合工艺要求。
纵缝组装采用手工电弧焊点固焊，在点焊前用氧气乙炔中性焰预热，预热温度比相应的焊接预热温度高20～30℃；
点焊长度、部位要求按照工艺要求和实际情况而定。
②管节纵缝焊接
管节纵缝焊接工艺见后文。
③棱角度矫正处理
纵缝焊接完毕，对棱角度不符和要求的纵缝用专用棱角度矫正架进行机械矫正，使纵缝全长范围内棱角变形（内凹或外凸值）不超过DL5017的规定。
禁止使用火焰法矫正纵缝棱角度。
④管节圆度调整
单节焊接探伤完毕，使用刚度较大的调圆工装及组圆平台上的千斤顶调整管节圆度，钢管椭圆度经检查达到规范要求后，方可进行岔管整体组焊。
（2）岔管整体组焊制造工艺说明
岔管主椎管、过渡椎等管节组焊、校正、检验合格后，在专用胎具上进行岔管整体组焊。
根据计算结果，在钢平台上放出岔管顶、底圆、轴线等控制尺寸，设置胎具，将主椎管大节立放于钢平台上，然后组装过渡椎管、月牙肋等部分。
在岔管形位尺寸检查合格后进行焊接。
焊前预热，焊后校正。
合格后在洞内组合接缝处进行安装组装标记（标记不得伤害主材，在防腐等其他工序时进行标记移植和恢复），并将岔管拆成散件以利于运输。
4钢岔管运输与安装
4.1运输方案
（1）洞外公路运输
钢岔管瓦片考虑在工地外工厂加工，然后通过公路或水路运输至工地加工厂。
（2）洞内运输
①钢岔管管节和瓦片等部件采用25t平板车经进厂交通洞、①施工支洞运至施工支洞与相应引水隧洞交叉处，采用交叉处洞顶埋设的30t天锚卸车。
②采用隧洞内临时敷设的运输轨道，由卷扬机牵引、平车转运至安装部位安装。
4.2钢岔管安装方案
4.2.1安装工艺流程
每台机组的引水钢岔管安装工艺流程见图4.2.1-1。
4.2.2钢岔管安装工艺及技术措施
①按施工设计图纸要求进行钢岔管安装基准的测量放样；
②敷设洞内安装运输轨道，轨道支承埋件应结合安装加固件的设置综合考虑；
③在施工支洞与引水隧洞交叉口处的洞顶设置卸车用的天锚。
（2）钢岔管安装技术措施
①总体上先安装2#钢岔管，然后进行1#钢岔管的安装，最后进行两个岔管见连接钢管安装；
每套钢岔管按先基本锥、月牙肋，后过渡锥的总体顺序进行洞内组装。
②首装节的设置
一般以主圆锥的第一节为首装节或首装单节，首装单元安装后其里程、高程、中心位置偏差不应超过±
5mm。
首装节安装检查合格后加固后复测，并经监理工程师确认后方可进行其余管节的安装和加固；
③其余管节（非首装单元）安装中心的偏差和管口圆周度应遵守DL5017-93的规定，管口中心极限偏差＜25mm，管口圆度＜5D/1000，但最大不应超过40mm或遵循图纸要求。
（3）钢岔管的加固焊接
每个钢岔管在水压试验完成前，均采用下部支承进行支承。
水压试验完成后，按设计图纸要求进行最终加固定位，以免因浇筑混凝土时混凝土发生钢管移位。
为防止首装节变位影响整体安装精度，将首装单元加劲环采用14槽钢与洞壁预埋的φ22mm锚杆搭焊加固，其它管节主要采用70角钢搭焊加固，局部增加槽钢加固。
所有管节加固搭接采用双面焊接，焊缝长度不小于200mm。
（4）洞内组装
①洞内安装焊缝在相临的安装单元调整加固并经检查合格、并采用临时固定措施后方可进行安装焊缝的组装。
一般先组装纵缝，后组装环焊缝。
②组装前根据制造时所测的管口周长值确定环缝错牙值，并尽量将错牙平均分配在整个环缝周长内。
每条环缝对称压缝和点固焊接，焊接时采用氧乙炔焰预热，预热温度和范围符合正式焊接工艺规定。
③岔管单元安装焊缝对装应符合图纸或DL5017-93的要求。
环缝对装时尽量采用活动压杆配合千斤顶逐段装配，外壁可辅助短定杆配千斤顶调整，如无监理人许可严禁使用压码和楔子板等。
安装时，不得随便在钢管本体上焊接脚手架、脚踏板等。
（5）环缝焊接时采用4~6人对称焊接，每条焊缝焊接必须连续完成，不得中断。
焊接工艺措施见后文相关要求执行。
焊后消氢采用电脑控温的远红外加热处
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