大型洞內(nèi)壓力鋼管自動(dòng)化工藝

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1、 大型洞 ( 多年的企業(yè)咨詢(xún)網(wǎng)問(wèn)經(jīng)驗(yàn). 大型洞內(nèi)壓力鋼管自動(dòng)化工藝 壹、前言 繼十三陵、二灘等國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)鋼管）的結(jié)構(gòu)等變化十分明顯， 第壹：尺寸巨大，長(zhǎng)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(guò)了國(guó)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(jí)高，500MPa級(jí)應(yīng)用廣泛，600MPa級(jí)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(shì)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)

2、在壓力鋼管制造中得到了較為廣泛的運(yùn)用，大型專(zhuān)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(duì)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(duì)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，目前的施工方法仍過(guò)多地依賴(lài)于傳統(tǒng)的土法運(yùn)輸和 手工焊接，這些問(wèn)題將導(dǎo)致施工工期較長(zhǎng)且可能在支洞開(kāi)挖等方面多花費(fèi) 數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的費(fèi)用。因此，針對(duì)近期即將大規(guī)模開(kāi)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)，研究和之相適應(yīng)的洞內(nèi)鋼管制造安裝工藝是十分必要 的。 、國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)

3、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(guó)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(guó)家焊接機(jī)械化、自動(dòng)化程度已達(dá)到熔敷金屬量 的 65% 之上。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(guó)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(guó)外大型造船廠(chǎng)開(kāi) 始應(yīng)用的門(mén)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(pán)平臺(tái)或電磁平臺(tái)，其最大焊接行程達(dá) 12m ，壹次行程可焊板厚最大為 40mm 。壹些高效優(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(guó)

4、內(nèi)已經(jīng)得到運(yùn)用，但我國(guó)焊接自動(dòng)化率為熔敷金屬量的約 30%-50% ，應(yīng)用的廣度和水平和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有壹定的差距。 目前，國(guó)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， 防竄精度為土 0.5mm.變位機(jī)的最大的承載重量達(dá)400T ,轉(zhuǎn)矩可達(dá) 450KNm. 框架式焊接翻轉(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(tái)的最大承載重量達(dá) 500T 。 立柱橫梁操作機(jī)和門(mén)架式的操作機(jī)的最 大行程達(dá)12m.龍門(mén)架操作機(jī)的最大規(guī)格為8mx 8m.我國(guó)已能生產(chǎn) 6mx 6

5、m之上大型立柱一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± iooTi；5mm!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(xiàn)以及各種類(lèi) 型的按用戶(hù)需要定制的專(zhuān)用成套焊接設(shè)備，且大量采用交流電機(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)仍配備了焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。 近年來(lái)，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 600MW 鍋爐開(kāi)始采用了 80

6、00 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(zhǎng)筒節(jié) （單節(jié)最大長(zhǎng)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? 和電加熱設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，例如，紅外燃?xì)饧訜崞?，引射式液化氣? 熱器等比傳統(tǒng)的燃?xì)饧訜崞魈岣邿嵝?30% 之上，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(guò)程的全自動(dòng)化已成為壹種迫切的需求，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)的運(yùn)營(yíng)理念發(fā)生了很大的變化，高產(chǎn)量

7、已讓位于高質(zhì)量、 勞動(dòng)密集型已逐步被知識(shí)密集型所取代。大量采用自動(dòng)化焊接專(zhuān)機(jī)，生產(chǎn) 線(xiàn)和柔性制造系統(tǒng)已成為壹種不可阻擋的趨勢(shì)，這同樣也是水電金屬結(jié)構(gòu) 專(zhuān)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，壹般為單管單機(jī)布置，基本的結(jié)構(gòu)有四種： 壹、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)多為水平管和其它結(jié)構(gòu)的組 合，形成“ N”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(duì)于施工而言采用水平管是

8、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(chēng)尺寸相同且變化幅度不大，說(shuō) 明每個(gè)工程的鋼管結(jié)構(gòu)的單壹性，其直徑相對(duì)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： ⑴材料采購(gòu)； ⑵鋼材運(yùn)輸； ⑶鋼管下料； ⑷坡口加工； ⑸卷板： 1/3 （或 1/4 圓弧）； ⑹鋼管組圓； ⑺縱縫焊接； ⑻矯形； ⑼加勁環(huán)安裝焊接； ⑽內(nèi)支撐安裝； （11）焊接檢驗(yàn)；

9、 ?廠(chǎng)內(nèi)防腐； ?出廠(chǎng)驗(yàn)收； （14）凹心臺(tái)車(chē)公路立運(yùn)（鋼管軸線(xiàn)和汽車(chē)軸線(xiàn)平行，高度大于寬度，故名） 運(yùn)輸； ?交通支洞運(yùn)輸（臺(tái)車(chē)平運(yùn)）； (16)主洞運(yùn)輸(臺(tái)車(chē)立運(yùn))； ?安裝就位； ?安裝環(huán)縫焊接； (19)安裝檢驗(yàn)； (20)鋼管碎回填后安裝防腐。 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(chǎng)鋼管廠(chǎng)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(chǎng)鋼管 廠(chǎng)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)間順序和工作狀況能夠整個(gè)制造安裝過(guò)程分為五個(gè)方 面： ( 1 )材料采購(gòu)供應(yīng) 通常在正式的施工設(shè)計(jì)圖具備后，即具備采購(gòu)條件

10、。鋼板的長(zhǎng)度和寬度尺 寸應(yīng)當(dāng)由制造安裝工藝確定。能夠計(jì)算，鋼管焊縫總長(zhǎng)度為管壁的縱縫環(huán) 縫和加勁環(huán)環(huán)縫之和，即 F= mL+ 兀 DL/ B+2 兀 Dn10 m 為鋼管制造分瓦片數(shù)量， L 為鋼管長(zhǎng)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(zhǎng)度尺寸為 1/3或1/4周長(zhǎng)， 這對(duì)材料運(yùn)輸和保證卷板速度更為有利。當(dāng)鋼管直徑長(zhǎng)度加勁環(huán)等結(jié)構(gòu)尺 寸確定后，焊接工作量的大小和板寬成正比。以往，我國(guó)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。 當(dāng)下，不僅我國(guó)水電、石化、冶金等行業(yè)均有現(xiàn)代化

11、的數(shù)控卷板機(jī)，寬度 均按3-4m 寬度設(shè)計(jì)，而且市場(chǎng)上能夠采購(gòu)到國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的 3m之上板寬 鋼管用材。在設(shè)備條件許可時(shí)，鋼管板寬增加自然地形成了施工效率同比 例的增長(zhǎng)，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 能夠相應(yīng)減少約10% ,減少比率Q Q= ( B-2 ) /B X 100% 2) 能夠節(jié)省的實(shí)際焊縫數(shù)量 W W= LX 兀 DXB-2 ) /B (3) 現(xiàn)有的情況是：我們?cè)诓少?gòu)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。這是目前的壹個(gè)盲點(diǎn)，站在社會(huì)經(jīng)濟(jì) 宏觀(guān)價(jià)值角度考慮，我們能夠制定相應(yīng)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

12、，從壹個(gè)方面提高 我國(guó)節(jié)能降耗水平。能夠認(rèn)為，鋼管寬度的確定只是受到了鋼鐵廠(chǎng)生產(chǎn)能 力和陸路運(yùn)輸?shù)南拗疲ɡ缙?chē)、火車(chē)），綜合分析，對(duì)于大多數(shù)鋼管工 程 2.5m-3.2m 板寬是壹個(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(xiàn)、切割、刨邊、卷板、對(duì)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(chǎng)檢驗(yàn)。 鋼管廠(chǎng)規(guī)劃方式的不同形成不同的生產(chǎn)工藝，主要有倆種，壹種是鋼管全 部在現(xiàn)場(chǎng)加工的模式，另壹種為全部瓦片在水工廠(chǎng)卷制的模式。龔嘴、隔 河巖等水電站的實(shí)踐證明，將劃線(xiàn)到卷板的程序放在工廠(chǎng)完成，是壹種很 有特點(diǎn)的

13、做法，特別是在現(xiàn)有技術(shù)和市場(chǎng)條件下更據(jù)優(yōu)勢(shì)，原因在于： 壹、瓦片制作工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量易于保證，為提高鋼管的拼裝質(zhì)量和自動(dòng)焊 接工藝提供有利條件； 二、在工廠(chǎng)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)備利用率能夠大大增加，工效高成本低，壹臺(tái)大型的數(shù)控卷板機(jī)年產(chǎn)量 能夠達(dá)到 20000 噸左右，而目前壹般只有 20% 的利用率； 三、氧氣乙炔等主要消耗性材料可就近采購(gòu)； 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(duì)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(duì)圓傳統(tǒng)上采用了平組（管口向上）的

14、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(xiàn)水平）后可能帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)， 管壁的縱縫和環(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(duì)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， 且完成加勁環(huán)的安裝和焊接，能夠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，能夠有效地減小翻身等吊裝工作。它的另壹個(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(tái)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，

15、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)制造壹種大型專(zhuān)業(yè)的立式回轉(zhuǎn)平臺(tái)，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(zhuān)用的活動(dòng)內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺(tái)自動(dòng)焊接設(shè)備后，具 備完成鋼管對(duì)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(wú)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 20-50mm 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，這和水電金屬結(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(shì)，而加勁環(huán)的焊接采用 CO

16、 2 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(chē)、火 車(chē)或輪船，其中汽車(chē)運(yùn)輸是必不可少的，材料運(yùn)輸能夠使用通用的運(yùn)輸工 具完成，國(guó)內(nèi)水電工程較多地采用了火車(chē)和汽車(chē)運(yùn)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(chē)或火車(chē)倒運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，管節(jié)運(yùn)輸除個(gè)別工 程外， 都采用特制汽車(chē)拖車(chē)運(yùn)輸。 運(yùn)輸?shù)淖詈箅A段是由平板臺(tái)車(chē)完成的 （垂 直管例外），平板臺(tái)車(chē)由卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。 實(shí)際上，鋼管在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸是工程規(guī)劃和施工的壹個(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(jí)公路， 根據(jù)國(guó)家公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其寬度在7m?

17、 9m 之間， 當(dāng)鋼管外形尺寸在 9m 以?xún)?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(duì)所經(jīng)過(guò)的路段實(shí)施交通管制，由專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)通過(guò)，特殊 情況下，能夠采用凹心臺(tái)車(chē)的方式拖運(yùn)，但由于運(yùn)輸時(shí)鋼管重心高，鋼性 差，裝車(chē)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(jí)，當(dāng)然施工交通洞的等級(jí)也要相應(yīng)地提高，鋼管運(yùn)輸 所經(jīng)過(guò)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(wàn)計(jì)算的。和此相對(duì)應(yīng)，最大程度地減小汽車(chē)運(yùn)輸尺寸可能產(chǎn) 生的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)能夠減少交通干擾、節(jié)省施工時(shí)間，且 且有利于環(huán)境保護(hù)，無(wú)疑對(duì)工程建設(shè)是

18、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，這壹點(diǎn)在大中型鋼管中更為明顯。我國(guó)在云峰電站建設(shè)中首次將埋弧 自動(dòng)和焊滾焊臺(tái)車(chē)結(jié)合應(yīng)用于鋼管環(huán)縫焊接，能夠?qū)z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(chǎng)鋼管制造，可是由于運(yùn)輸尺寸和重量的限制，四十 多年來(lái)滾焊臺(tái)車(chē)和埋弧自動(dòng)焊的工藝設(shè)備技術(shù)在水電行業(yè)中沒(méi)有得到大的 發(fā)展，和國(guó)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(kāi)發(fā)潛力。我們完全能夠設(shè)想，直接將大型 的滾焊臺(tái)車(chē)安裝施工

19、部位，比如輸水隧洞的主洞內(nèi)，這樣，能夠進(jìn)行倆節(jié) 或倆節(jié)之上的大節(jié)組裝， 70 ％之上的環(huán)縫能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化焊接，鋼管安裝 環(huán)縫減到更少，和此同時(shí)，鋼管主洞以外的運(yùn)輸?shù)某叽缒軌蚶^續(xù)減小，鋼 管主洞內(nèi)的運(yùn)輸?shù)某叽绶炊軌蛟龃?，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(chē)，尺寸越小其穩(wěn)定性更好，速度能 夠相應(yīng)提高，對(duì)施工交通的干擾減少，而鋼管主洞內(nèi)的運(yùn)輸由于洞挖結(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(wú)論在平洞仍 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。更壹步地設(shè) 想，若在滾焊臺(tái)車(chē)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(jiǎn)單的運(yùn)輸臺(tái) 車(chē)，鋼

20、管水平運(yùn)輸?shù)男视型麖母旧系玫教岣?，能夠達(dá)到壹舉多得的效 果，這對(duì)以水平結(jié)構(gòu)為主的鋼管工程無(wú)疑是理想的施工設(shè)備。 (5)防腐 當(dāng)下水電站鋼管絕大部分防腐工作是分倆個(gè)階段進(jìn)行：大面積的工廠(chǎng)防腐 和鋼管安裝后防腐。目前我國(guó)的防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外是基本壹致的，國(guó)外 類(lèi)似工程的防腐使用壽命能夠達(dá)到 20?30年，而我國(guó)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壹次完成，質(zhì) 量明顯較好，這和國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)相同的。由于安裝過(guò)程和混凝土回填施工 中不可避免要傷害到工廠(chǎng)防腐的部位，這些部位和安裝焊縫區(qū)域的防腐壹 樣成為鋼管內(nèi)壁防腐的薄弱環(huán)節(jié)。用“圍桶理論”的觀(guān)點(diǎn)分析，

21、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。當(dāng)下，越來(lái)越多的工程技術(shù) 專(zhuān)家達(dá)成壹致，應(yīng)當(dāng)在安裝后壹次性地完成防腐涂裝工作，為了進(jìn)壹步提 高我國(guó)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(guó)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)備應(yīng)用 經(jīng)驗(yàn)，能夠研制高效、清潔的自動(dòng)噴砂和自動(dòng)噴涂設(shè)備，解決長(zhǎng)期以來(lái)鋼 管防腐用簡(jiǎn)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(mǎn) 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(mǎn)足工程設(shè)計(jì)工期和質(zhì)量的要求 針對(duì)目前鋼管制造安裝量在和質(zhì)量要求高的趨勢(shì)，應(yīng)當(dāng)盡可能選用技術(shù)成 熟、自動(dòng)化程度高

22、的工藝和設(shè)備。無(wú)論是在材料采購(gòu)，仍是在鋼管制造、 安裝、焊接、防腐及相應(yīng)的檢測(cè)過(guò)程都應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)。 在我國(guó)大規(guī)模開(kāi)發(fā)大中型水電站的背景下，為符合鋼管工程結(jié)構(gòu)的單壹性、 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(guó)內(nèi)外的先進(jìn)焊機(jī)技術(shù)，采用多絲高速埋弧焊工藝，完全能夠從根本上解 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(gòu)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，且盡可能減少后期運(yùn)行 管理成本。 3、生產(chǎn)系統(tǒng)具有柔性，能夠適應(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

23、單臺(tái)或多臺(tái)焊接操作機(jī)和工件裝夾，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(xiàn)的壹次投資額相對(duì)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(mǎn)足同壹工程或類(lèi) 似工程不同的生產(chǎn)需要。 4、減少交叉作業(yè)，避免施工互相干擾： 這壹點(diǎn)在洞內(nèi)施工時(shí)尤為關(guān)鍵，不合理的工藝線(xiàn)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(guò)程控制，能夠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(guó)家相關(guān)法律（《勞動(dòng)

24、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(guān)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) 在之上的工藝分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)的原則，我們能夠確定這樣壹 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 ㈠ 鋼管下料、切割刨邊：鋼板寬度在 3m 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?。?； ㈢ 加勁環(huán)制造：能夠數(shù)控切割； ㈣ 圓弧鋼板運(yùn)輸，包括長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)绞┕ざ磧?nèi)，或倉(cāng)儲(chǔ)后二次運(yùn)輸?shù)绞┕ざ? 內(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(tái)，焊接方法為

25、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 倆個(gè)或多個(gè)管節(jié)組圓及環(huán)縫焊接：在大型滾焊臺(tái)車(chē)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(tái)車(chē)運(yùn)輸?shù)桨惭b部位，調(diào)正，焊接，檢驗(yàn)。 〔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(tái)、 大型或超大型滾焊臺(tái)車(chē)和高效的自動(dòng)焊接設(shè)備，將形成壹套移動(dòng)的鋼管拼 裝焊接生產(chǎn)線(xiàn)，代替現(xiàn)有工地鋼管廠(chǎng)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?yè)Q位工作沒(méi)有了，起重、安裝、焊接及其探傷的勞動(dòng)強(qiáng)

26、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(guó)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，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(chǎng)或鋼結(jié)構(gòu)制造廠(chǎng)完成，將切割劃線(xiàn)、 下料、刨邊、卷板形成流水線(xiàn)作業(yè)。大型鋼管專(zhuān)用的弧形鋼板形成集中工 廠(chǎng)加工的方式，促進(jìn)鋼管制造向標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化和規(guī)?；较虬l(fā)展。可能 形成壹個(gè)工廠(chǎng)

27、對(duì)多個(gè)中小工程或多個(gè)工廠(chǎng)對(duì)壹個(gè)大工程的市場(chǎng)網(wǎng)格狀態(tài)的 分布，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)資源的合理配制。 2. 現(xiàn)場(chǎng)的鋼管制造和安裝由專(zhuān)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，又能夠加快總體施工進(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(chǎng)鋼管廠(chǎng)的建造， 和此相關(guān)的公路、 施工支洞等能夠按普通標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)施工等級(jí)降低，此方面能夠節(jié)省大量前期投入。不僅如此，仍將節(jié)省 了工地鋼管廠(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用和數(shù)控切割機(jī)、刨邊機(jī)、數(shù)

28、控卷板機(jī)等大型設(shè)備 的壹次性投入。目前壹個(gè)中等規(guī)模的工地鋼管廠(chǎng)的臨時(shí)建設(shè)費(fèi)用在 300 萬(wàn) 之上，相應(yīng)的設(shè)備投入約 1000 萬(wàn)，占地總面積在 10000m2 之上。 5. 專(zhuān)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(tái)， 選擇適合 大型鋼管的滾焊臺(tái)車(chē)，且開(kāi)發(fā)鋼管內(nèi)壁防腐專(zhuān)用的自動(dòng)化設(shè)備，但這些在 技術(shù)上沒(méi)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 入和現(xiàn)有工藝相當(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(chǎng)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，通常壹個(gè)中型規(guī)模的工地鋼管廠(chǎng)需要 200 人左右， 而按照此工藝只需要 50-

29、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. 和此相關(guān)的土建工程開(kāi)挖量和臨時(shí)建筑減少， 相應(yīng)地減少了對(duì)施工區(qū)域自 然環(huán)境的影響。 8. 隨著整個(gè)施工過(guò)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% 之上，生產(chǎn)能耗相對(duì)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(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。 9. 既適用于交通運(yùn)輸或場(chǎng)地條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(yǔ) 水電站鋼管工程是壹個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及到水電

30、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)展和現(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)化工藝是壹個(gè)既符合我國(guó)大規(guī) 模水電站開(kāi)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，它能夠綜合鋼板機(jī)械加工、數(shù)控卷板和全自動(dòng)焊接 等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外成熟的工程技術(shù)，能夠應(yīng)用先進(jìn)的大型數(shù)控卷板機(jī)、大型鋼 管滾焊臺(tái)車(chē)、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(tái)、大型鋼管內(nèi)壁自動(dòng)噴砂、自動(dòng)噴涂設(shè)備研發(fā)的新課題。 水電站洞內(nèi)鋼管的新工藝十分適應(yīng)我國(guó)目前日益發(fā)展的工業(yè)化水平和市場(chǎng) 經(jīng)濟(jì)要求，符合改革開(kāi)放條件下的中國(guó)現(xiàn)代水電建設(shè)管理思想，通過(guò)進(jìn)壹 步的技術(shù)開(kāi)發(fā)利用，不僅能夠?yàn)樗娊ㄔO(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(chǎng)資源，提高能源利用效率，展示我國(guó)水電站建設(shè)現(xiàn)代化水平， 使我國(guó)水電站鋼管制造安裝的技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。