压力钢管安装作业指导书

中国水利水电第十工程局作业指导书压力钢管制作二O一一年五月三十日 批准：曾 竟审核：苏利峰校核：张良鑫编写：许 可一、前言本文介绍压力钢管安装的施工方法，同时对施工准备、施工机械、施工材料、施工人员、施工作业环境和安全作业了相应的要求。对施工程序、检验和检测方法及手段、各阶段质量检查、验收标准和记录做出了明确规定。相关的施工质量验收表格和单元施工质量评定表格作为附件附后。水电站压力钢管可分为洞内埋管、坝内埋管和明管。各种压力钢管的安装方法基本是一致的，其安装程序也大致相同，可按图1所示，但在布置施工现场和选用安装方案时，应根据其结构型式和所处的地形环境条件等情况来确定。编写本作业指导书所引用的规范、标准：DL/T 5017-2007 压力钢管制造安装及验收规范DL/T 5141-2001 水电站压力钢管设计规范GB 11345-89 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析GB 3323-87 钢熔化焊接接头射线照相或质量分析GB 8923-88 涂装前钢材表面锈蚀等级或除锈等级SL 105-95 水工金属结构防腐蚀规范以下文件，应同时作为安装及质量验收的重要依据：合同文件的技术条款；设计图纸、设计修改通知及厂家到货的随机图纸资料；出厂合格证、检查、验收记录二、压力钢管安装1、压力钢管安装程序压力钢管安装具体施工程序要视其施工条件及环境来确定，并经常与土建施工交替作业，受土建施工进度等因素影响，可具体情况可作具体调整。其常规的安装程序如下：安装准备吊装就位管节对装环缝焊接探伤检查加固、清扫分段中间验收混凝土浇筑灌浆油漆扫尾竣工检查、验收 按此顺序重复进行 图1 压力钢管安装程序2、压力钢管安装施工准备各种压力钢管安装都应作好充足的准备工作，这将为以后的施工提供方便，以及保证整个工期的顺利进行创造条件。压力钢管的准备工作包括以下几个方面：施工人员进场；临时配置设施的修建；施工方案确定；施工场地布置；建立测量控制网；设备、材料采购；压力钢管安装用工器具：经纬仪、水准仪、1m钢板尺、150mm钢板尺、水平尺、划针、粉线、拉紧器、手拉葫芦、螺旋千斤顶、大锤、压杩、锲子、手割抢一套、单门滑车、滑车组、电焊机、卷扬机。压力钢管安装主要控制点有，管轴线、桩号、中心、高程等。首先确定定位节的安装，其主要控制点必须符合规范的要求。施工人员在进行定位节安装前，应根据图纸计算出其桩号、高程并确定轴线中心。定位节的测量放点必须由专业人员测设，每一个测量点必须测放到适当位置（施工方便也不影响埋件安装）并焊接固定线架作为安装调整基础。完成后必须进行校核，做到万无一失。3、洞内埋管安装及工艺措施要求：测量放点，插筋布置，运输轨道安装等技术准备工作，设计图纸校核，根据图纸，绘制测量放点图，配合测量工程师放点，并向各班组进行技术交底后就可以进入安装工作了。3.1、洞内埋管有以下几种形式：单独供水式 即一条钢管只向一台机组供水。通常由上弯管、斜管、下弯管和水平管等组成，其长度较短。联合供水式 即一条钢管向两台以上的机组供水。其总管较长，通常由上弯管、斜管、下弯管和水平管等，在下水平段设有岔管，岔管后设支管，在接近机组处设有蝴蝶阀或球阀等设备，这种方式是目前最常用的供水方式。竖井式 由上水平管、上弯管、竖井管、下弯管和下水平管等组成。可以单独供水，也可以联合供水，但以后者居多。3.2、安装前应具备的条件（1） 洞内岩石开挖完毕，水平管顶部及两侧应有600mm净空，底部有800mm净空；斜管及竖井管四周有600mm净空；管径小的净空应适当加大。（2） 洞内钢管运输可采用无轨台车、有轨台车、钢轨滑运等方式。最常用的为钢轨滑运，支持钢管运输的支墩可采用混凝土支墩或钢支墩（混凝土支墩成本低但工期长；钢支墩成本高但工期短）。混凝土墙浇筑完毕，并具有70以上的强度。测量放点并布置插筋，支墩横向间距为0.60.7D（钢管直径），其纵向布置，在始装节每节设置一对，其它管节每23节设一对，支墩尽量对正加劲环，支墩上预埋30040010mm的钢钣，铺设24kg/m（或38kg/m）的钢轨，轨顶距加劲环5080mm。混凝土墙式支墩每隔45m应留出一个过人孔。钢支墩与混凝土支墩的布置基本相同，用型材焊接钢架并在其上铺设钢轨。（3） 布置卷扬机地锚及各种起吊牵引的天地锚，天地锚一般选用2032mm的圆钢，其深度要试岩石的强度而定。埋设孔内的浆应具有一定的强度才能使用。（4） 测量控制点要设置牢固，并用红铅油标示清楚，分别设在始装节两端、弯管起止端的左右中心及下中心处。其它管节则每隔510m设置一个控制点。（5） 搭设脚手架及行人爬梯，设置安全防护器具。钢管较长时可采用活动式台车，以减少脚手架的工作量。（6） 设立明确可靠的联络讯号。（7） 管较长时，应采取有效的通风排烟措施，排除烟尘。3.3、施工现场布置1、电焊机室 钢管总长小于50m，在一端设电焊机室；管长超过50m，可分别在两端或中间水平段设置电焊机室，电焊机室的面积参照图2确定。在较长的隧洞内，也可每隔100m开挖出一个电焊机室，其尺寸一般深1.5m、高2m，沿洞身长度按台数和机体宽度的1.21.5倍考虑，也可将电焊机设置在钢管内。2、卷扬机室 按钢管运入方向，通常设在便于观望的位置，其面积按卷扬机四周留有600mm以上通道考虑。3、空压机室 可从土建总的供气系统中引出支管使用。如单独设置空压机，宜配置两台（互为备用），也可设置在钢管内。4、乙炔瓶、氧气瓶存放处 设置在交通方便、离工作位置较近的洞口处，乙炔瓶和氧气瓶应相距10m以上存放。其占地面积和存放要求为：乙炔瓶：每10瓶占地1.52，距火源10m以上。氧气瓶：每10瓶占地1.52 ,距火源及乙炔发生器510m。5、铆工及起重工作业室 一般设在洞口附近，按每人1.52 2考虑。6、电工作业室 按912考虑。施工场地应满足交通、排水及消防等要求。作业室、工具室可采用固定式木结构或移动式钢木结构，后者可提高利用率。3.4、安排安装程序的原则钢管安装程序和钢管到运入、混凝土进料方向、作业面个数、土建工期以及地质条件等因素有关，但总的安排应符合下列原则：满足总工期的要求；1） 降低工程总造价；2） 安全施工；3） 减少交叉作业，避免相互干扰；4） 尽量采用流水作业、均衡生产，避免劳动力、设备使用出现高峰；5） 减少支撑、加固等材料消耗；6） 在吊装运输条件允许时尽量采用大节安装。钢管安装和混凝土浇筑应分段交替进行，每段长度应以保证混凝土浇筑质量为度。下弯、下水平管运入始装节安装下弯管安装焊接斜管安装焊接（12节）探伤检查加固、清扫下水平段安装焊接下弯段混凝土浇筑上游进料探伤检查加固、清扫斜管安装焊接下水平段混凝土浇筑下游进料斜管凑合节安装上弯管安装焊接探伤检查加固、清扫斜段、上弯段混凝土浇筑上游进料油漆扫尾灌浆 图2 单独供水式洞内埋管安装程序3.5、不同形式洞内埋管的安装程序1、单独供水式洞内埋管安装程序 如图2、图3所示，其条件是：1） 下弯段钢管及下平段钢管从下游运入，斜管段钢管、上弯段钢管及上平段钢管从上游运入；2） 混凝土从上、下游分别进料；3） 始装节为与下弯管起端相接的两节下水平管；4） 斜管凑合节为与上弯管起端相接的一节钢管，采取整节安装。2、联合供水式洞内埋管安装程序 如图4、图5所示，其条件是：凑合节前主管安装1#岔管、2#主管运入3#岔管运入安装2#主管安装7#主管安装4#支管安装1#岔管安装主管凑合节安装6#支管安装5#支管安装图4 联合供水式洞内埋管安装程序1） 两个工作面平行作业；2） 支洞岩石坚硬，没有塌方的可能；3） 4#、5#、6#支管从下游运入（也可先从交通支洞运入，储存在厂房内），其余从上游交通洞运入。3、竖井式洞内埋管安装程序 如图6、图7所示，其条件是：1） 一个工作面作业；2） 下弯管、竖井管从上游运入，下水平管从下游运入；3） 混凝土可从上、下游运入。始装节安装下弯管安装下弯段混凝土浇筑竖井管安装下游进料下水平管安装竖井段混凝土浇筑上游进料上弯管安装下水平段混凝土浇筑下游进料上水平管安装上弯段、上水平段混凝土浇筑上游进料图6 竖井式洞内埋管安装程序3.6、对土建施工的要求（1）隧洞必须按设计要求开挖完毕，危石已排除，岩石节理发育和破碎处有喷锚等加固措施。（2）土建施工不得在管壁上任意焊接支架或电焊引弧，支架应焊于加劲环上；不得任意割除钢管的加固支撑。（3）混凝土浇筑前应将浮渣清除干净。浇筑时两侧对称均匀上升，每班上升速度不宜超过2m。混凝土应加强振捣，使之与钢管结合良好；当浇筑至钢管端口处，应预留800mm，以便下节钢管安装调整。浇筑时应注意保护安装测量基谁点。（4）严格按设计值控制灌浆压力，注意保护灌浆孔的螺纹。4、坝内埋管安装及工艺措施要求坝内埋管的安装方法与大坝结构型式和混凝土浇筑的方式有关，常见的有以下几种形式：预留槽中安装钢管：在混凝土重力坝中预留出钢管的部位，待钢管安装后回填混凝土。随同坝体混凝土浇筑安装钢管：当坝段宽度狭小且埋管距坝面较近时采用，钢管安装和混凝土浇筑交替进行。有时为了大坝提前蓄水的需要，先安装上弯管，这时紧靠上弯管的二节斜管便成为始装节，并在坝体混凝土浇筑时预埋工字钢，作为固定始装节的支撑。钢管如分段施工，其相互衔接处管段要严格控制其中心高程的偏差，避免几个作业面相接时超差过大而使对接困难。4.1、安装特点坝内埋管安装在露天进行，其条件较洞内埋管安装优越，可采用混凝土支墩，也可用钢支撑，一般随坝体混凝土上升进行安装。4.2、施工现场布置 由于坝体混凝土系分层分块浇筑，仓位经常变动。配合钢管安装的工具室、作业室宜采用便于移动的钢木结构，其面积指标可参照洞内埋管。设计选用起重设备时应综合考虑土建成及安装的需要。钢管吊装尽量利用坝体混凝土浇筑的起重机械设备。有的部位不能直接将钢管吊入就位，可在钢管上游端或下水平段设12台卷扬机,供牵引钢管用。4.3、安装程序（1）正常的安装程序：如图8、图9所示。（2）为满足大坝提前蓄水要求的安装程序：如图10、图11所示。始装节安装下弯管安装（包括两节斜管）下水平管安装下弯段、下水平段混凝土浇筑斜管、上弯管安装斜段、上弯段混凝土浇筑图8 坝内埋管正常安装程序第一始装节安装上弯管安装上弯段混凝土浇筑第二始装节安装下弯管安装下水平管安装下弯段、下水平段混凝土浇筑斜管安装斜管凑合节安装斜段混凝土浇筑图10 大坝提前蓄水的坝内埋管安装程序4.4、对土建的要求对土建要求基本同洞内埋管，但在安装现场要加强调度指挥，合理使用起吊设备，防止因钢管吊装不及时而影响安装进度。5、明管安装及工艺措施要求水电站的明管多用于中小型电站，有些电站由于地形和结构的需要，也可分段设置明管及埋管。明管受日照（温差）及水压等因素影响，要自由伸缩。为便于其自由伸缩，在两镇墩间需设伸缩节，并设支座以承受钢管自重和水的重量。5.1、安装前应具备的条件1）镇墩和支座基础一期混凝土浇筑完成；2）在支座及镇墩基础的混凝土面上和地上设置中心及高程测量控制点。5.2、施工现场布置小型电站安装明管，一般工程量较小，机械化程度低，多用自制简易设备作吊装手段。其工具室、作业室等可参照埋管标准的下限选用。5.3、安装程序明管安装程序如图12、图13所示。5.4、劳动力配备、机具配置和工期指标参照坝内埋管指标确定。如用简易设备吊装施工，应酌情增加卷扬机和起重工人数。5.5、其它要求1）明管施工时，由于日照（温差）的影响，一般均采用定时或日照不强的时间进行测量，以减少误差；2）明管安装时，二期混凝土应及时浇筑。镇墩及支座一期混凝土浇筑厂房处埋管安装厂房处埋管二期混凝土浇筑厂房处至进水口建筑物间明管安装 镇墩及支座二期混凝土浇筑图9-2-17 明管安装程序6、特殊管节安装6.1、始装节安装（又叫定位节安装）始装节是每条钢管中最先安装的一节，对整条钢管的安装质量有直接影响，始装节一般设在下弯管后的第一节直管和岔管，安装时应注意下列事项：1） 为增加钢管稳定性，便于找正，应组成大节安装；2） 每个单节加劲环下面，均需设置混凝土支墩或钢支墩；3） 在制造厂将其椭圆度调至0.002D以下。为防止运输和吊装时变形，在管内设井字或米字形支撑；4） 先将桩号偏差调至5mm以内，再将其两端管口中心偏差调至5mm以内，然后加固定位，防止因与上、下游管节压缝而产生位移。6.2、凑合节安装6.2.1、凑合节的形式 凑合节是一条或一段钢管中最后安装的一节钢管，用以调节焊接收缩和安装误差。常见的凑合节形式有：（1） 整节式凑合节：在厂内制成单节，其轴向长度较设计值长200mm，安装时根据测量实际长度，割去多余的部分。多用于斜管和上弯管相接处和有些支管与岔管相接处；（2） 块式凑合节：在厂内制成瓦片，单块瓦片在已装的钢管管口上逐块画线、切割、压缝。瓦片的轴向和周向长度均较设计值长200mm。多用于下水平段和岔管之间钢管相接处。6.2.2、注意事项 与蜗壳、球阀等设备联接处的凑合节施焊时，应注意如下问题，并采取相应措施。（1） 钢管已固定，凑合节环缝焊接收缩，会引起蜗壳位移而影响座环水平。其防止措施：（2） 当其附近设有伸缩节时，应使伸缩节处于自由伸缩的状态，以适应凑合节环缝的焊接收缩，在伸缩节组装时应预留此伸缩量；（3） 将凑合节一条环缝形成 V形坡口，贴上背板，待二期混凝土浇筑后再进行焊接。但此环缝质量较差，内应力也较大，一般不宜采用。（4） 与球阀相接处的凑合节不宜紧靠球阀处。凑合节焊接时，将球阀下面的固定螺栓松开，使其处于自由状态，以补偿焊接收缩，防止球阀与连接钢管的法兰组合面出现间隙，造成漏水。6.2.3、凑合节施焊 应对称施焊，并配合锤击，以减少内应力。6.3、伸缩节安装1）伸缩节的作用 为防止由于温度（气温、水温）和水压力变化等因素引起钢管发生轴向或径向位移时，能自由伸缩，不致产生附加应力；为拆卸检修某些设备提供条件。2）质量要求 伸缩节制造检验合格后，要用米字支撑加固。伸缩节安装后，要保证能自由伸缩和本身的圆度以防漏水。3）安装顺序 伸缩节一般均整体安装。安装时，为防止与其它管节压缝影响其圆度，应先和相邻两个单节钢管组成管段，再与已装钢管压缝对接。此两节单节钢管不加支撑，以便于压缝。6.4、穿越厂房上游墙的管节安装当钢管直径较大，无法在上游墙预留孔道时，必须配合上游墙混凝土浇筑安装穿墙钢管，这时应注意：a) 穿墙钢管两端伸出墙面的长度不少于600mm；b) 如相邻的管节是伸缩节，穿墙钢管的椭圆度应调至0.002D以下，最大不超过10mm；c) 如条件许可，应在穿墙钢管与伸缩节间设计一个单节，此单节先和伸缩节组成管段，然后再和穿墙钢管连接，以利压缝。7. 生产性施焊7.1. 压力钢管焊接工艺规程 施焊前，将根据已批准的焊接工艺评定报告，结合本工程实际，编制压力钢管焊接工艺规程。7.2. 焊前清理 所有迎焊面及坡口两侧各50100mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物应清除干净，每一焊道焊完后也应及时清理，检查合格后再焊。7.3. 定位焊（1）拟焊项目应采用已批准的方法进行组装和定位焊。16MnR钢的定位焊可留在二类焊缝内，构成焊接构件的一部分，但不得保留在一类焊缝内，也不得保留在高强钢的任何焊缝内。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）其它要求将严格按照DL5017一93中6.3.10的规定执行。7.4. 装配校正 装配中的错边将采用专用卡具和工装校正，严禁用锤击或其它损坏钢板的器具校正。7.5.预热（1）对焊接工艺要求需要预热的焊件，其定位焊缝和主缝均应预热（定位焊理预热温度较主缝预热温度提高2030）。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230。一、二类焊缝预热温度应符合焊接工艺的规定。（2）将采用电加热器或远红外线加热器对焊口进行预热。（3）将使用监理人同意的表面测温计测定温度。预热时必须均匀加热，预热区的宽度为焊缝两侧各3倍钢板厚度范围，且不小于100mm。在距焊缝中心线各50mm处对称测量，每条焊缝测量点不应少于3对。（4）在需要预热焊接的钢板上，焊接加劲环、止水环等附属构件时，将按焊接工艺评定确定的预热温度或按和焊接主缝相同的预热温度进行预热。（5）将遵照监理人对某些焊接部位提出特殊的预热要求严格执行。7.6.焊接(1)焊接环境出现下列情况时。将采取有效的防护措施，无防护措施时，将停止焊接工作。1）风速：气体保护焊大于2m/s，其它焊接方法大于8m/s；2）相对湿度大于90；3）环境温度低于-54）雨天和雪天的露天施焊；5）焊工技能受影响的温度；6）洞内滴水（2）施焊前，将对主要部件的组装进行检查，有偏差时应及时予以校正。（3）将严格按DL501793第6.3.5条的规定对各种焊接材料进行烘焙和保管。焊接时，应将焊条放置在专用的保温筒内，随用随取。（4）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。（5）异种钢材焊接时，原则上应在车间内焊接，并采用与强度高的钢材相适用的焊材。 （6）为尽量减少变形和收缩应力，在施焊前选定定位焊焊点和焊接顺序应从构件受周围约束较大的部位开始焊接，向约束较小的部位推进。（7）双面焊接时，将按DL5017一93第6.3.16条的规定执行。（9）多层焊的层间接头应错开。在安装现场焊接钢管环缝前，应校测钢管位置和管口圆度，若发现其安装偏差超过规定时，应及时校正，校正时不得强行把钢管连接在一起。定位焊后应尽快焊接安装环缝，每条焊缝应连续完成，不得中断。焊接时宜在管两侧与中心对称的位置上由几名焊工同时进行。焊接过程中，若遇不利环境条件因素，应采取有效的防护措施。（10）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。（11）拆除引、断弧助焊板时不应伤及母材，应按DL501793第6.3.18条的规定执行。（12）焊接完毕。焊工应按DL501793第6.3.19条的规定自检。7.7.后热消氢处理 后热消氢处理应由焊接工艺评定确定。在焊接完成后1h内进行，后热保温时间应在lh以上。 7.8.管壁表面缺陷修整（1）管壁内面的突起处，将进行打磨清除。（2）管壁表面的局部凹坑，若其深度不超过板厚的10，且不超过2mm时，将使用砂轮打磨，使钢板厚度渐变过渡，剩余钢板厚度不得小于原厚度的90%；超过上述深度的凹坑，将按监理人批准的措施进行焊补，并严格按照有关规定进行质量检验。8.焊缝检验8.1.焊缝分类（1）一类焊缝：钢管管壁纵缝；预留环缝；凑合节合拢环缝；钢管与岔管管壁环缝；岔管的组装缝。（2）二类焊缝：管壁环缝，加劲环、止推环、止水环的对接焊缝及其与管壁间的组合焊缝。8.2.外观检查 按DL5017一93第6.4.1条的规定对所有焊缝进行外观检查。8.3.无损探伤进行探伤的焊缝表面的不平整度应不影响探伤评定。遵守DL5017一93第6.4.5条至6.4.7条的规定对焊缝进行无损探伤。焊缝无损探伤的检查率应按下表规定采用。焊缝无损探伤检查钢 种板 厚射经探伤（%）超声波探伤（%）mm一类二类一类二类碳素钢38201010050381585030低合金钢382510100503820105030高强钢任意厚度4020100508.4.焊缝缺陷处理将根据检验确定的焊缝缺陷，提出缺陷返修的部位和返修措施，按照规范要求进行复检。严格按DL501793第6.5节的规定进行缺陷部位的返修，并作好记录。同一部位允许返修次数为：16MnR钢两次；高强钢一次。若超过上述规定，应找出原因，并制订可靠的技术措施。9. 质量、安全保证措施9.1. 质量保证措施9.1.1. 工程施工质量体系框图(见下页)9.1.2. 施工质量管理机构在压力钢管安装工程施工中，工程质量由项目经理部质安部和试验室直接负责控制。拟定责任心强、业务素质高和经验丰富的技术人员担任专职质量检查工程师。加强施工班组人员质量意识教育，牢固树立“质量第一”的思想。9.1.3. 严格技术交底及图纸会审制度工程施工中，由项目技术部组织对图纸进行会审，理解设计意图及施工重难点，做好图纸会审记录。9.1.4. 工程质量检查程序在工程施工中，建立内部检查控制和外部监督相结合的质量体系，采取专业检查和职工自检自查相结合的质量管理制度。其质检程序框图见下页施 工 质 量 体 系 框 图施工质量体系创优质工程确定质量目标确保质量目标和工作计划检验标准质检保证思想保证施工过程组织保证经济管理质量教育制定目标项目经理岗位责任定期组织质量检查评比活动检验标准确定最优施工方案严格考核兑现总 工检验方法工序质量控制为用户提供满意的产品考核标准各项目技术组质量第一预防第一检验手段计奖及处罚工程验收专业检查结果、合格率、优良率工程师意见竣工验收小组评价9.1.5质量目标 在施工及管理全过程中，全体职工应贯彻“预防第一”和牢固树立优质高效及“下工序就是用户”的思想，提高工作质量，做到质量与生产同抓共管，力争产品一次验收100合格，优良率达90。9.1.6施工质量管理制度为确保工程施工质量，避免发生质量问题和质量事故，在质量管理中将严格执行我局以下现行质量管理制度。9.1.7 工程施工中使用的质量检查标准施工过程中，将严格按照国家和行业颁发的有关