1壓力鋼管制作技術現狀
1.1“瓦片組圓”技術的主要工藝
1）鋼板檢驗及表面預處理。按招標文件及有關國家標準進行抽樣檢驗。在使用前應將表面油污、溶渣及氧化鐵皮等清除干凈。
2）鋼板排料、劃線。根據設計圖紙要求，繪制鋼板排料圖，按排料圖劃線。鋼板排料、劃線在劃線平臺上進行；鋼板劃線后應用鋼印、油漆和沖眼標記分別標出鋼管分段、分節、分塊的編號，水流方向、水平和垂直中心線，灌漿孔位置，坡口角度以及切割線等符號；高強鋼嚴禁用鋸或鑿子、鋼印作標記，不得在卷板外側表面打沖眼，在卷板內側表面用于校核劃線準確性和卷板后的外側表面允許有輕微的沖眼標記。
3）鋼板切割、加工坡口。直管鋼板下料采用數控切割機，焊接坡口采用刨邊機加工，同時對于高強鋼輔以角向磨光機清除加工坡口，保證加工質量。彎管和漸變管采用半自動切割機下料，角向磨光機清除加工坡口。鋼板切割面的溶渣，毛刺和由于切割造成的缺口應用砂輪磨去。坡口加工完畢應立即涂刷無毒，且不影響焊接性能和焊接質量的坡口防銹涂料。
4）鋼板兩縱縫端頭預彎。鋼板縱縫端頭預彎采用加襯墊的方式在卷板機上進行，襯墊為事先按一定弧度卷成的鋼制專用胎模，預彎后鋼板端頭弧度用樣板檢查應達到設計要求。
5）鋼板卷制。采用液壓卷扳機進行瓦片冷卷成型，鋼板經多次卷制，直至達到設計弧度。瓦片卷制成型后，以自由狀態立于專門的檢查平臺上，進行弧度、管口平面度等檢測。弧度利用標準樣板檢查，管口不平度等數據在專用平臺上測量和校正。為防止弧面扭曲，還應用拉對角線的方法進行校核。
6）瓦片組圓。將組成管節的瓦片立于組圓平臺進行組圓，組圓時不允許焊接臨時構件，縱縫間隙邊調整邊定位，最后一條縱縫的調整滿足設計周長的要求。瓦片卷制成型后，以自由狀態立于臺上。弧度利用標準樣板檢查，管口不平度等數據在專用平臺上測量和校正。
7）縱縫、環縫焊接。鋼管縱縫焊接在組圓平臺上采用手工電弧焊或全自動氣體保護焊完成，必要時也可設置專門的縱縫滾焊臺車，在水平狀態下完成縱縫焊接。施焊前根據工藝評定結果或設計要求進行焊前預熱，控制層間溫度。縱縫焊接完成后，應按規范要求進行超聲波檢測、X射線復驗等無損檢測，根據檢測結果實施焊縫缺陷的處理、補探。
8）調圓、加裝支撐裝置。縱縫焊接完成，吊到調圓平臺，用頭部帶有千斤頂的旋轉式調圓工裝調圓，調圓時應對管口平面度、縱縫對口錯邊量、鋼管圓度等技術指標進行控制。調圓后加裝鋼結構支撐裝置（如“米”支撐）。
9）裝焊加勁環、吊耳等附件。加勁環下料用數控切割機切割或半自動氧-乙炔切割機，加勁環的內圈弧度用樣板抽查，間隙符合DL5017-93的規定，與鋼管外壁的局部間隙應嚴格控制，以免焊接引起管壁局部變形。加勁環與管壁角焊縫的焊接采用手工焊。
1.2“整體卷制”技術的主要工藝
整體卷制工藝中，鋼板卷制前的準備工作（主要是鋼板檢驗及表面預處理、鋼板排料劃線、鋼板切割、加工坡口等）和鋼管整體卷制后的收尾工作（主要是加裝支撐裝置、裝焊加勁環、吊耳等附件等）與常規瓦片組圓的工藝相同，不同點主要在將瓦片卷制從分節瓦片分別卷制轉變為單節瓦片整體卷制，將瓦片的自由狀態豎向組圓轉變為懸空整體水平組圓，將組圓時縱縫的焊接由多條豎直作業轉變為單條水平作業。現將整體卷制工藝的核心內容闡述如下：
1）鋼板組對及焊接。對組成一節鋼管的多張鋼板，采用專門平臺進行鋼板對接及橫縫焊接。鋼板組對后首先進行對接縱縫的正面焊接，之后將鋼板180°整體翻轉進行對接縱縫的反面焊接，最后用預彎模對鋼板兩端進行預彎。作業時，采用埋弧自動焊焊接方法進行縱縫焊接，采用無損探測的方法進行焊縫質量檢測。
2）鋼管整體卷制。采用專用吊具將拼焊完成的整張鋼板吊起，按一定速率輸送到卷板機進行卷制，壓延后的鋼板在輔助支撐裝置下沿曲線路徑行進，在卷板機上合攏對縫，合攏縱縫焊接后再利用卷板機完成鋼管校圓。作業時，采用弧度樣板檢測卷板弧度，采用埋弧自動焊焊接方法進行縱縫焊接。
3）鋼管抓取、平置。采用專用吊具和抓取裝置，將卷制好的鋼管從卷板機及輔助支撐裝置中取出并卸至指定地點，并對卷板機上焊接完成的合攏縱縫進行無損探傷檢查。之后依次進行加裝支撐裝置、調圓、裝焊附件等后續作業。
1.3兩種制作技術的綜合對比
1）工藝技術方面。“瓦片組圓”程序較為繁瑣，瓦片轉運頻繁，生產效率較低；“整體卷制”程序較為簡單，制作過程僅進行2次瓦片端頭預彎和1次瓦片卷制，且鋼管縱縫均采用平焊工位的埋弧自動焊焊接方式，生產效率較高，尤其是采用成套鋼板組對、焊接、輸送、卷制流水線作業時，鋼管制作效率將大幅提高。
2）質量保證方面。“瓦片組圓”須采用立焊工位完成鋼管縱縫焊接，焊接質量較難保證，一般須采用對人體危害風險較大的富氬焊焊接方式以提高縱縫焊接質量；“整體卷制”減少了鋼板預彎端頭數量，鋼管縱縫采用焊接質量好的埋弧自動焊焊接方式，因此焊接質量易于保證，但由于鋼管是由單節長鋼板卷制成型，受鋼板輸送方式、輔助支撐方式、卷板機卷輥間距等多因素的影響，鋼管合攏縫的組對精度較難控制。
3）工程應用方面。“瓦片組圓”作為一種成熟技術，在國內外水利水電工程項目已有廣泛應用；“整體卷制”受配套專用設備研發、制造的限制，推廣較為緩慢，且整體卷制成套設備空間要求大，大直徑鋼管卷制時無法實現室內作業，因此對項目地點的環境要求較高，目前主要應用于中國水利水電第四工程局有限公司承建的、當地干燥少雨的水利水電工程項目中，如青海李家峽水電站、山西萬家寨水利樞紐、青海積石峽水電站。
2工程實例
2.1“瓦片組圓”技術在向家壩水電站中的應用
向家壩水電站位于云南省水富縣和四川省宜賓縣的金沙江干流上。工程樞紐由混凝土重力壩、右岸地下廠房及左岸壩后廠房、通航建筑物和兩岸灌溉取水口組成，其中右岸引水隧洞采用“一洞一機”布置型式，引水隧洞均由上平段、上彎段、斜直段、空間下彎段和下平段組成。4條壓力鋼管的長度分別為56，36，36，36m，鋼管管徑為準14.4~準11.4m，鋼管材質為07MnCrMoVR高強鋼，管壁厚度分40，42，48mm等3種規格。壓力鋼管共88節，單節最大吊裝重量為46t，總工程量2796t。該項目施工時，結合鋼管運輸方案，采用了“廠內制作、現場組圓”的分階段鋼管制作方案，在現場興建了負責鋼管瓦片的制作、防腐的金結廠，同時在鋼管進水口設置了配備可移動鋼結構棚的鋼管組焊平臺。金結廠占地面積約20000m2，生產車間由兩個單跨輕鋼結構廠房交叉組成，總面積為6600m2，其中靠下游側部分廠房尺寸為59m×26m×15m(長×寬×高)，主要進行鋼管的下料和坡口的加工；另一側廠房尺寸為180m×28m×15m(長×寬×高)，主要進行鋼管瓦片的卷制、焊接。生產車間配有PHOENLXDP-5數控切割機、EZW11S-140×4000程控水平下調三輥卷板機、12m刨邊機、60t龍門起重機、50t龍門起重機、20t龍門起重機、16t龍門起重機等設備。金結廠月設計制造能力約1500t。該項目單節壓力鋼管由4片瓦片拼接而成，制作的工藝流程是：鋼板備料→瓦片卷制→半圓瓦片拼裝（由2片瓦片拼接為1片半圓形瓦片）→加裝加勁環等附件→半圓瓦片防腐→半圓瓦片運輸（從金結廠到地下廠房安裝間）→鋼管組圓焊接。施工時，鋼管縱縫全部采用富氬焊進行焊接，加勁環焊接采用二氧化碳氣體保護焊。
2.2“整體卷制”技術在積石峽水電站中的應用
積石峽水電站位于青海省循化縣與民和縣交界處的黃河干流上。工程樞紐由面板堆石壩、左岸引水發電系統、左岸泄洪系統組成，其中引水壓力管道采用“一機一管”的布置方式，鋼管直接敷設在地基上，為壩后明敷鋼襯鋼筋混凝土聯合受力的管道，由上平段、上彎段、斜坡段、下彎段、下平段、錐管段組成。3條鋼管的長度分別為252.90，250.01，248.23m，鋼管管徑為準9.818~準11.5m，采用Q345C和WDB620兩種鋼材制造（蝸殼進水口前的7個管節采用Q235C和WDB620鋼材，管壁厚度為30mm；其余管節均采用Q235C鋼材，管壁厚度為24～30mm；全部Q345C鋼管內徑為準11.5m），外包2m厚混凝土。鋼管總長751.14m，2m一節，共397節，總工程量約6537t。該項目施工時，為提高壓力鋼管的制作強度，研發了一整套大直徑壓力鋼管整體卷制成套設備（主要有：超長鋼板組合翻板、輸送系統，壓力鋼管整體卷制的活動支撐裝置，液壓系統，鋼管抓梁等），實現了壓力鋼管“整體卷制”技術的流水化作業。現場鋼管廠占地面積約12800m2，其中結構廠房寬22.5、長72m，占地面積約1620m2；組圓焊接廠房為自驅活動廠房，寬15m、長15m，覆蓋施工場地面積約900m2。另外配有WII—40×4000卷板機、BODA5000×16000數控切割機、B81120A刨邊機、30t門機、10t龍門式起重機、鋼管整卷生產線配套設等設備。鋼管廠月實際制造能力500~600t，月高峰強度達800t。該項目單節壓力鋼管由3片瓦片拼接而成，制作的工藝流程是：鋼板備料→鋼板組對、焊接→鋼管整體卷制→鋼管合攏、校圓→鋼管脫架、平置→加裝加勁環等附件、調圓→鋼管防腐（由防腐廠完成）。施工時，從鋼板組對、翻轉、平移、卷制、校圓等工序，在成套輔助設備支持下，全過程不需起吊設備配合，實現了機械流水化施工；鋼管縱縫全部采用埋弧自動焊進行焊接，加勁環焊接采用二氧化碳氣體保護焊。
3結語
壓力鋼管作為水利水電工程輸水建筑物的重要組成部分，其制作質量對工程整體質量影響巨大。目前，“瓦片組圓”技術已獲得工程界的廣泛認可，其操作工藝成熟，實施工藝靈活（組圓工藝可根據運輸需要安排在施工現場進行），筆者認為其仍會是今后很長一段時期內鋼管制作的首選和主流。同時，“整體卷制”技術作為壓力鋼管制作的新思路，免除了傳統工藝中鋼管縱縫處的直邊處理，更易于質量控制，特別是隨著積石峽水電站成套卷制設備的研制成功，實現了壓力鋼管制作的機械流水化施工，相信在今后大規模、高強度壓力鋼管制作項目中將獲得越來越多的應用。
作者：張偉 薛偉偉 單位：黃河上游水電開發有限責任公司 黃河上游水電開發有限責任公司工程建設分公司