一种超大口径压力钢管在斜井下弯段的安装方法

摘要

本发明公开了一种超大口径压力钢管在斜井下弯段的安装方法。包括：超大口径压力钢管组对，钢管节的平洞内运输，成型钢管在斜井下弯段的定位安装，定位安装是在斜井上平段设置地锚、牵引钢缆并与牵引爬升装置和地锚连接，牵引爬升装置设置于首节下弯段压力钢管下端；下弯段压力钢管各单节依次组焊、爬升定位固定后拆除牵引爬升装置完成安装。本发明可以有效简化传统生产线作业布置，简化洞内组装临时设施布置，减少支洞及主洞开挖断面，减少管节组装用地面积，取消了成品堆放用地需求，管节二次组装焊接一次成型，机械化组焊提高安装精度，不再依赖土法吊装和翻身，降低安全风险，缩短安装工期，减少安装人员数量，节约投资。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程建设施工技术领域，尤其属于水电设备安装技术领域，特别涉及一种超大口径水轮发电机压力钢管在斜井下弯段的自动化生产及安装技术。

背景技术

压力钢管在工厂传统制造中均采用多个对圆平台，将下料成型后的瓦片吊到平台，利用压机、压缝器等工具进行组圆和调圆，再由多名焊工焊接，焊后进行无损探伤检查，合格后交铆工进行调圆，加劲环安装，再交焊工进行加劲环对接缝及角焊缝焊接。单节生产周期需要3.5天，制造人员数量多，场地面积需求大；安装运输时需要施工支洞、道路满足运输要求。

大口径压力钢管在洞内传统制造时，瓦片安装方式需事先对主洞进扩挖，在洞内修建对圆平台，布置天锚和台车辅助吊装及翻身，单节进行安装和运输就位，钢管安装完成后，再拆除平台和台车，然后对扩挖位置进行砼回填。该方式一般在凑合节安装时采用，其辅助工序多，安全风险大，质量不易控制。

斜井段压力钢管的安装包括：对施工支洞与主洞进行开挖，开挖的截面尺寸和安全状况要满足压力钢管运输与组装要求。根据钢管设计安装位置，预先在洞内布置天锚、卷扬机、电动葫芦、轨道台车、斜坡及下弯段洞壁两侧地锚等，用于压力钢管翻身、运输及临时挂装加固。在洞内下平段组圆平台上将瓦片进行组圆焊接，采用铁鞋支撑运输，将支洞与主洞交叉处上游的已制作完成管节全部运输至上游斜管、弯管、直管段洞内存放，大电站压力管道下平段施工支洞与主管相交处上游的管节分别挂装固定在洞内斜坡段、弯段，要求挂装必须牢固可靠。在每节钢管存放时用型钢固定，并在其两侧前方设地锚，钢管与地锚之间用钢丝绳连接，使之存放牢固。支洞与主洞交叉处下游的管节组焊完毕后，拆除组圆平台，从下游定位节开始逐节向上安装，每安装三节浇筑混凝土，该安装方式，土建开挖量较大，投资成本高，安全风险大，工期较长。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种超大口径压力钢管在斜井下弯段的安装方法。本发明要解决的问题是提供一种有效简化传统生产线作业布置、简化洞内组装临时设施布置、减少管节组装用地面积、更安全、效率更高的超大口径压力钢管在斜井下弯段的安装方法。

本发明通过以下技术方案实现：

超大口径压力钢管在斜井下弯段的安装方法，包括以下方法：超大口径压力钢管现场组对制作，钢管节的洞内运输，成型钢管在斜井下弯段的定位安装，其中：

超大口径压力钢管现场组对制作：将拆分成三瓣的瓦片进行调圆、组焊组装单节钢管，在钢管上进行加劲环对装焊接；

钢管节的平洞内运输：在平洞中预制铺设轨道，将现场制作的压力钢管通过可分离台车运输至斜井下弯段下方起始位；

成型钢管在斜井下弯段的定位安装：在上平段设置地锚，上弯段设置防护垫木和胶皮，牵引钢缆一端与地锚固定连接、经防护垫木和胶皮上方、另一端与牵引爬升装置连接，牵引爬升装置设置于首节下弯段压力钢管下端；下弯段压力钢管各单节依次组焊、爬升定位，下弯段管体整体爬升固定后拆除牵引爬升装置，完成多管节整体安装。

进一步所述调圆、组焊组装采用自动组焊设备，设备包括主架、主架支撑的可转动组对支架、自动焊机和支撑台车；主架固定于安装现场地面；可转动组对支架包括：由主架支撑的转动中心，一端与转动中心连接、另一端可与钢管壁连接、径向布置的支撑梁，支撑梁沿径向对称布置12组，每组并排两根，每根支撑梁均设置有可调节长度的油缸顶梁和位移传感器。

所述运输组对台车沿轨道移动，轨道与平洞中预制铺设轨道贯通，运输组对台车包括机械顶升转动装置和液压千斤顶。

所述支撑梁可调节长度油缸端部通过U型卡与钢管壁连接固定。

所述可分离台车由相互可分离的转运台车和安装台车组成；转运台车包括两组通过可拆卸连杆连接的行走机构；安装台车设置有液压顶升装置。

所述转运台车和安装台车均可分别沿组成平洞的主洞或/和支洞中预制铺设的轨道移动。

所述每节管节爬升定位的爬升高度为下一管节空间高度，爬升后末段管节的组焊平面位于下弯段下方起始位。

本发明采用多瓣钢管瓦片组焊构造压力钢管，通过调圆、组焊组装设备进行单节、多节自动化组装焊接，实现压力钢管瓦片二次组装焊接一次现场成型。

通过加装在运输组对台车上的机械顶升装置，配合液压千斤顶、系统转动及埋弧焊机，达到加劲环机械化对装要求。

管节组焊合格后利用可分离式台车直接由组装工位运至安装位置，实现无绳牵引运输和吊装，尤其对于首装节的多节组装和安装，意义重大，本发明钢管制作安装方法不但对到位钢管调整安全，而且速度快，精度高；对于压力钢管组装工位和安装位置不在同一支洞内，可以通过与转运台车配合，将压力钢管转运至安装工位上。

机械化组焊设备在洞内将多管节组焊成整体后，利用分离式台车将多节钢管整体运输就位后，利用台车上顶升装置顶升安装就位，降低管节安装安全风险，提高压力钢管安装效率。

本发明采用牵引爬升装置进行下弯段压力钢管提升，其中包括爬升装置的上部锁定装置地锚，牵引钢缆一端与地锚理解固定，牵引钢缆另一端固定在下弯段第一节压力钢管上的牵引爬升装置，钢管沿牵引缆绳进行爬升

本发明工艺有益性，本发明提供了一种压力钢管施工安装技术，采用组焊设备将半成品钢管瓦片进行单节和多节的自动化组装焊接；利用运输组对台车进行加劲环机械化安装；采用分离式台车的转运台车和安装台车实现管节无卷扬吊装和转运；用可分离台车将单管节钢管运输就位后，利用牵引爬升装置进行逐节组合并爬升定位安装；本发明可以有效简化传统生产线作业布置，简化洞内组装临时设施布置，减少支洞及主洞开挖断面，减少管节组装用地面积，取消了成品堆放用地需求，管节二次组装焊接一次成型，机械化组焊提高安装精度，不再依赖土法吊装和翻身，降低安全风险，缩短安装工期，减少安装人员数量，节约投资。

附图说明

图1是本发明组焊设备及运输组对台车示意图；

图2是本发明可分离台车的转运台车和安装台车示意图；

图3是本发明可分离台车的转运台车和安装台车在轨道交汇点工作状态立体示意图；

图4是本发明实施例下弯段压力钢管1-4节安装状态示意图；

图5是本发明实施例下弯段压力钢管1-20节整体安装完成示意图；

图6是本发明U型卡固定状态结构示意图；

图7是本发明U型卡端面结构示意图。

图中，1是转动中心，2是运输组对台车，3是支撑梁，4是位移传感器，5是油缸顶梁，6是U型卡，61是固定螺栓，62是加强筋，7是自动焊接装置，8是加热板，9是液压千斤顶，10是顶升转动装置，11是安装台车，12是转运台车，13是连杆，14是支撑架，15是顶升装置，16是地锚，17是防护垫木和胶皮，18是牵引钢缆，19是牵引爬升装置，A是上平段，B是上弯段，C是斜井段，D是下弯段，E是下平段，F是顶梁端部结构件，G是压力钢管壁。

具体实施方式

下面以某水电站压力钢管具体安装实施对本发明进行进一步说明，实施例的描述只用于对本发明进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

本发明超大口径压力钢管安装方法利用以下设备：自动组焊设备，运输组对台车2，包括转运台车12和安装台车11的可分离台车，牵引爬升装置19。

本发明超大口径压力钢管安装方法包括以下方法：超大口径压力钢管现场组对制作，钢管节的洞内运输，成型钢管在斜井下弯段D的定位安装；其中：

超大口径压力钢管现场组对制作是：将拆分成三瓣的瓦片进行调圆、组焊组装单节钢管，在钢管上进行加劲环对装焊接；

钢管节的平洞内运输是：在平洞中预制铺设轨道，将现场制作的压力钢管通过可分离台车运输至斜井下弯段D下方起始位；

成型钢管在斜井下弯段D的定位安装：在斜井上平段A设置地锚16，上弯段B设置防护垫木和胶皮17，牵引钢缆18一端与地锚16固定连接、经防护垫木和胶皮17上方、另一端与牵引爬升装置19连接，牵引爬升装置19设置于首节下弯段D压力钢管下端；下弯段D压力钢管各单节依次组焊、爬升定位，下弯段D管体整体爬升固定后拆除牵引爬升装置19，完成多管节整体安装。

调圆、组焊组装采用自动组焊设备，设备包括主架、主架支撑的可转动组对支架、自动焊接装置7和运输组对台车2；主架固定于安装现场地面；可转动组对支架包括：由主架支撑的转动中心1，一端与转动中心连接、另一端可与钢管壁连接、径向布置的12组支撑梁3，每组并排两根，每根支撑梁3均设置有可调节长度的油缸顶梁5和位移传感器4。

运输组对台车2沿轨道移动，轨道与平洞中预制铺设轨道贯通，运输组对台车2包括机械顶升转动装置10和液压千斤顶9。

支撑梁3可调节长度油缸顶梁5端部通过U型卡6与钢管壁连接固定。

可分离台车由相互可分离的转运台车12和安装台车11组成；转运台车12包括两组通过可拆分连杆13连接的行走机构；安装台车11设置有液压顶升装置15。

转运台车12和安装台车11均可分别沿平洞中预制铺设的轨道移动，平洞包括主洞和支洞。

每节管节爬升定位的爬升高度为下一管节空间高度，爬升后末段管节的组焊平面位于下弯段D下方起始位。

自动组焊系统：可以将压力钢管瓦片进行组装、调圆、焊接的自动组焊系统，如图1所示。

运输组对台车2：用于压力钢管瓦片运输，配合自动组焊系统组对瓦片，运输组对台车2设置液压千斤顶9和机械顶升转动装置10用于加劲环机械化安装。

可分离台车包括转运台车12和安装台车11：用于单个或多管节运输及安装，配合自动组焊系统组装管节，可分离台车上布置机械顶升装置15，用于管节运输安装，如图2、3所示。

转运台车12：在压力钢管组装工位和安装位置不在同一支洞内时，转运台车12配合安装台车11进行钢管运输，转运台车12上布置支撑架14和可拆分连杆13，可在需要进行支洞转运时进行垂直变向转运，还可以通过现场连杆13结构加入变向转运，如图3所示。

在斜井下弯段D在安装压力钢管通过牵引爬升进行定位安装，首先在上平段A设置地锚16，上弯段B设置防护垫木和胶皮17，牵引钢缆18一端与地锚16固定连接、经防护垫木和胶皮17上方、另一端与牵引爬升装置19连接，牵引爬升装置19设置于首节下弯段D压力钢管下端；下弯段D压力钢管各单节依次组焊、爬升定位，下弯段D管体整体爬升固定后拆除牵引爬升装置19，完成多管节整体安装。下弯段D压力钢管的单节结构根据下弯段D的弯曲弧度拆分成数组管节，组焊后与下弯段D的弧度匹配。

具体组对、安装过程如下：

利用自动组焊设备实现压力钢管瓦片单节或多节自动化组装焊接：自动组焊设备设有多线性径向可拆卸式支撑梁3，支撑梁3端部设有油缸顶梁5用于瓦片组装、调圆。在支撑梁3设有两两相对应的24个位移传感器4，各位移传感器4汇聚数据控制拉伸调圆，使瓦片对装组对和调整圆度，当运输组对台车2将瓦片运输到自动组焊设备下，通过运输组对台车2顶升调节和支撑梁控制方式调节，使瓦片弧度达到要求。

如图6、图7所示，用带固定螺栓61的U型卡6将瓦片与顶梁牢固结合，即可保证钢管内径尺寸控制，有能保证瓦片在旋空状态下的安全。图中，U型卡6为一有加强筋62的U形结构件，U形结构的以边设置螺栓固定，使用时，由压力钢管轴向将钢管壁G和油缸顶梁末端的结构件F同时嵌入U型卡6并紧固固定螺栓61即可。

第一张瓦片的弧度和相对位置固定后，自动组焊装置将第一张瓦片旋转120°，第二张瓦片同样程序进行调节到位，将瓦片之间的接头焊缝两端对正，用手工焊条焊或气保焊点焊固定，再按照此方法调整第三张瓦片。整圆调圆合格后利用布置在自动组焊设备上的自动焊接装置7进行埋弧焊焊接，焊接前先制定焊接工艺，按照合格的焊接工艺规程进行焊接。焊接后利用加热板8对焊缝进行消氢处理。

加劲环机械化对装焊接：管节上的加劲环利用加装在运输组对台车2上的机械顶升装置10，液压千斤顶9分片把加劲环顶起与管壁靠紧，加固后系统转动，同时运输组对台车2推进丝杆转动，推动台车上的加劲环到达安装位置，开始下一片加劲环对装，至全部完成。组装后用布置在自动组焊设备上的自动焊接装置7进行埋弧焊焊接。

压力钢管洞内安装无绳牵引运输和吊装：可分离式台车的安装台车11可将组装工位和安装位置在同一支洞内压力钢管运输、安装；可分离台车包括两个可独立行走机构，转运台车12和安装台车11，安装台车11上设置两个机械顶升装置15，可以提升管节高度。组焊后的管节可直接放在安装台车11上进行运输。

转运台车12是压力钢管组装工位和安装位置不在同一支洞内时，配合安装台车11进行钢管运输。转运台车12分为两个对称独立行走结构，每个机构上设置两个支撑架14，可以固定管节，两个对称独立行走结构支架设置2条可拆分连杆13。

安装台车11装载管节沿轨道行走，安装台车11的轨道与转运台车12轨道在支洞交接处相交，在安装台车11靠近转运台车12前，安装台车11将管节升高，转运台车12两结构通过连杆相互分开，待安装台车11进入转运台车12后，转运台车12靠近，安装台车11下降管节高度，使管节靠在转运台车12支撑架14上，安装台车11两结构避开转运台车12运行轨道，转运台车12两机构安装固定连杆13后沿轨道行进。若还有支洞，则再次布置安装台车11及轨道，将转运台车12上管节放在安装台车11进行运输。

压力钢管下弯段D整体提升安装：首先在压力钢管上平段A布置一组地锚16，用于安装牵引爬升装置19的牵引钢缆18，在上弯段B布置垫木和胶皮17，用于防护牵引钢缆18。在压力钢管下平段E拥有较大的操作空间，在此进行压力钢管组焊施工，组焊完成后管节采用倒装法，利用固定在第一节压力钢管上的牵引爬升装置19进行提升，每组焊完成一节，牵引爬升装置18整体爬升下一管节空间高度，直至所有管节组焊、提升完毕。

如图4、图5所示，本例根据下弯段D的弯曲弧度将压力钢管拆分成数20组管节，图4是下弯段压力钢管1-4节安装状态示意图；图5是下弯段压力钢管1-20节整体安装完成示意图。