CN101392518B - 一种大型水轮机引水钢管道的快速施工方法 - Google Patents

Abstract

一种大型水轮机引水钢管道的快速施工方法。水轮机引水钢管道的施工顺序为从蜗壳进口管段沿水流方向自下向上安装，钢管采用瓦片在滚焊架或钢管台车上组焊的方式实现快速安装，解决了大型引水钢管与水轮机蜗壳连接段长期存在的技术问题，优化了施工方法和结构设计，利用高效的现场机械化快速施工，不仅容易控制钢管道的质量和工期，钢管吊装运输的难度小，人工劳动强度低，而且生产效率高、水轮机组施工工期缩短，尤其适用在大型地下水力发电厂房工程中应用。

Description

一种大型水轮机引水钢管道的快速施工方法

本发明涉及了一种大型水轮机引水钢管道的施工方法。

长期以来的水轮机引水钢管道的施工方法是：引水钢管安装完成并浇筑其外侧混凝土，同时或稍后安装水轮机的蜗壳，之后回填外包混凝土将蜗壳固定，剩下的引水钢管与蜗壳之间的连接段在最后安装和焊接，检查验收合格后回填混凝土，一般短的连接段是分瓣瓦片现场组焊的凑合接方式，长的连接段采取分瓣瓦片凑合接加整管的方式，连接段最后形成两个环缝对接焊接。受此方法限制，将产生以下几个问题，第一，两端约束条件下必然产生很大的焊接收缩应力，对水轮机的安装质量产生不利影响，越大尺寸的水轮机其不利影响相应增大，因此在现有的水轮机设计或施工中需要较大的代价减轻这个方法缺陷带来的技术问题；第二，由于已经安装和固定的钢管与蜗壳之间安装误差存在，较大的偏差将导致瓦片或管节的尺寸无法有效控制，为工厂预制带来困难，结果是连接段的施工工期和成本失控；第三，现有的方法受到运输和吊装条件的限制，作业人员劳动的强度大而工效低。针对以上问题，现在部分工程提出并应用了整节钢管吊装的方法，采取提高引水钢管出口和蜗壳进口的安装位置和尺寸精度、严格控制钢管工厂制造质量等措施，但这需要提高两端接口的管道安装技术标准，并且对预制钢管有严格的制造质量要求，既便如此，无法根本解决焊接收缩应力的不利影响，且通常需要30～40天工期完成一个连接段的安装。中国专利申请2005100203967和2006100201010分别提出了大型钢管自动化工艺和一种大型钢管台车，为引水钢管的现场机械化快速施工提供了基本条件，但未涉及水轮机引水钢管道的安装顺序，而要完全解决钢管与蜗壳连接段的现有问题，进一步提高引水钢管道的制造质量和施工效率，必须对现有施工方法进行改善。

本发明的目的是提供一种水轮机引水钢管道的快速施工方法，它可以完全消除环缝焊接收缩应力对水轮机安装和运行的不利影响，提高水轮机蜗壳的安装质量，减少水轮机安装工期，优化水电站发电厂房、隧洞和引水管道的设计，提高工程建设速度，降低作业人员劳动强度和施工成本。

本发明是这样实现的：先行安装水轮机蜗壳，回填其外包混凝土将蜗壳固定，之后沿水流方向向上，从蜗壳进口管节的部位依次安装钢管道，当钢管道安装的长度到达厂房上游边墙之后，可以继续回填其外侧混凝土，或者当在蜗壳安装之后，继续向前安装钢管至厂房上游边墙之后，一并回填外侧混凝土。钢管继续依次向前进行安装，安装一段浇筑一段。对于洞内引水钢管道，在钢管安装到达施工支洞部位后，退出安装设备，而对于坝内的钢管在厂房上游边墙以上便于吊装的部位退出安装设备。之后，进行钢管之间的凑合接安装。钢管道的安装可以利用钢管台车进行，开始钢管台车一端放置在蜗壳的进口管段，另一段放置在引水钢管道上游段。在现场瓦片供货条件下，用轨道小车将瓦片从卸车点运输到钢管台车内，钢管台车完成组圆，之后自动焊接，并由钢管台车将钢管依次进行就位安装。在现场管节供货条件下，用轨道小车将管节从卸车点运输到钢管台车上，或直接吊放在钢管台车上，钢管台车完成定位、输送，并将钢管依次进行就位安装。当然，在吊装条件具备的情况下，瓦片或管节可以直接吊放在钢管台车上，在钢管台车完成之后的固定、组圆、焊接、运输及安装调整等工作。根据工艺的不同要求，可以在钢管台车上进行钢管组圆、焊接和单钢管节安装，或在钢管台车上进行多节钢管组圆、焊接和长的管节安装，或利用钢管台车对安装环缝进行焊接。钢管节之间的焊接优先选择自动焊接，在钢管台车上可进行埋弧全自动焊接、CO2气体保护焊接等高效焊接工艺，对于固定的管节环缝焊接，适宜采用全位置自动焊接或半自动手工焊接工艺。当然，也可以利用钢管连接段前部直径较小的特点，在大管径段安装完成后，在大直径钢管内组焊小直径的钢管并组成长节，蜗壳安装完成后，将预先焊接完成的小直径长节钢管沿轴线移动到蜗壳进口管段，安装调整焊接环缝，这样，只需要安装一个长节钢管就可以完成发电厂房内的钢管道施工，此段长节钢管组焊可用滚焊架多个管节组焊的方式，或利用钢管台车瓦片组焊的方式，其凑合接可以设置在大小直径变化的渐变钢管段，而混凝土浇筑的顺序还是从厂房向上游逐渐分段浇筑。

与现有的技术相比，本发明解决了大型引水钢管与蜗壳连接段长期存在的技术问题，不需要在厂房内安装凑合接或整节钢管对装焊接，从而优化了施工方法和结构设计，同时，可以利用高效的现场机械化施工，不仅容易控制钢管道的质量和工期，减少钢管吊装和运输的难度，降低人工劳动强度，而且可以提高生产效率、缩短引水钢管道及水轮机组的施工时间，正常情况下，厂房内引水钢管道的安装时间可以缩短到5～10天，本技术尤其适用在地下水力发电厂房工程中应用。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

一个水电站大型地下引水钢管道的快速施工方法：1、蜗壳安装至进口管段；2、安装钢管台车、运输小车及其轨道；3、瓦片运输并在钢管台车上组圆、焊接成钢管；4、钢管与蜗壳进口管段连接；5、钢管循环组圆焊接，同时焊接安装环缝；6、当钢管安装到达厂房上游墙以上时，浇筑蜗壳及首段钢管外侧混凝土；7、沿水流方向向上洞内钢管进行组圆、焊接及安装，安装一段回填一段混凝土；8、钢管到达交通支洞部位，钢管台车及附属设备退出。

实施例2：

一个水电站大型坝后引水钢管道的快速施工方法：1、蜗壳安装至进口管段；2、安装钢管台车、运输小车及其轨道；3、瓦片运输并在钢管台车上组圆、焊接成钢管；4、钢管与蜗壳进口管段连接；5、钢管循环组圆焊接，同时焊接安装环缝；6、当钢管安装到达厂房上游墙以上时，浇筑蜗壳及首段钢管外侧混凝土；7、沿水流方向向上进行钢管组圆、焊接及安装，安装一段回填一段混凝土；8、到达凑合接部位，钢管台车及附属设备拆卸退出。

实施例3：

一个水电站大型地下引水钢管道的快速施工方法：1、蜗壳安装至进口管段；2、浇筑蜗壳外侧混凝土；3、安装钢管台车、运输小车及其轨道；4、瓦片运输并在钢管台车上组圆、焊接成钢管；5、多节钢管在台车上组焊成大节钢管；6、与蜗壳进口管段连接，安装调整并焊接安装环缝；7、当钢管安装到达厂房上游墙以上时，浇筑蜗壳及首段钢管外侧混凝土；8、沿水流方向向上洞内钢管进行单节组焊、大节组焊及安装，安装一段回填一段混凝土；9、钢管到达交通支洞部位，钢管台车及附属设备退出。

实施例4：

一个水电站大型地下引水钢管道的快速施工方法：1、蜗壳安装至进口管段；2、浇筑蜗壳外侧混凝土；3、钢管预先在引水管道上游组焊成长管节，沿轨道整体运输，与蜗壳进口管段连接；4、安装调整并焊接安装环缝；5、当钢管安装到达厂房上游墙以上时，浇筑蜗壳及首段钢管外侧混凝土；6、沿水流方向向上进行单节钢管组焊、大节组焊及安装，安装一段回填一段混凝土；7、钢管到达交通支洞或凑合接部位，钢管安装设备退出。

实施例5：

一个水电站大型地下引水钢管道的快速施工方法：1、蜗壳安装至进口管段；2、浇筑蜗壳外侧混凝土；3、大直径钢管安装及焊接，在渐变段预留一个管段作为凑合接；4、先将多个较小直径的钢管用滚轮架或钢管台车组焊成一个长管节，放置在大直径钢管内；5、沿轨道整体运输长管节，使之与蜗壳进口管段连接，安装调整后焊接安装环缝；6、蜗壳进口管段和钢管外侧由下游向上分段混凝土浇筑；7、安装渐变段的凑合接；8、焊接凑合接环缝；9、钢管安装设备退出；10、沿水流方向向上分段进行混凝土回填。

以上大型水轮机引水钢管道由下至上顺序施工的方法，可以简化了现有的引水钢管道设计结构，完全消除了两端约束焊接大型钢管带来的问题，同时可优化大型钢管道以及水电站厂房的施工工艺，结合高效的自动焊接工艺和设备，以及钢管台车等辅助设备，大型钢管道现场制造机械化和焊接的自动化程度大大地提高了，在复杂环境下的钢管运输吊装以及翻身换位工作没有了，起重、安装、焊接及其探伤的劳动强度降低了，施工质量和安全可靠性增加，钢管道安装的强度易于提高，工程造价降低。将现有的厂房内大型引水钢管道的连接段安装时间从30～40天缩短到5～10天，可以产生显著的经济效益和社会价值。

Claims (6)

1.一种大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其程序包括以下步骤：

a.蜗壳安装至进口管段；

b.施工现场安装钢管组焊设备、运输小车及其轨道；

c.瓦片运输并在钢管组焊设备上组圆、自动焊接成钢管；

d.钢管与蜗壳进口管段连接；

e.钢管循环组圆并焊接，同时焊接安装环缝；

f.钢管安装到达厂房上游墙以上后，浇筑蜗壳及首段钢管外侧混凝土；

g.沿水流方向向上进行钢管组圆、安装焊接完成后，安装一段回填一段混凝土；

h.到达交通支洞或钢管之间的凑合节位置，钢管安装设备退出。

2.一种大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其程序包括以下步骤：

a.蜗壳安装至进口管段；

b.浇筑蜗壳外侧混凝土；

c.大直径钢管安装及焊接，在渐变段预留一个管段作为凑合节；

d.先将多个较小直径的钢管用滚轮架或钢管台车组焊成一个长管节，放置在大直径钢管内；

e.沿轨道整体运输长管节，使之与蜗壳进口管段连接，安装调整后焊接安装环缝；

f.蜗壳进口管段和钢管外侧由下游向上分段混凝土浇筑；

h.焊接凑合节环缝；

i.钢管安装设备退出；

g.安装渐变段的凑合节；

j.沿水流方向向上分段进行混凝土回填。

3.根据权利要求1或2所述的大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其特征在于，采用大型钢管自动化工艺完成钢管现场制造和安装。

4.根据权利要求1或2所述的大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其特征在于，现场用多个管节组焊成长管节直接与蜗壳连接的方法。

5.根据权利要求1所述的大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其特征在于，应用钢管台车完成瓦片运输、组圆、焊接、安装调节和大节组焊。

6.根据权利要求2所述的大型水轮机引水钢管道的快速施工方法，其特征在于，将多个较小直径钢管组成的长管节放置在大直径的钢管内，较小直径长管节沿运输轨道移动与蜗壳连接安装，凑合节设在渐变段，以分瓣瓦片的方式现场安装。