徐同良 郑 浩
(1.东平湖管理局梁山黄河河务局，山东 济宁 272000；
2.河南立信工程管理有限公司，河南 郑州 450003)
输水隧洞钢管管节的运输和安装调整属于重要工序,传统施工采用轨道小车运输安装方案，费工费材料，施工进度慢，安全性低。目前采用隧洞台车运输安装方案，虽施工效率高，但机械组装复杂，成本较高。本文结合施工实践，将挖掘机液压反铲改造后，用于钢管运输和安装，大大提高了作业效率，减轻了工人劳动强度，提高了安装质量和施工安全性。
大直径缓坡段输水隧洞压力钢管液压反铲安装施工技术通过对挖掘机液压反铲进行适当的改造，用于隧洞内钢管的运输和安装调整，涉及机械改造、支架制作、变形控制等多项关键技术。首先拆卸反铲小臂，根据钢管直径制作一个简易支架安装在反铲大臂端头，反铲把简易支架从钢管内部托在钢管顶部。压力钢管往往相对较长、较重，导致安装钢管时，压力钢管的长度越长，出现变形的概率越大。压力钢管的底部放置U形垫块焊接于支架顶部，U形垫块本身受力面积相对较大，更好地将压力钢管固定。支架上焊接固定锚环，支架两边各悬挂2个5t手拉葫芦拉于钢管中腰处，用于固定和调整钢管，防止钢管变形及钢管前后倾倒。在挖掘机液压反铲尾部制作一配重平台，根据反铲工况及管节重量，适当增加少许配重，以达到反铲在缓坡行走的平衡稳定。
压力钢管安装后承受水压力较大、受力复杂，为有效避免钢管变形，瓦块纵缝与环缝交接处采用圆弧段焊缝过渡，减少焊接应力集中。此外，为加强瓦块整体受力，保留压力钢管加劲环设计，安装时将瓦块加劲环与钢管加劲环对接焊接。瓦块制作时采用合理的加工流程和加固措施，确保瓦块卷制弧度，控制加劲环安装间隙，防止瓦块的运输变形。瓦块安装焊缝采用不对称X形坡口，坡口外小内大，背面焊缝坡口比例为2/5，正面焊缝(过流面)坡口比例为3/5，在保证厚板焊接质量的同时减少了外部狭小空间内焊接停留时间。通过选择合理的焊接顺序和焊接方法，尽量减少在刚性约束条件下的焊接应力集中现象，防止焊缝产生冷裂纹。
该技术适用于大直径隧洞内缓坡段的短管节钢管安装，隧洞和钢管直径在3～12m，洞内坡度为0°～8°,钢管管节长度在3m以下。
2.1 施工工艺流程
施工工艺流程见图1。
图1 施工工艺流程
2.2 操作要点
2.2.1 挖掘机液压反铲改造及支架制作
首先拆卸掉挖掘机液压反铲小臂，根据钢管直径制作一个大直径输水隧洞压力钢管专用支架，安装在反铲大臂端头。支架与反铲大臂的组装要牢固,在运输途中不得晃动和倾斜。简易支架的顶面形状为与钢管内壁相吻合做成弧形，并要有足够的面积，防止钢管在自重作用下产生局部变形。
防止管道变形或倾覆。支架的顶面形状与钢管内壁相吻合。支架所有部件加工焊接质量均符合设计要求。反铲改造、制作及安装支架见图2。
图2 反铲改造、制作及安装支架
挖掘机液压反铲专用支架见图3。
图3 挖掘机液压反铲专用支架示意图
2.2.2 钢管坡口清理
钢管在运输安装前，先对坡口及两侧各100mm内进行清理，去除污物、油污、油漆、铁锈、氧化皮、潮气等影响焊接质量的物质。油污、油漆应经过火焰烘烤。对贴陶瓷衬垫的粘贴处附近予以清洁，以增加粘贴结合力。
2.2.3 钢管翻转及固定
采用平板车将钢管运输到隧洞口，利用洞顶锚环和卷扬机进行钢管翻转。挖掘机液压反铲大臂伸到钢管内壁顶部，将专用支架两侧的两台手拉葫芦与钢管上的锚环进行固定。
钢管翻转见图4，钢管固定见图5。
图4 钢管翻转
图5 钢管固定
2.2.4 隧洞内运输钢管
挖掘机液压反铲支架自主行走，无须牵引。根据隧洞内情况转弯或上下左右调整钢管，避免与洞壁碰撞。反铲在运输钢管时，要根据管件重量和洞内地面的坡度，调整反铲配重，以满足反铲运输稳定要求。钢管运输时，因钢管在反铲前方，影响司机视线，要有专人指挥引导。托举和固定钢管后要测量检查钢管是否变形。运输途中需控制行进速度，防止剧烈颠簸，防止钢管与洞壁碰撞。加强洞内照明，注意洞内通风排烟，及时消散反铲尾气。每次运输钢管前，对支架和锚环等结构进行认真检查，发现变形、开裂时，及时加固，否则不得使用。
隧洞内运输钢管见图6。
图6 隧洞内运输钢管
2.2.5 钢管安装调整
施工前，先通过全站仪在洞内把每节钢管的腰线两侧及底部轴线中心点所对应洞壁上的位置做好标记，每个断面上共有3个点。保证放样精度是钢管安装的基础，安装人员根据测量放点进行就位、调整。采用挖掘机液压反铲调整钢管到设计位置，然后进行钢管外部支撑并加固。施工测量见图7，钢管安装调整见图8。
图7 施工测量
图8 钢管安装调整
2.2.6 液压反铲退出
确保钢管支撑牢固后，松开内部手拉葫芦和反铲大臂，退出反铲进行下节钢管运输。
2.2.7 钢管内支撑拆除
拆除钢管上的内支撑、临时卡具时严禁锤击，采用碳弧气刨或手割炬在其离管壁约3mm左右处切除，注意不伤及母材。同时，将钢管内壁的焊疤清除干净，局部凹坑深度不超过板厚的10%且不大于2mm，超标凹坑用砂轮打磨至便于焊接的凹槽再进行焊补。最后，对钢管焊缝、焊疤、焊补处、其他残留痕迹等全部打磨平整，与母材高度一致。对磨平后的焊缝、焊疤、焊补处做PT检查，查看有无气孔、微裂纹等，检查合格后使用环氧煤沥青漆涂装防腐。
2.2.8 钢管焊接
a.焊接工艺。采用CO2单面焊双面成型工艺，焊接前先进行焊接工艺评定，保证焊接电流和电压的匹配，确保焊缝成型良好。选择熟练的焊工，使用较大电流的焊接规范，以提高劳动生产率。由于钢管安装后与底板之间空隙较小很难操作，因此将钢管腰线作为分界点，坡口做成正反方向(上部朝下，下部朝上)。
b.焊缝检查。环缝焊接检查分为焊缝外观检查和无损探伤检查。焊缝外观检查主要检查焊缝表面无气孔、夹渣、咬边等缺陷，以及焊缝余高，盖过坡口宽度等。无损检查采用超声波进行，由于环缝焊接为Ⅱ类焊缝，进行50%超声波抽检。如出现质量缺陷及时处理。焊缝外观检查见图9，无损探伤检查见图10和图11。
图9 焊缝外观检查
图10 无损探伤检查(一)
图11 无损探伤检查(二)
3.1 甘肃省引洮供水二期工程主体工程施工第48标压力管道安装工程应用
2016年9月20日至2018年10月30日实施的甘肃省引洮供水二期工程主体工程施工第48标压力管道安装工程，引水隧洞设计直径7.8m，压力钢管钢材采用Q345D低合金钢，钢管壁厚20mm，钢管内径为6.6m，洞内坡比i=1%。施工前期，钢管运输和安装采用传统的铺设轨道方案，钢管翻转直立后利用卷扬机牵引小车运至安装位置，再进行调整就位。完成1节钢管运输安装需耗用人工13工时及机械8台时(含铺设轨道60m)。技术人员创新利用CAT220D挖掘机液压反铲进行隧洞内钢管运输和安装。经过改造后，完成1节钢管运输安装只需人工6工时及机械4台时，采用挖掘机液压反铲运输及安装钢管比传统的铺设轨道运输安装方法可减少劳动力80%左右，安装速度提高2～3倍。
传统铺设轨道运输安装压力钢管与挖掘机液压反铲运输安装压力钢管两种方案用工对比表见表1。
表1 传统铺设轨道方案与挖掘机液压反铲方案用工对比
3.2 云州水库调水主蓄水池至滑雪场输水工程一期管道施工第三标段管道安装工程应用
2017年3月27日至2018年9月28日实施的云州水库调水主蓄水池至滑雪场输水工程一期管道施工第三标段管道安装工程，引水隧洞设计直径8.4m，压力钢管内径7.6m，壁厚24mm/20mm/16mm，管节长0.6～1.8m，洞内坡比i=1.5%。该工程应用了大直径缓坡段输水隧洞压力钢管液压反铲安装施工技术，提高了施工效率，保证了施工质量。
通过工程应用实践，大直径缓坡段输水隧洞压力钢管液压反铲安装施工方法，对洞内运输道路要求较低，不需铺设轨道。施工安全性好，隧洞内钢管管径大，管节短，钢管直立后，反铲从钢管顶部托举钢管，钢管不会倾倒。安装调整在钢管内部进行，较好地保证了施工人员安全。钢管运输和安装均由一台反铲挖掘机完成，施工简便、快捷、成本较低。具有较好的经济效益和社会效益，对同类工程施工提供了很好的借鉴和指导作用。
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