一、前言

　　繼十三陵、二灘等國(guó)內(nèi)已建工程和三峽、龍灘在建的重大水電工程之后，大型電站輸水壓力鋼管和鋼襯（以下簡(jiǎn)稱鋼管）的結(jié)構(gòu)等變化十分明顯，第一：尺寸巨大，長(zhǎng)江三峽大壩的管鋼直徑為12.4m，烏江彭水水電站管鋼最大直徑為14m，超過(guò)了國(guó)內(nèi)外已有的大型壓力鋼管尺寸；第二：管壁鋼板強(qiáng)度等級(jí)高，500MPa級(jí)應(yīng)用廣泛，600MPa級(jí)調(diào)質(zhì)鋼得到了較大范圍的推廣。第三：工程數(shù)量大而建設(shè)工期短，制造安裝生產(chǎn)強(qiáng)度高。為了適應(yīng)這樣的形勢(shì)變化，鋼管制造安裝技術(shù)在傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上得到了大的發(fā)展，自動(dòng)焊接技術(shù)在壓力鋼管制造中得到了較為廣泛的運(yùn)用，大型專用施工設(shè)備在壩內(nèi)鋼管安裝中發(fā)揮了重要的作用，相對(duì)而言，由于施工空間的限制，大型鋼管在洞內(nèi)埋管方面受到限制，通常的運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備不能發(fā)揮作用，特別對(duì)于地處高山峽谷地帶的大型水電工程，鋼管在工地運(yùn)輸和安裝時(shí)存在較大困難，目前的施工方法還過(guò)多地依賴于傳統(tǒng)的土法運(yùn)輸和手工焊接，這些問(wèn)題將導(dǎo)致施工工期較長(zhǎng)并可能在支洞開(kāi)挖等方面多花費(fèi)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的費(fèi)用。因此，針對(duì)近期即將大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)的水電站（如瀑布溝、溪洛渡、向家壩、錦屏等）大型洞內(nèi)鋼管工程的共同特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代工程的先進(jìn)技術(shù)，研究與之相適應(yīng)的洞內(nèi)鋼管制造安裝工藝是十分必要的。

　　二、國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

　　為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國(guó)外焊接生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化已達(dá)到很高的程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家焊接機(jī)械化、自動(dòng)化程度已達(dá)到熔敷金屬量的65%以上。氣體保護(hù)焊作為高效優(yōu)質(zhì)節(jié)能節(jié)材的焊接方法在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用，日本在1998年已達(dá)到熔敷金屬量的77.6%.國(guó)外大型造船廠開(kāi)始應(yīng)用的門架式鋼板縱縫拼焊機(jī)技術(shù)，采用多絲高速埋弧焊工藝，配真空吸盤平臺(tái)或電磁平臺(tái)，其最大焊接行程達(dá)12m，一次行程可焊板厚最大為40mm。一些高效優(yōu)質(zhì)的焊接方法如電子束焊、激光焊、等離子焊、焊接機(jī)器人工作站、焊接柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、窄間隙焊接技術(shù)、雙絲高效氣體保護(hù)焊技術(shù)等在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到運(yùn)用，但我國(guó)焊接自動(dòng)化率為熔敷金屬量的約30%-50%，應(yīng)用的廣度和水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有一定的差距。

　　目前，國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的重型焊接滾輪架最大的承載重量達(dá)1600T，自動(dòng)防竄滾輪架的最大承載重量達(dá)800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm.變位機(jī)的最大的承載重量達(dá)400T，轉(zhuǎn)矩可達(dá)450KNm.框架式焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)和頭尾架翻轉(zhuǎn)機(jī)的最大承載重量達(dá)160T.焊接回轉(zhuǎn)平臺(tái)的最大承載重量達(dá)500T。立柱橫梁操作機(jī)和門架式的操作機(jī)的最大行程達(dá)12m.龍門架操作機(jī)的最大規(guī)格為8m×8m.我國(guó)已能生產(chǎn)6m×6m以上大型立柱—橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機(jī)，500T重型滾輪架及重型、輕型自動(dòng)防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機(jī)和大、中型翻轉(zhuǎn)機(jī)等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設(shè)備，并大量采用交流電機(jī)變頻調(diào)整技術(shù)，PLC控制技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)及數(shù)控系統(tǒng)，焊接裝備的自動(dòng)化程度有了很大的提高，某些操作機(jī)還配備了焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來(lái)，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大，因此為窄間隙設(shè)備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開(kāi)始采用了8000噸油壓機(jī)壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動(dòng)焊工藝焊接筒體縱縫，實(shí)現(xiàn)了厚壁長(zhǎng)筒節(jié)（單節(jié)最大長(zhǎng)度7000mm，最大厚度250mm）壓制工藝自動(dòng)化和焊接工藝高效率化。新型燃?xì)饧訜崞骱碗娂訜嵩O(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，例如，紅外燃?xì)饧訜崞�，引射式液化氣加熱器等比傳統(tǒng)的燃?xì)饧訜崞魈岣邿嵝��?0%以上，而且更加安全和方便。

　　自動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用正在徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質(zhì)量，改善操作環(huán)境。隨著整個(gè)制造業(yè)水平的提高，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)理念發(fā)生了很大的變化，高產(chǎn)量已讓位于高質(zhì)量、勞動(dòng)密集型已逐步被知識(shí)密集型所取代。大量采用自動(dòng)化焊接專機(jī)，生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已成為一種不可阻擋的趨勢(shì)，這同樣也是水電金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)發(fā)展的大方向。

　　三、大型鋼管結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有工藝分析

　　大型洞內(nèi)鋼管的結(jié)構(gòu)型式由設(shè)計(jì)根據(jù)發(fā)電樞紐結(jié)構(gòu)要求及巖土力學(xué)條件，結(jié)合施工要求確定，一般為單管單機(jī)布置，基本的結(jié)構(gòu)有四種：

　　一、水平管，包括水平或接近水平的直管、錐管（漸變段）。

　　二、彎管，分上彎管和下彎管。

　　三、斜井直管。四、豎井直管。實(shí)際鋼管結(jié)構(gòu)多為水平管與其它結(jié)構(gòu)的組合，形成“N”型、單梯度或多梯度型式布置，也有完全以水平管布置的。不難理解，對(duì)于施工而言采用水平管是最有利的，電站輸水隧洞工程的優(yōu)化方案多采用此種結(jié)構(gòu)，而多梯度型式的施工較為困難。隧洞結(jié)構(gòu)要求每個(gè)鋼管的內(nèi)徑是漸變的，但主要部分的公稱尺寸相同且變化幅度不大，說(shuō)明每個(gè)工程的鋼管結(jié)構(gòu)的單一性，其直徑相對(duì)最大有約30％的變化，事實(shí)上每個(gè)大型鋼管工程都是由數(shù)百以至上千個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相近的瓦片組成。

　　在現(xiàn)有工藝方面，以龍灘為例，典型的大型洞內(nèi)鋼管的整個(gè)制造安裝工藝流程是：

　�、挪牧喜少�(gòu)；

　�、其摬倪\(yùn)輸；

　　⑶鋼管下料；

　�、绕驴诩庸�；

　　⑸卷板：1/3（或1/4圓�。�；

　�、输摴芙M圓；

　�、丝v縫焊接；

　�、坛C形；

　�、图觿怒h(huán)安裝焊接；

　�、蝺�(nèi)支撐安裝；

　�、虾附訖z驗(yàn)；

　　⑿廠內(nèi)防腐；

　�、殉鰪S驗(yàn)收；

　　⒁凹心臺(tái)車公路立運(yùn)（鋼管軸線與汽車軸線平行，高度大于寬度，故名）運(yùn)輸；

　　⒂交通支洞運(yùn)輸（臺(tái)車平運(yùn)）；

　　⒃主洞運(yùn)輸（臺(tái)車立運(yùn)）；

　　⒄安裝就位；

　�、职惭b環(huán)縫焊接；

　　⒆安裝檢驗(yàn)；

　　⒇鋼管砼回填后安裝防腐。

　　其中，①～②由業(yè)主方直接負(fù)責(zé)，③～12由制造承包方在現(xiàn)場(chǎng)鋼管廠完成，14～20由安裝承包商實(shí)施。部分工程（例如三峽、天生橋等）在現(xiàn)場(chǎng)鋼管廠內(nèi)進(jìn)行管節(jié)大組和環(huán)縫焊接。

　　根據(jù)鋼管的施工時(shí)間順序和工作狀況可以整個(gè)制造安裝過(guò)程分為五個(gè)方面：

　�。�1）材料采購(gòu)供應(yīng)

　　通常在正式的施工設(shè)計(jì)圖具備后，即具備采購(gòu)條件。鋼板的長(zhǎng)度和寬度尺寸應(yīng)當(dāng)由制造安裝工藝確定�？梢杂�(jì)算，鋼管焊縫總長(zhǎng)度為管壁的縱縫環(huán)縫與加勁環(huán)環(huán)縫之和，即

　　F＝mL+πDL／B+2πDn（1）

　　m為鋼管制造分瓦片數(shù)量，L為鋼管長(zhǎng)度，D為鋼管直徑，B為鋼管板寬，

　　n為鋼管加勁環(huán)數(shù)量

　　大型鋼管的瓦片數(shù)量為2個(gè)到5個(gè)，鋼板的長(zhǎng)度尺寸為1/3或1/4周長(zhǎng)，這對(duì)材料運(yùn)輸和保證卷板速度更為有利。當(dāng)鋼管直徑長(zhǎng)度加勁環(huán)等結(jié)構(gòu)尺寸確定后，焊接工作量的大小與板寬成正比。以往，我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)較差，鋼板軋制、卷板等配套設(shè)備能力不足，大多采用了2m左右寬度的鋼板�，F(xiàn)在，不僅我國(guó)水電、石化、冶金等行業(yè)均有現(xiàn)代化的數(shù)控卷板機(jī)，寬度均按3-4m寬度設(shè)計(jì)，而且市場(chǎng)上可以采購(gòu)到國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的3m以上板寬鋼管用材。在設(shè)備條件許可時(shí)，鋼管板寬增加自然地形成了施工效率同比例的增長(zhǎng)，若以2m板寬為基準(zhǔn)，板寬每增加10%，每條鋼管的環(huán)縫數(shù)量可以相應(yīng)減少約10%，減少比率Q

　　Q＝（B-2）/B×100%（2）

　　可以節(jié)省的實(shí)際焊縫數(shù)量W

　　W＝L×πD×（B-2）/B（3）

　　現(xiàn)有的情況是：我們?cè)诓少?gòu)鋼板時(shí)可能少花費(fèi)10%的費(fèi)用，卻增加了30%的制造安裝成本及50%的施工時(shí)間。這是目前的一個(gè)盲點(diǎn)，站在社會(huì)經(jīng)濟(jì)宏觀價(jià)值角度考慮，我們可以制定相應(yīng)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從一個(gè)方面提高我國(guó)節(jié)能降耗水平�？梢哉J(rèn)為，鋼管寬度的確定只是受到了鋼鐵廠生產(chǎn)能力和陸路運(yùn)輸?shù)南拗疲ɡ�如汽車、火車），綜合分析，對(duì)于大多數(shù)鋼管工程2.5m-3.2m板寬是一個(gè)適合的寬度選擇范圍。

　　（2）鋼管制造

　　最常用的制作程序是：劃線、切割、刨邊、卷板、對(duì)圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、裝加勁環(huán)、焊加組環(huán)、除銹、涂裝、大節(jié)組裝、環(huán)縫焊接、出廠檢驗(yàn)。

　　鋼管廠規(guī)劃方式的不同形成不同的生產(chǎn)工藝，主要有兩種，一種是鋼管全部在現(xiàn)場(chǎng)加工的模式，另一種為全部瓦片在水工廠卷制的模式。龔嘴、隔河巖等水電站的實(shí)踐證明，將劃線到卷板的程序放在工廠完成，是一種很有特點(diǎn)的做法，特別是在現(xiàn)有技術(shù)和市場(chǎng)條件下更據(jù)優(yōu)勢(shì)，原因在于：

　　一、瓦片制作工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量易于保證，為提高鋼管的拼裝質(zhì)量和自動(dòng)焊接工藝提供有利條件；

　　二、在工廠易于實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)，大型的卷板機(jī)、數(shù)控切割機(jī)和刨邊機(jī)等設(shè)備利用率可以大大增加，工效高成本低，一臺(tái)大型的數(shù)控卷板機(jī)年產(chǎn)量可以達(dá)到20000噸左右，而目前一般只有20%的利用率；

　　三、氧氣乙炔等主要消耗性材料可就近采購(gòu)；

　　四、臨建工程量投入減少，施工人員減少，工程建設(shè)期征地相應(yīng)減少。有利于鋼管生產(chǎn)的節(jié)能降耗和施工環(huán)保，對(duì)所有在高山峽谷地區(qū)電站的施工規(guī)劃有重要的借鑒意義。

　　鋼管的對(duì)圓傳統(tǒng)上采用了平組（管口向上）的方式，其投入小，可同時(shí)多位焊接、矯形、安裝加勁環(huán)內(nèi)支撐容易等，其適應(yīng)尺寸范圍大，應(yīng)用非常普遍。但我們也不應(yīng)忽略實(shí)現(xiàn)鋼管立組（軸線水平）后可能帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，管壁的縱縫和環(huán)縫均為平焊，在立組狀態(tài)下可容易地實(shí)現(xiàn)更高效的自動(dòng)焊接，鋼管在對(duì)圓中逐步用縱向操作的全自動(dòng)焊機(jī)完成縱縫焊接以及矯正，并完成加勁環(huán)的安裝和焊接，可以在鋼管制造階段形成機(jī)械化，所有的縱縫和環(huán)縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，可以有效地減小翻身等吊裝工作。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，以直徑10m的鋼管為例，立組時(shí)每個(gè)平臺(tái)的面積為120m2，而平組只需要50m2，即使在隧洞狹小的作業(yè)空間內(nèi)也能夠方便地組裝鋼管，這為大型洞內(nèi)鋼管工藝改進(jìn)提供了必要的條件。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)鋼管立組的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)制造一種大型專業(yè)的立式回轉(zhuǎn)平臺(tái)，要求其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便，外形尺寸緊湊，具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)備自身運(yùn)輸安裝拆卸方便，配備專用的活動(dòng)內(nèi)支撐、裝夾工具和多臺(tái)自動(dòng)焊接設(shè)備后，具備完成鋼管對(duì)圓、縱縫焊接、縱縫矯正、探傷、調(diào)圓、安裝加勁環(huán)焊接的工作條件。

　　無(wú)論如何，高效的自動(dòng)焊接設(shè)備是優(yōu)先的選擇，因大多數(shù)鋼管的壁厚設(shè)計(jì)在20-50mm之間，將多絲高速埋弧焊工藝應(yīng)用到水電站鋼管的焊接中是非常必要的，這與水電金屬結(jié)構(gòu)業(yè)目前流行的全自動(dòng)氬弧焊工藝比較在效率和成本上存在較大的優(yōu)勢(shì)，而加勁環(huán)的焊接采用CO₂氣體保護(hù)自動(dòng)焊則是既高效又經(jīng)濟(jì)的工藝。

　�。�3）鋼管運(yùn)輸

　　運(yùn)輸工作包括材料運(yùn)輸、管節(jié)公路運(yùn)輸和洞內(nèi)運(yùn)輸，運(yùn)輸工具為汽車、火車或輪船，其中汽車運(yùn)輸是必不可少的，材料運(yùn)輸可以使用通用的運(yùn)輸工具完成，國(guó)內(nèi)水電工程較多地采用了火車和汽車運(yùn)輸方式，部分水運(yùn)條件較好的采用輪船遠(yuǎn)程運(yùn)輸后，汽車或火車倒運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，管節(jié)運(yùn)輸除個(gè)別工程外，都采用特制汽車拖車運(yùn)輸。運(yùn)輸?shù)淖詈箅A段是由平板臺(tái)車完成的（垂直管例外），平板臺(tái)車由卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。

　　實(shí)際上，鋼管在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸是工程規(guī)劃和施工的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。絕大部分水電工程施工道路設(shè)計(jì)為二級(jí)公路，根據(jù)國(guó)家公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其寬度在7m～9m之間，當(dāng)鋼管外形尺寸在9m以內(nèi)時(shí)，公路具備鋼管平運(yùn)條件，但必須在鋼管節(jié)運(yùn)輸時(shí)對(duì)所經(jīng)過(guò)的路段實(shí)施交通管制，由專用運(yùn)輸車通過(guò)，特殊情況下，可以采用凹心臺(tái)車的方式拖運(yùn)，但由于運(yùn)輸時(shí)鋼管重心高，鋼性差，裝車難，運(yùn)輸速度低，近年較少采用。若管徑大于9m時(shí)，可能為此提高公路的設(shè)計(jì)等級(jí)，當(dāng)然施工交通洞的等級(jí)也要相應(yīng)地提高，鋼管運(yùn)輸所經(jīng)過(guò)的公路和隧洞將產(chǎn)生大量的土石擴(kuò)挖和砼回填工程量，產(chǎn)生的直接費(fèi)用是以百萬(wàn)計(jì)算的。與此相對(duì)應(yīng)，最大程度地減小汽車運(yùn)輸尺寸可能產(chǎn)生的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)可以減少交通干擾、節(jié)省施工時(shí)間，并且有利于環(huán)境保護(hù)，無(wú)疑對(duì)工程建設(shè)是十分有利的。

　　（4）鋼管安裝

　　大量的工程實(shí)踐表明，鋼管安裝質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵控制點(diǎn)的是其焊縫的焊接，這一點(diǎn)在大中型鋼管中更為明顯。我國(guó)在云峰電站建設(shè)中首次將埋弧自動(dòng)和焊滾焊臺(tái)車結(jié)合應(yīng)用于鋼管環(huán)縫焊接，可以將兩節(jié)鋼管組成大節(jié)后運(yùn)輸，有效地減少了安裝焊縫，較好地提高了環(huán)縫焊接效率和質(zhì)量，被廣泛地用于在工地鋼管廠鋼管制造，但是由于運(yùn)輸尺寸和重量的限制，四十多年來(lái)滾焊臺(tái)車和埋弧自動(dòng)焊的工藝設(shè)備技術(shù)在水電行業(yè)中沒(méi)有得到大的發(fā)展，與國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平形成了巨大的差異，同時(shí)也表明，在鋼管安裝技術(shù)上存在巨大的開(kāi)發(fā)潛力。我們完全可以設(shè)想，直接將大型的滾焊臺(tái)車安裝施工部位，比如輸水隧洞的主洞內(nèi)，這樣，可以進(jìn)行兩節(jié)或兩節(jié)以上的大節(jié)組裝，70％以上的環(huán)縫可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，鋼管安裝環(huán)縫減到更少，與此同時(shí)，鋼管主洞以外的運(yùn)輸?shù)某叽缈梢岳^續(xù)減小，鋼管主洞內(nèi)的運(yùn)輸?shù)某叽绶炊�可以增大，事�?shí)上，尺寸越大的鋼管越有這種必要，主洞以外的運(yùn)輸工具通常用汽車，尺寸越小其穩(wěn)定性更好，速度可以相應(yīng)提高，對(duì)施工交通的干擾減少，而鋼管主洞內(nèi)的運(yùn)輸由于洞挖結(jié)構(gòu)的限制只能立運(yùn)，在鋼管大節(jié)組裝之后其寬高比成倍增加，無(wú)論在平洞還是斜洞段運(yùn)輸?shù)姆�(wěn)定性變得更好了，有利于整個(gè)的施工安全。更一步地設(shè)想，若在滾焊臺(tái)車上設(shè)置行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，代替以往結(jié)構(gòu)功能簡(jiǎn)單的運(yùn)輸臺(tái)車，鋼管水平運(yùn)輸?shù)男�率有望從根本上得到提高，可以達(dá)到一舉多得的效果，這對(duì)以水平結(jié)構(gòu)為主的鋼管工程無(wú)疑是理想的施工設(shè)備。

　�。�5）防腐

　　現(xiàn)在水電站鋼管絕大部分防腐工作是分兩個(gè)階段進(jìn)行：大面積的工廠防腐和鋼管安裝后防腐。目前我國(guó)的防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外是基本一致的，國(guó)外類似工程的防腐使用壽命可以達(dá)到20～30年，而我國(guó)普遍為3-5年，差別巨大。在巖灘等工程中，鋼管防腐在安裝和澆筑混凝土后一次完成，質(zhì)量明顯較好，這與國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)相同的。由于安裝過(guò)程和混凝土回填施工中不可避免要傷害到工廠防腐的部位，這些部位與安裝焊縫區(qū)域的防腐一樣成為鋼管內(nèi)壁防腐的薄弱環(huán)節(jié)。用“圍桶理論”的觀點(diǎn)分析，提高安裝階段的防腐質(zhì)量是提高其使用壽命的關(guān)鍵板。現(xiàn)在，越來(lái)越多的工程技術(shù)專家達(dá)成一致，應(yīng)當(dāng)在安裝后一次性地完成防腐涂裝工作，為了進(jìn)一步提高我國(guó)鋼管施工水平，我們不僅應(yīng)當(dāng)在鋼管工程設(shè)計(jì)和施工規(guī)范中加以明確，而且借簽國(guó)內(nèi)外石油、化工等相關(guān)行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)工藝以及設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以研制高效、清潔的自動(dòng)噴砂和自動(dòng)噴涂設(shè)備，解決長(zhǎng)期以來(lái)鋼管防腐用簡(jiǎn)易的設(shè)備進(jìn)行大量的手工操作產(chǎn)生的高污染、低效率局面，滿足防腐質(zhì)量要求和工程的進(jìn)度要求。

　　四、現(xiàn)代大型鋼管工程的基本要求

　　1、滿足工程設(shè)計(jì)工期和質(zhì)量的要求

　　針對(duì)目前鋼管制造安裝量在和質(zhì)量要求高的趨勢(shì)，應(yīng)當(dāng)盡可能選用技術(shù)成熟、自動(dòng)化程度高的工藝和設(shè)備。無(wú)論是在材料采購(gòu)，還是在鋼管制造、安裝、焊接、防腐及相應(yīng)的檢測(cè)過(guò)程都應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)。

　　在我國(guó)大規(guī)模開(kāi)發(fā)大中型水電站的背景下，為符合鋼管工程結(jié)構(gòu)的單一性、高強(qiáng)度和質(zhì)量要求，研制大型鋼管制造的自動(dòng)化焊接單機(jī)十分必要，借鑒國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)焊機(jī)技術(shù)，采用多絲高速埋弧焊工藝，完全可以從根本上解決大型鋼管工程的焊接效率和質(zhì)量控制難題。

　　2、降低工程總造價(jià)

　　根據(jù)洞內(nèi)鋼管工程的特點(diǎn)，其成本包括材料采購(gòu)和制造安裝等直接費(fèi)用，同時(shí)應(yīng)計(jì)算為此工程產(chǎn)生的臨時(shí)工程投入的大小，并盡可能減少后期運(yùn)行管理成本。

　　3、生產(chǎn)系統(tǒng)具有柔性，可以適應(yīng)結(jié)構(gòu)和尺寸相近的鋼管需要

　　由具有自適應(yīng)焊縫跟蹤系統(tǒng)功能的單臺(tái)或多臺(tái)焊接操作機(jī)與工件裝夾，機(jī)械組合而成的加工中心適用于產(chǎn)品規(guī)格多變的小批量生產(chǎn)。大型自動(dòng)化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資額相對(duì)較高，在設(shè)計(jì)這種焊接裝備時(shí)必須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能，滿足同一工程或類似工程不同的生產(chǎn)需要。

　　4、減少交叉作業(yè)，避免施工互相干擾：

　　這一點(diǎn)在洞內(nèi)施工時(shí)尤為關(guān)鍵，不合理的工藝線路設(shè)計(jì)不僅影響到鋼管的安裝安全和質(zhì)量，而且極可能影響到整個(gè)隧洞工程的施工進(jìn)度。

　　5、實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，避免勞動(dòng)力、施工設(shè)備等資源使用出現(xiàn)大的波動(dòng)，工程施工易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，可以有效地降低施工管理難度。

　　6、創(chuàng)造有利的施工環(huán)境，這既符合國(guó)家相關(guān)法律（《勞動(dòng)法》《環(huán)境保護(hù)法》等），又是現(xiàn)代企業(yè)以人為本的文化價(jià)值觀的直接體現(xiàn)。

　　五、大型洞內(nèi)鋼管新型自動(dòng)化工藝及其特點(diǎn)

　　在以上的工藝分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)的原則，我們可以確定這樣一個(gè)新的大型洞內(nèi)鋼管的自動(dòng)化工藝，它分為三個(gè)階段：

　　1、鋼板加工卷制

　�、邃摴芟铝稀⑶懈钆龠叄轰摪鍖挾仍�3m左右較為合理；

　　㈡鋼管卷板（根據(jù)情況制作成1/2、1/3或1/4圓弧）；

　�、缂觿怒h(huán)制造：可以數(shù)控切割；

　�、鑸A弧鋼板運(yùn)輸，包括長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)绞┕ざ磧?nèi)，或倉(cāng)儲(chǔ)后二次運(yùn)輸?shù)绞┕ざ磧?nèi)。

　　2、鋼管組圓焊接及安裝

　　㈠洞內(nèi)組圓及縱縫焊接：組圓采用大型的立式組圓回轉(zhuǎn)平臺(tái)，焊接方法為全自動(dòng)埋弧焊接或氣體保護(hù)焊接；

　　㈡鋼管矯圓，采用可移動(dòng)的半自動(dòng)液壓校形機(jī)；

　�、绨惭b鋼管活動(dòng)內(nèi)支撐；

　�、鑳蓚�(gè)或多個(gè)管節(jié)組圓及環(huán)縫焊接：在大型滾焊臺(tái)車上進(jìn)行全自動(dòng)埋弧焊接或氣體保護(hù)焊接；

　　㈤鋼管加勁環(huán)安裝及焊接；

　�、昱_(tái)車運(yùn)輸?shù)桨惭b部位，調(diào)正，焊接，檢驗(yàn)。

　　〔這是新工藝最關(guān)鍵的部分，采用了洞內(nèi)立組的方法，結(jié)合立式回轉(zhuǎn)平臺(tái)、大型或超大型滾焊臺(tái)車和高效的自動(dòng)焊接設(shè)備，將形成一套移動(dòng)的鋼管拼裝焊接生產(chǎn)線，代替現(xiàn)有工地鋼管廠的功能，同時(shí)調(diào)整現(xiàn)有的安裝工藝，拼裝和焊接的自動(dòng)化程度大大地提高了，大量復(fù)雜的鋼管大件運(yùn)輸?shù)跹b以及翻身?yè)Q位工作沒(méi)有了，起重、安裝、焊接及其探傷的勞動(dòng)強(qiáng)度降低了，施工安全和質(zhì)量可靠性增加，鋼管制造安裝的強(qiáng)度易于提高。此項(xiàng)工藝突破了現(xiàn)有技術(shù)的限制，將促使水電站壓力鋼管制造安裝實(shí)現(xiàn)量變到質(zhì)變的飛躍發(fā)展，更能體現(xiàn)我國(guó)大型水電站建設(shè)規(guī)劃中高技術(shù)高質(zhì)量高效率低投入少（施工）人員的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念�！�

　　3、鋼管防腐：回填管壁外混凝土及灌漿后，內(nèi)壁防腐，采用高效、清潔的自動(dòng)噴砂、噴涂設(shè)備。

　　新型鋼管工藝的特點(diǎn)是：

　　1.鋼管初步加工可由設(shè)備完善的機(jī)械廠或鋼結(jié)構(gòu)制造廠完成，將切割劃線、下料、刨邊、卷板形成流水線作業(yè)。大型鋼管專用的弧形鋼板形成集中工廠加工的方式，促進(jìn)鋼管制造向標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和規(guī)�；�方向發(fā)展。可能形成一個(gè)工廠對(duì)多個(gè)中小工程或多個(gè)工廠對(duì)一個(gè)大工程的市場(chǎng)網(wǎng)格狀態(tài)的分布，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)資源的合理配制。

　　2.現(xiàn)場(chǎng)的鋼管制造和安裝由專業(yè)化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行組圓，焊接和防腐工作自動(dòng)化程度大大提高，既能保證施工質(zhì)量，又可以加快總體施工進(jìn)度。

　　3.施工安全性提高，鋼管運(yùn)輸只在主洞內(nèi)進(jìn)行，大件的運(yùn)輸和吊裝工作量大為減少，運(yùn)輸效率易于提高，完全避免了現(xiàn)有工程中通常存在的大型鋼管運(yùn)輸造成施工交通受阻的現(xiàn)象。

　　4.節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)鋼管廠的建造，與此相關(guān)的公路、施工支洞等可以按普通標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)施工等級(jí)降低，此方面可以節(jié)省大量前期投入。不僅如此，還將節(jié)省了工地鋼管廠的建設(shè)費(fèi)用和數(shù)控切割機(jī)、刨邊機(jī)、數(shù)控卷板機(jī)等大型設(shè)備的一次性投入。目前一個(gè)中等規(guī)模的工地鋼管廠的臨時(shí)建設(shè)費(fèi)用在300萬(wàn)以上，相應(yīng)的設(shè)備投入約1000萬(wàn)，占地總面積在10000m2以上。

　　5.專用設(shè)備投入增加，需要設(shè)計(jì)制造大型鋼管立式旋轉(zhuǎn)組裝平臺(tái)，選擇適合大型鋼管的滾焊臺(tái)車，并開(kāi)發(fā)鋼管內(nèi)壁防腐專用的自動(dòng)化設(shè)備，但這些在技術(shù)上沒(méi)有大的難題，而且相關(guān)設(shè)備費(fèi)用可由多個(gè)工程分?jǐn)�，總體設(shè)備投入與現(xiàn)有工藝相當(dāng)或適當(dāng)降低。

　　6.工作環(huán)境改善，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，現(xiàn)場(chǎng)施工人員減少，主要表現(xiàn)為焊接和起重技術(shù)工人數(shù)量減少，通常一個(gè)中型規(guī)模的工地鋼管廠需要200人左右，而按照此工藝只需要50-60人左右，施工人員勞動(dòng)生產(chǎn)率將提高2-4倍，管理工作量相應(yīng)減少。

　　7.與此相關(guān)的土建工程開(kāi)挖量和臨時(shí)建筑減少，相應(yīng)地減少了對(duì)施工區(qū)域自然環(huán)境的影響。

　　8.隨著整個(gè)施工過(guò)程機(jī)械化自動(dòng)化程度的提高，特別是手工焊條電弧焊只在少量環(huán)縫和加勁環(huán)接頭等局部使用，焊接自動(dòng)化程度將達(dá)到熔敷金屬量的70%以上，生產(chǎn)能耗相對(duì)降低，使鋼管制造安裝工藝技術(shù)得到大的提升，達(dá)到甚至超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。

　　9.既適用于交通運(yùn)輸或場(chǎng)地條件有限的水電站大型鋼管工程，也非常適用于鋼管直徑大數(shù)量不多的水電站中小型鋼管工程。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　水電站鋼管工程是一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及到水電站建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工等多個(gè)環(huán)節(jié)，其發(fā)展與現(xiàn)代冶金、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸以及水電建筑等基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，鋼管的新型自動(dòng)化工藝是一個(gè)既符合我國(guó)大規(guī)模水電站開(kāi)發(fā)建設(shè)的高質(zhì)量快速施工原則，又能大幅提升鋼管制造安裝水平的現(xiàn)代化施工工藝，它可以綜合鋼板機(jī)械加工、數(shù)控卷板與全自動(dòng)焊接等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外成熟的工程技術(shù)，可以應(yīng)用先進(jìn)的大型數(shù)控卷板機(jī)、大型鋼管滾焊臺(tái)車、多絲高速埋弧焊焊接工藝及設(shè)備等，同時(shí)提出了大型鋼管立式組圓回轉(zhuǎn)平臺(tái)、大型鋼管內(nèi)壁自動(dòng)噴砂、自動(dòng)噴涂設(shè)備研發(fā)的新課題。

　　水電站洞內(nèi)鋼管的新工藝十分適應(yīng)我國(guó)目前日益發(fā)展的工業(yè)化水平和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求，符合改革開(kāi)放條件下的中國(guó)現(xiàn)代水電建設(shè)管理思想，通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)開(kāi)發(fā)利用，不僅可以為水電建設(shè)的優(yōu)化方案提供技術(shù)支持，有利于節(jié)約電站投資，有利于改善施工環(huán)境，有利于提高工效，有利于工程質(zhì)量控制，有利于提高施工管理效率，而且，在大規(guī)模推廣應(yīng)用之后，能充分利用市場(chǎng)資源，提高能源利用效率，展示我國(guó)水電站建設(shè)現(xiàn)代化水平，使我國(guó)水電站鋼管制造安裝的技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。