2压力钢管制作与安装
2.1压力钢管概述
压力钢管是水电站输水建筑物重要组成部分，它是在承受水库、压力前池或调压室中水压力的条件下，将水引入蜗壳，推动水轮机转动，或者将水引入其他设备以满足供水的要求。
压力钢管的布置形式是根据水电站所在地区地形、地质条件和挡水、引水结构形式的不同来确定。常见的压力钢管布置形式有：明管、地下埋管、回填管、坝后背管、坝后埋管等。见图2-1-1~图2-1-5。
伸缩节镇墩镇墩支墩压力钢管（明管）支承环管壁
图2-1-1明管
管壁引水隧洞调压室 压力钢管（地下埋管）混凝土
图2-1-2地下埋管
回填土引水隧洞管壁 压力钢管（回填管）混凝土
图2-1-3回填管
管壁 压力钢管（坝后背管）混凝土
图2-1-4坝后背管
管壁 压力钢管（坝内埋管）混凝土
图2-1-5坝内埋管
压力钢管一般都由进口渐变管、上平管、上弯管、斜管(或竖井钢管) 、下弯管、下平管、岔管、支管组成。
压力钢管的主要构件包括直管、弯管、锥管、渐变管、岔管、伸缩节和钢管上的附件（如支承环、加劲环、止水环、锚筋、进人孔、灌浆孔等），以及明管上的支座等部件。
随着水电水利工程建设的发展，高水头，大型、超大型水利水电工程的日益增多，压力钢管的规模、难度也相应加大。目前，我国水电站压力钢管设计水头最高的已超过千米，管径最大的已达14.4米。用于钢管制造的材料也由强度级别较低的普通材料发展到大量采用强度级别为600Mpa、800Mpa级别的高强度钢。焊接方法也由原来比较单纯的手工焊条电弧焊到大量采用埋弧自动焊、手工气体保护焊及全自动气体保护焊等。焊缝检测技术也不断完善，新的检测技术也不断应用于压力钢管制造与安装。
在一些大、中型电站，由于压力钢管体积较大，运输不便，大部分电站压力钢管加工厂都布置在工地，有的施工单位也利用已有制造厂制造瓦片，而在工地仅设立简易组焊车间，将瓦片在组焊车间组焊成钢管，以节省工地钢管厂建设费用。
压力钢管现场安装一般利用土建浇筑混凝土的大吨位起重机吊装，在隧洞内或地下厂房也可采用特殊的起重设备进行吊装就位。
2.2钢管制作场地布置 2.2.1概述
压力钢管制作场地布置与场地选址、场地至安装位置的交通运输条件、当地物资供应状况、钢管安装强度等诸多因素相关，制作单位可结合自身特点通过技术经济分析比较后建设压力钢管制作车间，满足工程需要。
钢管制作场地一般根据钢管的生产工艺过程、钢管的平均月生产强度、最大节钢管尺寸及重量等现有条件来设计。完整的制作场地应包括场地面积、厂房结构、厂内运输道路、加工设备配置、辅助设施、生活设施等方面。
2.2.2制作场地分类
钢管制作车间具体形式是多样的，大体上分为现场组焊车间和钢管制作车间两种形式。 (1) 现场组焊车间，
结构及设施较简单，只具备瓦片重新组圆、焊接以及油漆补涂等能力，钢管制作的其余工作由远离电站的加工厂完成。现场组焊车间一般适合现场场地条件受限、工程规模小等实际情况，但在有些国际项目施工时，大中型的钢管也常采用在现场组焊车间进行瓦片组圆、焊接的施工方案。
(2) 钢管制作车间
由于钢管制作车间的目的性强、使用时间短较（2～5年），因此一般建设成封闭式或半封闭式临时厂房。如果钢管制作车间是作为基地建设的一部分，则应该按永久性建筑设计和建设。车间应具备钢管从材料进厂、下料切割、卷板、组圆、焊接、探伤、喷砂（丸）、涂装、吊装运输等全部工艺过程的生产能力。如果根据工程需要，钢管制作车间还承担了其它金属结构件如水轮机埋件、闸门、拦污栅等制造任务，车间还得具备相应的热处理、机械加工等能力。大部分水电站压力钢管制作采用此种模式运作。
2.2.3场地主要配置
钢管制作场地的设计包括场地面积、厂房结构形式、投入设备、附属建筑、辅助系统等的确定。
(1) 场地、厂房面积
钢管制作场地包括原材料储存、切割下料、瓦片加工、钢管对圆、焊接、组装、探伤、喷砂（丸）、涂装等场地。钢管制造厂房和场地面积可分别参照公式（2-2-1）估算：
F?5Q?…(2-2-1)
式中：F—钢管制作场地（厂房)面积，m2；
Q—钢管制作工程量，t；
φ—场地（厂房）面积换算系数，单位：m2/t，参见表2-2-1。 表2-2-1 场地（厂房）面积换算系数表
钢管工程量Q（t） 200～500 600～1000 2000～5000 6000～10000 厂房面积系数φ（m2/t） 0.80～0.40 0.33～0.26 0.13～0.07 0.06～0.04 场地面积系数φ（m2/t） 2.40～1.20 1.17～0.90 0.52～0.28 0.24～0.18 (2) 主车间 主车间主要承担钢管下料、卷板、单节组焊、大节组焊等工作。
主厂房结构应满足安全需要，一般为砖、砼及钢结构，如设计为永久性建筑，则可选钢筋混凝土结构及全钢结构厂房。
1） 主车间应满足钢管下料、卷板、组圆、起吊、转运的场地和空间需要，跨度尺寸主要与钢管最大直径有关，其值可参照表2-2-2确定。 表2-2-2 主车间跨度参考表
钢管最大直径（m） 主车间跨度（m） ≤3 12 3～6 12～15 6～8 15～18 8～12 18～21 ＞12 ＞21 2） 主车间长度与钢管最大月制作强度紧密相关，一般可参照表2-2-3确定。 表2-2-3 主车间长度参考表
月生产能力（t） 钢管全部在现场车间制造 ≤100 50～55 100～200 60～80 200～400 80～100 400～700 100～120 700～1000 120～150 3） 主车间高度
主车间高度可按公式（2-2-2）计算确定。
H?D?h1?h2?h3?h4 … (2-2-2)
式中：H—主车间高度，m；
D—钢管的外径或大节钢管的高度，两者取其大值，m； h1—吊运钢管时，管底边离地面的距离，一般取0.5m； h2—吊运钢管时的吊具的高度，一般取1.5m～2m；
h3—桥式或龙门式起重机的吊钩升至最大高度时与起重机最高点的净距，m； h4—桥式或龙门式起重机的最高点至厂房屋架下弦的净空尺寸，m。 4） 主车间平面布置
主车间平面布置一般按钢管制作工序进行，主要包括划线平台、下料切割平台、修磨平台、卷板及瓦片存放区、组园平台、焊接平台、焊接检验平台和厂内运输台车及轨道等。
① 划线、切割平台
一般用型钢或钢板条铺成，位置应与数控切割平台，原材料堆放场相邻。 ② 打磨平台
型钢焊接结构，高度在0.8～1m 左右，面积按照2～3 块钢管瓦片的面积确定，应满足卷板及组装进度的需要。
③ 组圆平台
组圆平台是钢管组装的基础，平台形式有很多，常用的有：轻轨平台、钢板平台、混凝土支墩平台、混凝土型钢平台等。组圆平台数量根据钢管最大生产强度确定。
④ 卷板及瓦片存放区
根据卷板机特性、瓦片尺寸确定卷板机工作区域，同时应考虑瓦片检验和存放位置。 ⑤ 焊接平台
焊接平台可与对园平台交替使用，如果采用埋弧自动焊，可在主车间设置埋弧自动焊工位，平台或自动焊工位数量根据生产强度确定。当生产需要专门设置埋弧自动焊车间时，焊接车间可按如下参数确定。
● 车间长度可按公式（2-2-3）计算： L?2D?E …（2-2-3)
式中：L—焊接车间长度，m；
D—钢管最大直径，m；
E—车间长度的裕度，一般取4.5～5.5m。 ● 车间宽度：按公式（2-2-4）计算：
B?D?2b …（2-2-4) 式中：B—车间宽度，m；
D—钢管直径，m；
b—车间宽度的裕度，一般取2.0m。
● 车间高度：按公式(2-2-5)计算：
H?D?h1?h2 …（2-2-5)
式中：H—车间高度，m；
D—钢管直径，m；
h1— 钢管滚焊台车支承托辊处的高度，m； h2— 钢管顶部需要的净空。 ⑥ 焊接检验平台
焊接检验平台的数量可根据检验时间的周期及一次报检的数量确定，以满足进度要求为前提。结构型式与组圆平台相同。焊接检验平台与组圆平台有时根据需要可以共用，对需进行射线检验的平台，应充分考虑安全距离与防护措施。
⑦ 厂内运输台车及轨道应满足车间内外运送构件、材料等用，布置时应遵循转运快捷、
方便原则。
(3) 钢材堆放场地
钢材堆放场地，应靠近划线切割区，以便于钢材的转运。钢材堆放场地需求面积根据钢材进料时的数量和批次确定，以确保能够满足进料和制造的需要。钢材堆放场地面积按公式（2-2-6）计算。
F1?K1A … (2-2-6)
式中：F1—钢材堆放场面积，m2；
K1—系数，取0.2～0.5；
A—钢管全部在工地车间制造时所需要的主车间建筑面积，m2。 (4) 钢管半成品堆放场
钢管半成品堆放场一般设在主车间外侧，面积按公式（2-2-7）估算。
F2?K2A … (2-2-7)
式中：F2—半成品堆放场面积，m2；
K2—系数，一般取0.5～1.0；
A—钢管全部在工地制造所需的主车间建筑面积，m2。 (5) 电焊机房
手工电焊机房一般设在主车间一侧，靠近对圆平台处，布置时要考虑与焊接地点的距离，避免距离过长造成电缆压降过大而影响焊接质量， 电焊机房面积可按公式(2-2-8)估算：
F3?nA1?A2?A3 …（2-2-8)
式中：F3—电焊机室面积，m2；
n —焊机台数；
A1—单台电焊机占地面积；
A2—焊条烘焙箱和工具箱占地面积，取8m2～12m2；
A3—焊条临时堆放场及工作人员占地面积，取2m2～4m2。
(6) 无损检测检验室
无损检测检验室包括射线探伤室、超声波探伤室和暗室、表面探伤室及评片室等。射线探伤室可以和超声波探伤室集中布置，也可分开布置。射线探伤室必须与作业场地有一定的安全距离，同时在周围设置铅板防护墙等防护措施，防止因射线辐射影响人身健康。
(7) 焊接试验室
焊接试验室负责推广新的焊接工艺及设备、新材料焊接工艺评定试验，验证并实施，负责焊工考试和取证等工作。推荐面积为150m2～500m2。一般含有焊工理论培训室、实际操作训练室、考试室、焊接试验设备及焊缝检测室等。
(8) 防腐除锈车间
防腐除锈车间包括除锈室、涂装室、油漆贮存室和工具室、休息室等。除锈室面积按公式(2-2-9)计算。
F4?BL …（2-2-9)
式中：F4— 除锈室面积，m2；
B— 除锈室宽度，取钢管最大外径加2m；
L— 除锈室长度，取钢管最大管段长度或最大钢管外径加2m。 除锈车间高度可按公式(2-2-10)计算