浅谈管幕管节加工监理工作

浅谈管幕管节加工监理工作

吴理雄

（重庆中宇工程咨询监理有限责任公司，重庆404100）

摘要：本文结合港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程实例，详细介绍了在管幕施工过程中管节加工的监理工作，希望为从事相关工作的人员提供一些参考

关键词：管幕工程；管节加工；监理

前言

工程暗挖段采用“管幕+冻结法”施工，管幕平均长度257.927m/根。目前在国内是最长的，位于曲率半径R=885.852m～906.298m的缓和曲线和圆曲线上，φ1620mm管幕37根，其中试验管2根，0#移位管和5#原位管。每节管长4m，采用F型承插口连接，其中壁厚24mm的管幕19根，壁厚20mm的管幕17根；管节共2257根，总重量约8089.3吨，采用A3Q235BZ型钢板加工。

1管幕管节的制作技术

1.1下料

管身板材下料采用火焰切割，尺寸宽度为2.0m，长度为管身中直径计算圆周长，根据管身下料面积选择合适的定尺钢板，提高板材利用率。20mm、24mm厚板材火焰切割余量和焊接收缩余量一般为1-1.5mm，对管节加工精度影响很小，可忽略。板材需进行埋弧焊接的三边，采用小车式火焰切割机切割30°坡口，待卷制成筒后形成60°V形坡口。法兰、肋板等零部件利用数控切割机床下料切割。首先将绘制完成的CAD法兰、肋板等下料图直接转换为dwt格式图样，然后数控软件将几种零部件大样图自动排版为最合理的组合形式，并编排切割顺序。最后把编制完成文件输入设备电脑，电脑全自动控制切割路径和各零部件切割数量。火焰切割要控制好气体质量、切割速度和割嘴高度，保证切割质量。

1.2管身卷制

1.2.1板端预弯

卷制时，钢板两端须板端预弯，防止管身对接时因钢板两端未辊卷而形成直线段。先将钢板平放在卷管机的上下辊之间，钢板边缘须超过上下轴辊垂直中心线位置。然后上辊下移至管身半径处，让钢板端部一面弯曲，一面向前移动一段距离，使板端得到预弯，同理使钢板的另一端得到预弯。

（1）预弯长度应大于三辊卷管机两个下辊中心距尺寸的1/2，约300mm。在预弯长度内，预弯圆弧与检查样板间隙h=1mm，样板半径宜比管半径小0.5-1mm。

（2）预弯段应随时用样板检查预弯半径，局部凸起或凹陷的地方，可用钢板条作为衬垫来校正。

1.2.2卷制

管身卷制使用三辊卷管机采用渐进递送法，经多次往返辊压成型。

（1）在每次调整上辊下移后，卷弯时都要采用样板检查半径的大小，预防弯曲过量，直至筒节弯曲半径完全吻合为止。

（2）在卷制过程中，钢板两侧与轴辊中心线垂直，经常进行检查预防跑偏造成端面错边。

（3）管身卷制成形后，用倒链及专用工装夹具将纵缝对接平直、两端面对齐，间隙小于5mm。

（4）将卷制完成的管身点焊加固，卸下辊床后进行椭圆度检查。

1.3焊接

管身纵、环缝采用全熔透性埋弧焊焊接，焊缝采用V形坡口，坡口60毅，使用CO2气体保护焊进行打底，管身纵缝两端配置引弧板和引出板，其材质和坡口形式与管身相同。引弧板和引出板长度大于150mm，宽度不小于80mm，先焊坡口里侧，再焊外侧，焊缝引出长度需大于80mm。焊接完毕后，必须用火焰切除焊件上的引弧板、引出板，并打磨平整，严禁用锤击落。

两段管身对接的纵缝错开90毅并用倒链拉紧咱10暂，对接间隙不大于5mm曰两段管身之间的错台不大于2mm，错台大的位置采用千斤顶和钢管撑将管端撑平，并及时点焊固定。环缝引弧段打底较厚，一般要将坡口焊满，收弧段搭接长度不小于80mm。

F形接头、法兰、肋板等零部件均采用CO2气体保护焊焊接，焊接前用铁皮将焊缝两侧进行覆盖，以防止飞溅物落在母材上，焊接时合理调整焊机电流和运丝速度，保证焊缝饱满、平顺，有焊接缺陷时及时整改。

1.4椭圆度控制

纵缝埋弧焊完成后，管身进行椭圆度检查，椭圆度不满足要求的必须进行二次校圆。分加载、辊圆、卸载3个步骤，使工件在逐渐减少矫正荷载下进行多次辊卷。管身的校圆样板弧长为管身周长的1/3，样板与管内壁间隙应符合下列规定：（1）对接纵缝不得大于壁厚的10豫加2mm，且不得大于3mm；（2）管端200mm内的对接纵缝处不得大于2mm；（3）其他部位不得大于1mm。

管身卷制时板材要与卷管机对正，保证板材边线须与轴辊中心线平行，否则会出现错边现象曰预弯不得过大或过小，否则会使管身组对后接头处错边量过大，卷制过程中上辊下降位移由大变小，防止过弯。

1.5F形接头

制作F形承口先由钢板卷成外径为1620mm，宽170mm的管件，然后在钢板制水平台上采用螺旋千斤顶调整管件与承口法兰相对位置进行校圆，承口椭圆度小于4mm后使用CO2气体保护焊焊接牢固。

F形插口先按设计尺寸卷成圆筒状管件，然后同承口加工方法把管件、法兰、肋板采用CO2气体保护焊焊接拼装成插口毛坯件，最后整体上铣车床加工割槽成F形插口。

1.6管节连接

管节承插口以F形接头限位螺栓形成铰接，以接头槽内安装鹰嘴橡胶圈实现管节间止水，顶管完成后拧紧接头螺栓形成刚性连接。

管节承口与插口单边间隙只有5mm，承口端需要加工45毅坡口，才能将插口鹰嘴橡胶圈经挤压后安装进承口槽内。

管节承插口法兰之间设置木质垫块（厚度20mm，松木或其他材质的复合板均可），采用扎丝绑扎固定在管节上。垫木的作用是在曲线内外侧顶力作用下可弹性变形，使顶进过程中的承插口能较好接合。

2管幕管节加工过程监理工作

钢管制作过程中，从制作材料、工艺、焊接、外观检查、无损检测等环节对管节制作生产过程进行质量监控，主要采取巡视检查、过程抽查、管节验收等形式进行管节加工质量控制。

2.1材料

进场材料检查质量合格证明书、标识及检验报告，并检查其是否满足设计与规范要求。钢板厚度及允许偏差符合产品标准的要求。

2.2工艺

（1）管身卷制

卷制时，钢板两端应预弯，使钢板逐渐弯曲，卷制成形。在卷制过程中，应使钢板两侧与轴辊中心线垂直，经常进行检查预防跑偏，造成端面错边。将卷好的管节点焊加固后运往焊接平台施焊。

（2）校圆

钢板卷弯焊接易发生变形，导致部分管节椭圆度偏差>10mm（规范要求椭圆度偏差<10mm），为解决校圆问题改进工艺业主组织监理、施工等单位相关人员参观学习了武桥钢构加工厂管节生产工艺，武桥管节加工椭圆度偏差控制关键步骤是通过第二次滚圆校圆来进行校圆。分加载、滚圆、卸载三个步骤，使工件在逐渐减少矫正荷载下进行多次滚卷。

（3）焊接加工

焊缝金属表面必须平缓过渡，焊缝必须均匀，不得有裂纹夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷，焊接区域内飞溅物、焊渣等必须清除干净。

严禁在焊缝及焊缝区域外的母材上打火、引弧。焊接前应将焊缝及其周围的油、污、锈等清除干净，再进行施焊。

焊接方法的选择：钢管纵缝和环缝，采用埋弧自动焊接，承插口环缝采用手工焊接。

纵缝埋弧焊其两端必须配置引弧板和引出板，其材质和坡口型式（V型）应与被焊工件相同。引弧板和引出板长度，应大于或等于150mm，宽度应大于或等于80mm；焊缝引出长度应大于或等于80mm。焊接完毕后，必须用火焰切除被焊工件上的引弧、引出板和其它卡具，并沿受力方向修磨平整，严禁用锤击落。严禁在坡口外的任何地方引弧，并注意起弧、收弧的质量，收弧时应将弧坑填满，焊条起弧接头处要用砂轮打磨，形成圆滑过渡，以减少缺陷。

（4）外观检查

施工过程中要求施工单位在卷管完成后对每节管进行编号并建立生产台账，过程中自检不合格管节部位，返修时应记录在生产台账上。监理验收时对照生产台账，施工单位自检记录表进行检验。管节外观质量的检验应在无损检测之前进行。所有管节外观质量均采用标准样板、量规、塞尺、游标卡尺、卷尺等进行100%的外观检验并符合《顶管管节制作加工验收记录表》（见附表1）标准中的具体要求，如实记录结果。外观合格的标准焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和夹渣等缺陷，并不得有熔渣与飞溅物，咬边和焊缝余高应符合相关的要求。焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高不应超过4mm，余高超过4mm时，应进行打磨，打磨后应与母材圆滑过渡，且不得伤及母材。

校圆样板的弧长为管节周长的1/2圆；样板与管内壁的不贴合间隙应符合下列规定：

（1）对接纵缝不得大于壁厚的10%加2mm，且不得大于3mm。

（2）离管端200mm的对接纵缝处不得大于2mm。

（3）其他部位不得大于1mm。

2.3无损检测

管节外观质量检验合格后，施工单位委托广州港湾工程质量检测有限公司对焊缝进行探伤检测，并出具符合规范要求的检测合格报告。

3常见质量缺陷及预防措施

在检查过程中常出现部分焊缝余高偏差大，焊缝成型差，焊缝与母材过渡不圆滑，F型接头二氧化碳气体保护焊焊缝局部出现咬边、弧坑、表面气孔等质量缺陷。为预防上述质量缺陷发生，要求采取如下措施：

3.1施焊过程中要求焊丝摆动幅度一致，焊接方法和焊接电流合理。

3.2坡口角度、装配间隙、焊接角度必须符合要求，并加强实际操作，提高焊接技术水平。

3.3控制电弧长度，尽量使用短弧焊接，延长收弧时间。注意控制收弧时的焊条角度和运条方法

4结语

经过超声波探伤检测，埋弧焊焊缝质量均可达到GB50205验收标准规定的焊缝等级Ⅱ级及以上要求。F型接头焊缝采用人工二氧化碳气体保护焊焊接，局部出现咬边、弧坑、表面气孔、表面夹渣等焊接缺陷现象，经处理后接头焊缝外观质量满足规范及施工要求。首件验收合格，存在焊缝余高偏差大、咬边、弧坑、表面气孔等质量缺陷须改进施焊工艺，加强现场管理，待消除缺陷后方可按管节加工首件的工艺和首件的实体质量标准进行后续大批量的施工。

参考文献：

[1]高海东．港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道复杂曲线管幕顶管施工轨迹控制技术[J]．铁道标准设计，2014（09）

[2]刘应亮．港珠澳大桥拱北隧道曲线管幕管节现场制作技术[J]．铁道标准设计，2014（10）

[3]龙兵．隧道围岩管幕冻结组合预加固中的管幕施工技术研究[D]．广州：广东工业大学，2015：1-86