雅瑪渡水電站壓力鋼管安裝過程中的鋼管變形控制

鄭杰

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

0 引言

雅瑪渡水電站壓力管線長(zhǎng)2 006.8 m。壓力引水管線采用單機(jī)單管、全壓力鋼管的布置形式，單根壓力管線長(zhǎng)2 015 m。壓力管線采用淺埋回填管，布置在開挖的溝槽內(nèi)，管頂平均回填深度2.0 m，回填料為開挖的砂礫石土。引水壓力管共3根，單根管線全長(zhǎng)2 015 m，管徑4.0 m，3根管線單根長(zhǎng)度分別為1 771 m、1 776 m、1 781 m，總長(zhǎng)5 328 m，工作壓力0.4～1.8 MPa，單機(jī)設(shè)計(jì)引用流量33.33 m3/s，相應(yīng)管內(nèi)最大流速2.65 m/s，鋼管壁厚由12 mm增大到24 mm，均采用1 6MnR鋼制作。鋼管內(nèi)外壁均采用厚漿型環(huán)氧瀝青防腐涂料進(jìn)行防腐處理。

在壓力鋼管安裝過程中，由于受溫度變化、底部支撐不穩(wěn)或是地基墊層下陷等因素影響，導(dǎo)致多次鋼管變形傾倒和軸線偏側(cè)，給安裝工作帶來了諸多問題。為此，我們仔細(xì)分析之后，用一些行之有效的辦法較好地解決了這些影響因素對(duì)安裝工作帶來的這些問題。保證了壓力鋼管的安裝精度和安裝質(zhì)量。

1 壓力鋼管變形的影響因素

1.1 溫度變化影響

雅瑪渡水電站工程區(qū)域?qū)俅箨懶詼貛夂?，表現(xiàn)為溫和濕潤(rùn)，晝夜溫差大。經(jīng)統(tǒng)計(jì)多年平均氣溫為7.4℃，極端最高氣溫為37.4℃，極端最低氣溫為－37.6℃。多年平均降水量256.6 mm，多年平均風(fēng)速2.1 m/s，最大風(fēng)速28.0 m/s。雅瑪渡工程所在的山丘地帶，高大植被較少，風(fēng)大且日照強(qiáng)烈，晝夜的溫差對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)的影響顯得特別突出，經(jīng)過實(shí)地標(biāo)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行安裝過程中的位移觀測(cè)，我們可以明顯地看到，1 d之內(nèi)壓力鋼管縱向或是軸向的都有不同程度的變形位移，最大位移處甚至可達(dá)15 cm，鋼管未掩埋前，在夏天，鋼管受太陽(yáng)直射，分早中晚的時(shí)段對(duì)鋼管的左中右部分進(jìn)行分別直射，因此，鋼管的溫度變形因照射方向的改變不斷地發(fā)生變化，即發(fā)生鋼管左拱、上拱、右拱。又因照射鋼管時(shí)的角度有偏差，每部分鋼管的受熱程度不一，即溫度變形方向與大小不統(tǒng)一，從而使鋼管在安裝過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

1.2 其他因素的影響

鋼管自重較大，在安裝過程中，普通的鋼支撐無法滿足施工要求，由于伸縮節(jié)上下游兩側(cè)均有較長(zhǎng)壓力鋼管，在安裝過程中可伸縮自由端的壓力鋼管近70 m，平均自重在135 t，這對(duì)于局部應(yīng)力較大的型鋼支持部位來說，素混凝土的抗壓能力顯然達(dá)不到要求，鋼管安裝到一定長(zhǎng)度發(fā)生塌陷、偏倒的原因:①鋼管安裝基礎(chǔ)為100 mm素混凝土，隨著鋼管安裝長(zhǎng)度的增加，重量不斷加大，100 mm素混凝土墊層的強(qiáng)度不能支撐鋼管的重量導(dǎo)致鋼支撐壓裂墊層造成鋼管塌陷、偏倒;②按照設(shè)計(jì)要求兩鎮(zhèn)墩之間的鋼管可以自由伸縮，因此鋼管墊板與鋼管之間不能連接，在澆筑墊板時(shí)需將澆筑段外鋼支撐割除，這樣使鋼管重量集中在少數(shù)幾個(gè)鋼支撐上，就造成鋼管塌陷、偏倒，從而發(fā)生軸線偏側(cè)甚至傾倒的現(xiàn)象。

2 根據(jù)工程實(shí)際采用的控制變形的措施

2.1 在壓力鋼管增設(shè)油氈防護(hù)及閉空板防護(hù)

壓力鋼管在安裝過程中由于晝夜溫差伸縮幅度較大，使得墊板混凝土與鋼管之間的摩擦加劇，對(duì)鋼管造成損傷，為此，在壓力鋼管底部增設(shè)一道油氈進(jìn)行防護(hù)，伸縮節(jié)室墻體與鋼管之間加設(shè)一層閉空板，使得鎮(zhèn)墩與伸縮節(jié)之間的壓力鋼管可以自由收縮，并在壓力鋼管支撐處增加隔斷模板，作為拆除鋼支撐的工作空間。這樣可以在一定程度上減少溫度變化對(duì)鋼管的影響。

2.2 增設(shè)馬鞍型托架控制變形

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用鋼支撐的安裝方案安裝鋼管受外界環(huán)境影響比較大，施工時(shí)為滿足設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)了很多施工、技術(shù)難題，為此，我們?cè)阡摴艿撞坎捎民R鞍形托架進(jìn)行固定(圖1)，鋼制鞍形托架采用鋼板和型鋼焊接而成，每個(gè)始裝節(jié)設(shè)置兩個(gè)鞍形托架，其余每個(gè)管節(jié)設(shè)置一個(gè)鞍形托架，托架擺放不影響新增鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)，托架與鋼管不連接，鋼管在托架弧托內(nèi)可以自由伸縮，鞍型托架的這種結(jié)構(gòu)形式不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，還很好地解決了鋼管施工中出現(xiàn)的難題。

圖1 馬鞍形托架示意圖

采用鋼制鞍型托架固定鋼管，伸縮節(jié)上下游鋼管中心得到了很好的控制，托架底板受力面積大，不會(huì)壓裂墊層，而且托架與鋼管不連接，澆筑混凝土墊板時(shí)不用去除托架可將托架澆筑在墊板內(nèi)，不但滿足了設(shè)計(jì)要求，還增加墊板的強(qiáng)度。很好地解決了鋼管在安裝過程中的塌陷、偏倒問題。鋼制鞍型托架不同于一般意義上的臨時(shí)外支撐，它作為鋼管安裝的輔助設(shè)備永久澆注在墊板內(nèi)，而且只有采用鋼制鞍型托架固定方案才能滿足設(shè)計(jì)的要求。

2.3 混凝土澆筑與鋼管安裝工作的協(xié)調(diào)配合

本工程所在地夏季溫差較大，鋼管在安裝過程中的熱脹冷縮必定產(chǎn)生位移，這也要求壓力鋼管土建的混凝土澆筑工作必須及時(shí)跟得上鋼管安裝的速度，如果底部支墩沒有澆筑，壓力鋼管本體通過長(zhǎng)時(shí)間溫度變化的考驗(yàn)，勢(shì)必會(huì)造成變形。因此，本工程混凝土支墩的澆筑工作是在4～5個(gè)單元節(jié)壓力鋼管完成之后就立即進(jìn)行立模澆筑，待氣溫變化還未對(duì)鋼管產(chǎn)生較大變形時(shí)，混凝土就已經(jīng)基本達(dá)到強(qiáng)度。這時(shí)，會(huì)在一定程度上減少溫度變化對(duì)安裝產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

本電站由于壓力鋼管很長(zhǎng)，管徑較大，在鋼管安裝過程中產(chǎn)生變形的影響因素很多，通過分析研究，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐總結(jié)出變形控制的工程措施，有效地解決了本工程遇到的問題，為類似長(zhǎng)壓力管道的安裝提供借鑒，并結(jié)合實(shí)際情況提出進(jìn)一步的改進(jìn)措施，確保工程的順利進(jìn)行。

［1］ 文世國(guó)，李宗榮，魏驚蟄，等.坪頭水電站壓力管道安裝綜述［J］.水電站設(shè)計(jì)，2012(02):17.

［2］ 李東.錦屏二級(jí)水電站豎井段壓力鋼管的安裝方法［J］.四川水力發(fā)電，2012(02):66－70.

［3］ 胡寶玉.南山一級(jí)水電站高水頭厚壁壓力鋼管安裝技術(shù)［J］.西北水電，2010(01):42－45.