伸縮節(jié)超拉及收縮的原因分析及處理方法

張雪花

(新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程簡(jiǎn)介

新疆伊犁雅瑪渡水電站位于新疆伊犁哈薩克自治州鞏留縣境內(nèi)，工程位置距伊寧市62km，距鞏留縣縣城40km。雅瑪渡水電站主要建筑物有分水閘、引水渠、排冰閘、壓力前池、溢流堰、泄水槽、壓力管線(xiàn)、電站廠房、尾水渠。引水渠長(zhǎng)6209m，尾水渠長(zhǎng)2375m，壓力管線(xiàn)長(zhǎng)2006.8m。電站裝機(jī)容量3 ×44MW，壓力引水管線(xiàn)采用單機(jī)單管，單根壓力管線(xiàn)長(zhǎng)2015m，采用全壓力鋼管的布置型式。

該標(biāo)標(biāo)段范圍為:樁號(hào)管0 + 000.00 ～管1 +794.231 范圍壓力鋼管制造、安裝，鎮(zhèn)墩和伸縮節(jié)室混凝土澆筑。

該標(biāo)段建筑物有壓力管道及鎮(zhèn)墩、伸縮節(jié)室。

壓力管線(xiàn)采用淺埋回填管，布置在開(kāi)挖的溝槽內(nèi)，管頂平均回填深度2.0m，回填料為開(kāi)挖的砂礫石土。引水壓力管共3 根，單根管線(xiàn)長(zhǎng)2015m。

壓力鋼管單管管徑4.0m，該標(biāo)段3 根管線(xiàn)單根長(zhǎng)度分別為1771m、1776m、1781m，總長(zhǎng)5328m，工作壓力0.4 ～1.8MPa。，單機(jī)設(shè)計(jì)引用流量33.33m3/s，相應(yīng)管內(nèi)最大流速2.65m/s，鋼管壁厚由12mm 增大到24mm，均采用16MnR 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。

2 伸縮節(jié)模擬管的使用

由于伸縮節(jié)未按時(shí)到貨，伸縮節(jié)到場(chǎng)時(shí)壓力鋼管已安裝一年，考慮到安裝進(jìn)度要求，在伸縮節(jié)沒(méi)到場(chǎng)之前，一部分伸縮節(jié)部位以模擬管代替，伸縮節(jié)到場(chǎng)后采取插裝方案。在后續(xù)的壓力鋼管安裝過(guò)程中，伸縮節(jié)采取順裝的方法。

1 ～8 號(hào)共24 套伸縮節(jié)采用了模擬管代替伸縮節(jié)進(jìn)行安裝(見(jiàn)圖1)。

圖1 伸縮節(jié)模擬管示意圖

3 伸縮節(jié)安裝時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題

伸縮節(jié)到場(chǎng)后采取插裝方法。在后續(xù)的壓力鋼管安裝過(guò)程中，采取順裝的方法。鋼管安裝均控制鋼管高程、中心、里程，但在伸縮節(jié)安裝時(shí)發(fā)生上下游鋼管中心錯(cuò)位、不同心，伸縮節(jié)超拉等現(xiàn)象。伸縮節(jié)作為連接上下游的鋼管，其設(shè)計(jì)理念應(yīng)以伸縮節(jié)的伸縮量作為壓力鋼管因溫度、外界壓力等因素而伸縮的補(bǔ)給量，應(yīng)充分考慮壓力鋼管在高溫下的安裝伸縮量。

但在伸縮節(jié)安裝后出現(xiàn)了不同程度的拉伸變形，其變形量參見(jiàn)2011 年4 月2 日測(cè)量值(見(jiàn)下表)。由于變形為產(chǎn)品正式投入運(yùn)行前發(fā)生的變形(產(chǎn)品上的波紋管固定部件被損壞)，因此產(chǎn)品必須進(jìn)行復(fù)位或者更換。

伸縮節(jié)安裝拉伸變形情況表

10 號(hào) 上游側(cè) 880 838 865 840______________下游側(cè) 860 875 840 865___11 號(hào) 上游側(cè) 840 850 840 870_______________下游側(cè) 882 885 885 870___12 號(hào) 上游側(cè) 810 845 800 815______________下游側(cè) 840 810 840 820 B 管___________________________9 號(hào) 上游側(cè) 875 893 830 835______________下游側(cè) 830 830 885 880___10 號(hào)上游側(cè) 845 860 845 860______________下游側(cè) 870 860 855 850___11 號(hào) 上游側(cè) 920 880 862 818______________下游側(cè) 830 870 860 933___12 號(hào) 上游側(cè) 815 805 800 810_______________下游側(cè) 845 860 860 860___C 管____________________________9 號(hào) 上游側(cè) 820 855 855 910______________下游側(cè) 885 865 855 830 10 號(hào) 上游側(cè) 810 820 810 820______________下游側(cè) 890 900 895 915 11 號(hào)865______________下游側(cè) 850 870 885上游側(cè) 870 880 855 900 12 號(hào) 上游側(cè) 800 795 805 800_______________下游側(cè) 825 835 830 835___

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，A、B、C 管的1 ～8 號(hào)伸縮節(jié)拉伸程度相對(duì)較小，經(jīng)判斷可以通過(guò)恢復(fù)伸縮節(jié)至原始狀態(tài)而繼續(xù)使用，而9 ～12 號(hào)伸縮節(jié)拉伸量相對(duì)較大，須分別判斷。

經(jīng)詳細(xì)計(jì)算，1 ～12 號(hào)拉伸節(jié)，每段波紋管在沒(méi)有內(nèi)壓荷載的情況下，其極限拉伸量為100mm，由于波紋管固定部件損壞情況不一致，導(dǎo)致每件產(chǎn)品的2段波紋管拉伸量不一致，因此需對(duì)每段波紋管進(jìn)行單獨(dú)分析。凡拉伸超過(guò)100mm 的波紋管便已損壞，不能繼續(xù)使用，沒(méi)超過(guò)100mm 的波紋管可以恢復(fù)原始狀態(tài)后繼續(xù)使用。由于1 ～8 拉伸量均未超過(guò)100mm，因此可以恢復(fù)使用，而9 ～12 號(hào)拉伸量較大，因此我們對(duì)9 ～12 號(hào)伸縮節(jié)重新進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明:B管的11 號(hào)，C 管的9 ～11 號(hào)波紋管均出現(xiàn)了大于100mm 的拉伸量，因此須更換。

4 月25 日，項(xiàng)目部、廠家、監(jiān)理單位及業(yè)主在對(duì)4 月2 日測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定對(duì)單邊長(zhǎng)度超過(guò)850mm 的伸縮節(jié)進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與4月2 日結(jié)果基本吻合。

經(jīng)過(guò)多次討論后，一致認(rèn)為:

(1)對(duì)拉伸量大于900mm 且具有最大拉伸量的伸縮節(jié)進(jìn)行外護(hù)套的解體，檢查外觀變形情況并對(duì)波紋管進(jìn)行無(wú)損檢測(cè);根據(jù)解體的情況，確定波紋管是否更換。

(2)根據(jù)工程設(shè)計(jì)單位和產(chǎn)品廠家的意見(jiàn)，對(duì)所有的伸縮節(jié)進(jìn)行尺寸恢復(fù)。

4 伸縮節(jié)恢復(fù)的方案

4.1 1 ～8 號(hào)伸縮節(jié)處理方案

1 ～8 號(hào)伸縮節(jié)是在鋼管回填后進(jìn)行安裝的，通過(guò)對(duì)其實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，伸縮節(jié)發(fā)生了不均勻的拉伸或壓縮，采用割開(kāi)一端焊縫調(diào)整波紋管的方法進(jìn)行修復(fù)，如圖2 所示。其修復(fù)程序如下:

(1)將伸縮節(jié)與伸縮節(jié)室內(nèi)墻距離較大的一端環(huán)縫割開(kāi)，切割前將伸縮節(jié)切割端用千斤頂頂住，防止焊縫切開(kāi)后伸縮節(jié)下降。

(2)調(diào)整波紋管使其長(zhǎng)度恢復(fù)至出廠值1600mm，安裝時(shí)預(yù)壓至1590mm，用U 形板固定。

(3)修割管口，補(bǔ)充長(zhǎng)度不小于150mm 接管將伸縮節(jié)與壓力鋼管連接。

(4)焊接接管焊縫。焊接方法和要求如下:

1)先焊接接管與伸縮縫的焊縫，然后將伸縮節(jié)固定波紋管的U 形板去除，使伸縮節(jié)恢復(fù)伸縮性能后再焊接接管與壓力鋼管的焊縫。

圖2 伸縮節(jié)修復(fù)示意圖

2)伸縮節(jié)恢復(fù)時(shí)的焊縫均按一類(lèi)焊縫要求進(jìn)行焊接及探傷檢查，探傷具體要求為:100% UT、10%PT，必要時(shí)可加拍X 光片。

4.2 8 ～12 號(hào)伸縮節(jié)修復(fù)方案

8 ～12 號(hào)伸縮節(jié)為順裝伸縮節(jié)，通過(guò)對(duì)其實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，伸縮節(jié)發(fā)生了不同程度的拉伸，需調(diào)整伸縮節(jié)的拉伸長(zhǎng)度保證每個(gè)波紋管的長(zhǎng)度均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，拉伸長(zhǎng)度過(guò)大的需要更換波紋管，其余不需要更換波紋管伸縮節(jié)的修復(fù)程序同上，需要更換波紋管的伸縮節(jié)首先將伸縮節(jié)兩端環(huán)焊縫割開(kāi)吊出，伸縮節(jié)室交由伸縮節(jié)制造廠家更換波紋管，波紋管更換后再重新進(jìn)行安裝，其安裝程序如下:

(1)將伸縮節(jié)一端與鋼管連接。

(2)修割另外一端鋼管管口，補(bǔ)充寬度不小于150mm 接管將伸縮節(jié)與鋼管連接。

(3)焊接接管焊縫。焊接方法和要求如下:

1)先焊接接管與伸縮節(jié)的焊縫，然后將伸縮節(jié)固定波紋管的U 形板去除，使伸縮節(jié)恢復(fù)伸縮性能后再焊接接管與壓力鋼管的焊縫。

2)伸縮節(jié)恢復(fù)時(shí)的焊縫均按一類(lèi)焊縫要求進(jìn)行焊接及探傷檢查，探傷具體要求為:100% UT、10%PT，必要時(shí)可加拍X 光片。

4.3 人員配置、工期計(jì)劃

設(shè)置2 個(gè)施工班組，每個(gè)班組配置組隊(duì)人員6人、焊工4 人，同時(shí)展開(kāi)兩個(gè)工作面進(jìn)行施工，每個(gè)班組完成一個(gè)伸縮節(jié)修復(fù)需7 天。

5 伸縮節(jié)出現(xiàn)二次施工的原因

伸縮節(jié)安裝時(shí)晝夜溫差較大，使得插裝部分的伸縮節(jié)上下游管口中心錯(cuò)位較大;順裝部分的伸縮節(jié)限位板在溫度作用下斷裂，造成伸縮節(jié)伸縮長(zhǎng)度接近其設(shè)計(jì)伸縮值。此外，壓力鋼管安裝是在1∶4.726 的斜坡上進(jìn)行的，由于自身重力原因與溫度原因，鋼管自然下滑，造成伸縮節(jié)伸縮量過(guò)大。

伸縮節(jié)上下游鋼管中心錯(cuò)位嚴(yán)重、不同心以及超拉的原因如下:

(1)鋼管未掩埋前，正是盛夏，鋼管受太陽(yáng)直射，早中晚分別直射對(duì)鋼管的左中右部分，因此，鋼管的溫度變形因照射方向的改變不斷發(fā)生變化，即左拱、上拱、右拱。又因照射鋼管時(shí)的角度偏差，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，因此在最薄弱模擬管位置，工字鋼長(zhǎng)時(shí)間受這種力的作用發(fā)生扭曲，變形，甚至斷裂。同時(shí)，扭曲變形導(dǎo)致伸縮節(jié)前后鋼管的中心及高程發(fā)生較大的位移，上下游管口發(fā)生錯(cuò)口，對(duì)伸縮節(jié)的安裝造成了很大困難。鋼管由于壁厚較薄，管徑又相對(duì)較大，在自重作用以及回填土的重力影響下，鋼管發(fā)生變形，使得圓度發(fā)生變化。

(2)鋼管自重是與溫度同時(shí)對(duì)伸縮節(jié)產(chǎn)生影響的，由于伸縮節(jié)上下游兩側(cè)均有較大的鋼管，伸縮節(jié)安裝完成后，其上游側(cè)的壓力鋼管可伸縮部分近70m，平均重量在135t 左右，在溫度升高時(shí)，鋼管發(fā)生膨脹，受此作用力伸縮節(jié)會(huì)向下游移動(dòng)，而溫度降低時(shí)，鋼管發(fā)生收縮，伸縮節(jié)受此作用力會(huì)向上游移動(dòng)。隨著伸縮節(jié)下游側(cè)鋼管的安裝，下游鋼管重量及長(zhǎng)度不斷增加，由于坡比為1∶4.726，因此下游側(cè)隨著鋼管的安裝會(huì)越來(lái)越重，伸縮節(jié)受下游側(cè)鋼管的作用力也越來(lái)越大，下游的作用力會(huì)逐漸大于上游的作用力，又因伸縮節(jié)是整段鋼管最薄弱的部位，受鋼管伸縮作用力會(huì)擠壓或拉伸伸縮節(jié)，在伸縮變形過(guò)程中下游側(cè)鋼管隨溫度升高發(fā)生膨脹，但受鋼管自重下滑力以及摩擦力的影響，在溫度降低時(shí)鋼管受冷收縮值是小于膨脹值的。因此，較長(zhǎng)時(shí)間后，伸縮節(jié)波紋管的運(yùn)輸固定組件被拉開(kāi)，伸縮節(jié)發(fā)生伸縮活動(dòng)，部分位置會(huì)超出其設(shè)計(jì)伸縮值。

綜上所述，伸縮節(jié)二次安裝主要是自然環(huán)境影響造成。經(jīng)過(guò)伸縮節(jié)廠家測(cè)量后認(rèn)為部分伸縮節(jié)經(jīng)復(fù)位調(diào)整后可繼續(xù)使用。