瑞麗江水電站壓力鋼管綜述

高淑穎

（北京中唐電工程咨詢有限公司，北京 100040）

1 工程概述

瑞麗江一級水電站，位于緬甸北部撣邦境內緊鄰中緬邊界的瑞麗江干流上，為引水式開發(fā)工程項目，工程以發(fā)電為主。電站采用2管6機的布置方式，由2根主管分為3支，連接6臺100 MW水輪發(fā)電機引水發(fā)電。壓力鋼管由主管、主岔管、主支管、次岔管和次支管組成。壓力鋼管道主管內徑5.2 m，相應平均流速5.395皂/s，由上平段、上斜井（傾角60°）、中平段、下斜井（傾角60°）及下平段組成。主管回填悅20混凝土，厚60 cm。主管后接主岔管，由主岔管分成主支管和次支管，直徑分別為4.2皂和3皂。主支管接支岔管，支岔管接2條支管，直徑2.8皂，支管后接錐管分別進入主廠房。支管直徑在廠房上游墻側漸變?yōu)?.8 m后接球閥。使用鋼板厚度（18～100）mm，材料品種有16MnR，WDB620，結構形式和生產組織較為復雜。2條壓力鋼管道，每條1200 m，2條管道鋼管工程量共約7672 t。

2 鋼管制作與安裝

瑞麗江水電站工程根據實際情況，壓力鋼管及岔管的鋼板下料、瓦片卷制、加勁環(huán)分塊制作，在昆明進行。鋼管瓦塊通過汽車運輸到工地，工地現場設置鋼管拼裝場，承擔瓦片組圓、縱縫焊接、探傷、大段組對、環(huán)縫焊接、環(huán)縫探傷、內支撐和加勁環(huán)裝焊、去銹防腐等，并設置成品鋼管臨時堆放場地。

2.1 鋼管瓦塊制作、運輸

（1）劃線及數控放樣切割。淤下料排版圖。每個管節(jié)按2條縱縫考慮，縱縫的設定位置在符合相關技術要求下再進行排管。鋼板采用雙向（寬度、長度）定尺。鋼材劃線切割時應進行平整、調直處理。壓力鋼管的下料采用數控切割機下料切割。于標記。標記按統(tǒng)一規(guī)則進行，每節(jié)鋼管在上、下游管口分別劃出統(tǒng)一方向軸線坐標，按面朝下游分左右（左-X，右+X），用鋼印將分塊編號等標識打在下游右側或軸線附近。再用油漆寫明分節(jié)編號、板厚、規(guī)格以及上下游方向、軸線位置、坡口角度檢查線等。

（2）坡口制備。直管、彎管、岔管的直線形坡口下料后在刨邊機上進行刨邊加工，以達到焊接質量要求，在坡口50 mm范圍內應清除毛刺、氧化層、油污等。異形管弧形坡口邊由半自動切割機切割，并經手工砂輪打磨，去除氧化層，并打磨平整。坡口制備后，極限偏差應符合有關規(guī)定。出廠坡口應涂以適宜焊接的管口漆以防生銹。

（3）瓦塊壓頭、卷制。對于較厚鋼板，瓦塊卷制前進行壓頭處理。卷板壓延方向與鋼板軋制方向一致。卷板后在自由狀態(tài)下用樣板檢查弧度，樣板與瓦片的極限間隙約2.5 mm。卷板時不許錘擊，防止在鋼板上出現傷痕；卷制后的瓦片，逐塊按編號檢測。

（4）瓦片驗收。檢查的項目主要有瓦片弧度、瓦片管口不平度、瓦片長度、扭曲等。

（5）加勁環(huán)、止推環(huán)的下料。加勁環(huán)、止推環(huán)全部由數控放樣下料（每個圓分12塊或8塊）。其對接縫開X形坡口，2 mm鈍邊，內徑與鋼管外壁直徑約（2～3）mm間隙。防腐（焊接部位涂可焊性涂料）后捆扎好運往工地現場鋼管加工廠組裝。

（6）半成品（瓦片）運輸。運輸瓦片時，應將瓦片堆放在與瓦片弧度相同的弧形支架上，瓦片之間用木板隔開，并進行加固，防止運輸變形，并注意保護瓦片邊緣和坡口免受撞擊損壞。

2.2 壓力鋼管現場制作

（1）鋼管組圓。在對圓平臺上進行，現場鋼管拼裝廠設置6個對圓平臺，按排管圖中的編號配對組圓，瓦片吊裝就位后，用楔子板將瓦片對準標準線，然后利用鋼架、千斤頂、手拉葫蘆、工卡具等工具協(xié)助調整錯牙。對圓時下部吻合地樣，中部及上部用弧度樣板檢測，樣板與瓦片的間隙臆2 mm。對圓經定位焊后復查管口平面度、縱縫弧度、軸線方向和兩管口周長差、縱縫錯牙情況。

（2）縱縫焊接。鋼管對圓后就地縱縫焊接，先縱焊內縫，外縫用電弧氣刨清根，砂輪機打磨坡口直到露出金屬光澤，縱縫焊接采用全位置自動焊，以保證焊接質量。

（3）縱縫矯圓。單節(jié)鋼管縱縫焊后進行矯圓，并用弧度樣板檢查，樣板與瓦片的間隙臆2.5 mm。校圓后對單節(jié)弧度、橢圓度（兩端管口測量至少2對相互垂直直徑D，橢圓度約0.3%D）、管口不平度、周長進行復查。

（4）環(huán)縫對接、焊接。環(huán)縫對接在對接臺車上進行，采用頂桿、千斤頂、手拉葫蘆等工具進行組裝，相鄰縱縫應錯開500 mm以上。環(huán)縫對接前應對單節(jié)弧度、橢圓度、管口不平度、周長進行復查，合格后再組段。管段不直度應符合設計要求。

各大組段應按安裝坐標軸線組裝，組裝長度約6 m。檢查合格進行環(huán)縫焊接。環(huán)縫焊接在電動滾焊架上采用埋弧自動焊焊接。

（5）無損檢測。淤無損檢測在焊接完成24 h以后進行；于X射線探傷按GB 3323—1987標準評定，一類焊縫域級合格，二類焊縫芋級合格；超聲波探傷按GB 11345—89標準評定，一類焊縫B玉級合格，二類焊縫B域級合格。磁粉檢查按相關規(guī)定執(zhí)行；盂焊縫返修次數原則上只允許2次，第三次返修由質量經理及監(jiān)理工程師簽字后方可實施。

（6）加勁環(huán)、止推環(huán)的組裝。淤加勁環(huán)、止推環(huán)的對接焊縫應與鋼管縱縫錯開，因錯縫位置已排定，注意竄漿孔在管軸線+Y、-Y各有一個，加勁環(huán)、阻水環(huán)與鋼管管壁間的組合焊縫為雙面連續(xù)焊縫，加勁環(huán)、止推環(huán)與鋼管管壁間的組合焊縫為連續(xù)焊縫，待單面焊好后，在翻身焊另一面；于加勁環(huán)、止推環(huán)的內圈弧度偏差，加勁環(huán)、止推環(huán)的內圈弧度用弦長1500 mm的樣板檢查時，樣板與加勁環(huán)、阻水環(huán)的內圈表面間的間隙約2.5 mm。鋼管調圓后，才可進行加勁環(huán)組裝。

（7）工藝吊耳。為了便于組裝、運輸和安裝，在單節(jié)鋼管上的每一端距管口約400 mm處的對稱軸線位置各焊2個工藝吊耳，組裝工藝吊耳時還要綜合考慮錯開加勁環(huán)位置。加焊和拆除吊耳等附加物時，應按工藝要求采取預熱等措施，對母材焊疤打磨平整，焊接部位要保證起吊時鋼管不受損傷和產生過大的局部應力。若對后續(xù)工序無不良影響，附加物可不予拆除。

（8）補漆。對加工廠內的縱環(huán)縫、運輸過程表面涂裝損壞部位，在手動除銹后進行補漆處理。

（9）制造整體驗收。由主管技術員檢查鋼管的制造情況，主要包括管口橢圓度、管口不平度、鋼管周長及相鄰管節(jié)周長差、鋼管直線度、鋼管長度、岔管尺寸等，合格后填寫檢測記錄表，質量保證部根據報送的檢測表進行終檢，并請監(jiān)理工程師進行抽檢，提交應有的驗收資料，驗收合格后按安裝順序運往現場。

（10）岔管制造。岔管瓦片運至加工廠進行分件組裝焊接，合格后總組裝?？偨M裝合格后報請監(jiān)理工程師在現場進行檢測驗收，驗收合格后再進行焊接。

組裝時在鋼板平臺上劃出主、支管肋板的中心線，先找正固定上游主管位置，再將支管段和月牙形肋板組裝，經檢測符合設計要求后再組裝另一邊支管段，依次完成整體組裝。外形尺寸的檢查項目為：管節(jié)長度，主、支管口周長，支管中心距，主支管中心高差，主支管管口垂直度，縱縫對口錯邊量，環(huán)縫對口錯邊量等。進行岔管水壓試驗前，先預制封頭及過渡段，岔管制作時應考慮加長水壓試驗過渡段的長度。以便試驗時切除熱影響區(qū)段并加工成安裝坡口。水壓試驗使用1臺壓力泵，組裝在封頭上的壓力表和進出水閥及排氣閥。試驗壓力是設計壓力的1.25倍或按設計要求進行。

2.3 壓力鋼管安裝

（1）平洞壓力鋼管安裝。淤對平洞較長的施工段，采用鋼管組裝、焊接、探傷、防腐聯(lián)合作業(yè)臺車（簡稱聯(lián)合作業(yè)臺車）進行安裝作業(yè)。應為開展平行作業(yè)的工序創(chuàng)造施工條件和較好的工作環(huán)境，同時縮短在鋼管內部架設和拆卸施工腳手架的輔助時間，提高安裝勞動生產率。于對于安裝焊縫的接頭形式，將采用X形不對稱坡口或單面焊V形坡口進行施工，以簡化在施工環(huán)境交惡劣鋼管外側施工，有利于保證施工質量和提高勞動生產率。盂鋼管鐵道運輸臺車采用帶有4個千斤頂的頂起裝置的臺車，以節(jié)省卸車安裝時間。榆在平洞中壓力鋼管的運輸相對于斜井運輸較容易。為了減少鋼管安裝的循環(huán)次數，將盡量采用長管段安裝。因此，鋼管安裝管段的長度大多為6 m。

（2）斜井鋼管的安裝方法。本工程2條鋼管道的布置形式相似，都有2個長度一樣、傾角為60°的上斜井和下斜井。上斜井的鋼管道長度202.198 m，下斜井長度167.173 m。由于斜井傾角較大，增加了鋼管的運輸和安裝的難度。采取的施工措施：淤斜井的鋼管安裝，采用聯(lián)合作業(yè)平臺進行安裝。于在聯(lián)合作業(yè)平臺上進行鋼管壓縫組裝等。盂安裝焊縫的接頭形式，采用X形不對稱坡口或單面焊V形坡口進行施工，減少洞外的施工量，以保證施工安全、施工質量和提高勞動生產率。

（3）岔管及支管的安裝方法。本工程共有2個大岔管和2個小岔管，6條支管，2條總支管。支管工程量約為1095.064 t，岔管工程量約為253.96 t，總計工程量約為1349.024 t，且大部分是WDB620鋼材制造。其中2個總岔管由于體積龐大、重量重，需要在昆明廠內總裝后，再分成數塊運到工地現場設計安裝位置進行組裝焊接。岔管安裝包括施工準備工作寅岔管瓦塊現場運輸寅瓦塊吊裝就位寅岔管總組裝寅焊縫預熱寅焊縫焊接寅焊縫后熱寅焊縫探傷寅岔管消除焊接應力處理寅岔管整體水壓試驗寅岔管焊縫區(qū)防腐施工寅岔管外圍回填混凝土。岔管下游的支管運輸，是從5裕施工支洞進入，因此在總岔管安裝前這些支管都需運到安裝位置。

（4）定位節(jié)和湊合節(jié)的安裝方法。淤定位節(jié)安裝，通過全站儀監(jiān)測鋼管的安裝中心、里程及高程，利用千斤頂及手拉葫蘆調整鋼管安裝位置，安裝偏差需符合設計圖紙和規(guī)范要求。為確保鋼管在混凝土澆灌時不產生變形和位移，鋼管加固應牢靠，在洞壁和管壁之間用14#槽鋼分（8～16）定位節(jié)來支撐，并且每支撐點打錨桿均需固定。于湊合節(jié)安裝，根據電站總體施工方案的施工布置，每條鋼管道需要設置10個湊合節(jié)，湊合節(jié)在制造廠制成瓦塊出廠，根據現場情況確定安裝方法。

（5）拆除臨時工卡具、管壁缺陷修補。嚴禁使用錘擊法，應用碳弧氣刨或手割炬在離管壁約3 mm處切除，不得傷及母材，切除后對殘留痕跡再用砂輪磨平，并認真檢查有無微裂紋。鋼管安裝完畢，將鋼管內壁的焊疤清除干凈，局部凹坑深度不超過板厚的10%，且在約2 mm時用砂輪打磨至平滑過渡。作好各項記錄，報監(jiān)理人審批并對鋼管安裝質量進行檢查和驗收。

3 壓力鋼管焊縫的無損檢測

管節(jié)焊接完成后對一、二類焊縫均進行100%超聲波探傷，必要時以RT復檢。對組裝成大節(jié)的管節(jié)，還應增加對4個丁字接頭各做300 mm的X射線探傷拍片檢查。對于超標缺陷應按DL 5017—1993規(guī)定返修。對岔管部分，所有焊縫按一類縫施焊，并按 100%UT（Ultrasonic Test，超聲波探傷）、100%RT（Ra-diographic Test，射線檢測）、100%MT（Magnetic Test，磁粉探傷）要求探傷檢驗；明管部分的所有焊縫按一類縫施焊，并按100%UT要求探傷檢驗，必要時以RT復檢。

4 壓力鋼管排水和灌漿

（1）壓力鋼管排水系統(tǒng)。為降低外水壓力，減少鋼板厚度，工程采用鋼襯外側設置排水盲溝和縱向排水溝與排水洞相結合的排水系統(tǒng)。在鋼管上斜井段外側，分別布置了一條排水斜洞，排水斜洞上部與3#-1施工支洞相連；在鋼管中平段中間，布置了1#排水洞，并與4#施工支洞相連；在鋼管下斜井段，分別布置1條排水斜洞；在鋼管下平段中間，布置了5#排水洞。通過排水系統(tǒng)的設置，有效降低鋼管道的外水壓力。

（2）壓力鋼管灌漿。按照隧洞襯砌結構設計原則，考慮襯砌與圍巖聯(lián)合承載，為了充填混凝土襯砌與圍巖間的空隙，保證頂拱襯砌與圍巖的緊密結合，在上平段、中平段和下平段頂拱部位進行回填灌漿，范圍為洞頂120°。采用水平布置灌漿管的方式，灌漿壓力0.3 MPa。考慮到鋼管上開孔的不利影響，在壓力管道沿線未進行固結灌漿。由于鋼管與混凝土襯砌間的脫空縫隙較大，采取在鋼管底部預埋水平灌漿管，在回填灌漿完成后進行鋼管底部接觸灌漿，灌漿壓力為0.1 MPa。

5 總結

（1）岔管整體水壓試驗。為減少封頭數量，考慮1#鋼管道和2#鋼管道主、支岔管之間的管段是一起做水壓試驗的，為保證打壓安全，打壓前主、支岔管之間的管段360°澆筑混凝土。下部各有8組鞍形托架，與下部的鋼筋焊接，打壓前鞍形托架澆筑混凝土高為400 mm，以保證打壓時結構穩(wěn)定。通過嚴格控制焊接質量，岔管整體水壓試驗既節(jié)約了工期，也驗證了鋼岔管焊接接頭性能的可靠性，并消除了岔管焊接應力。

（2）自密實砼施工。針對平洞壓力鋼管底部與混凝土襯砌之間的脫空縫隙較大，采用壓力鋼管底部1.5 m范圍內采用同標號的自密實砼進行，以上部位為常態(tài)砼，通過灌漿施工檢驗，底部回填耗漿量明顯減少，起到了一定的效果。

（3）鋼管安裝進度。通過設置合理的壓力鋼管轉彎空間及吊點，除下平洞管節(jié)單重較大及部分彎段鋼管采用單節(jié)（3 m）安裝外，其余均采用雙節(jié)（6 m）安裝，鋼管的安裝進度有大幅提高，斜井壓力鋼管安裝平均為每月56 m，高峰施時每月89 m，平洞段單工作面最高時每月109 m。達到了預期效果。