兩河口電站尾水肘管安裝施工技術(shù)

陳忠敏，施秉亮

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

1 引言

兩河口水電站為一等大（1）型水電工程，位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上。

兩河口水電站為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫(kù)，是雅礱江干流中游規(guī)劃建設(shè)的7座梯級(jí)電站中裝機(jī)規(guī)模最大的水電站，也是目前我國(guó)藏區(qū)開(kāi)工建設(shè)綜合規(guī)模最大的水電站工程。電站裝機(jī)容量300萬(wàn)kW，多年平均年發(fā)電量為110.0億kW·h。發(fā)電廠房為地下式，廠內(nèi)安裝6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)，在水輪機(jī)流道末端布置有彎肘形尾水肘管，水流由圓口導(dǎo)入，長(zhǎng)口導(dǎo)出[1]，最低底板高程2 570.7 m。

尾水肘管進(jìn)水口斷面為半徑3.254 m的圓形，出水口斷面為高4.8 m、寬11.132 m的扁圓形。高度（從肘管進(jìn)水口端平面至底部最低點(diǎn)）為9.766 mm，長(zhǎng)度（機(jī)組中心線至肘管出水口斷面）9 m。肘管由11個(gè)管節(jié)組成，里襯材料Q235B，厚度25 mm。肘管單臺(tái)套重量87.1 t，6臺(tái)套總重量共計(jì)522.6 t。示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 尾水肘管示意圖

2 工藝流程

肘管由機(jī)組廠家制作成瓦片交貨至工地現(xiàn)場(chǎng)，安裝工藝流程如圖2所示。

圖2 尾水肘管安裝工藝流程

3 肘管瓦片拼裝組焊

3.1 肘管單節(jié)裝焊

在工地金屬結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行拼裝，拼裝后焊接縱縫。為了滿足運(yùn)輸及安裝現(xiàn)場(chǎng)起吊條件要求[2]，焊接內(nèi)支撐對(duì)肘管進(jìn)行加固，保證肘管在2期混凝土澆筑時(shí)不發(fā)生變形。

3.2 相鄰兩節(jié)摞裝

對(duì)相鄰管節(jié)進(jìn)行兩兩預(yù)拼裝，在拼裝和檢驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制肘管2節(jié)拼裝后的傾斜值、環(huán)縫錯(cuò)牙等項(xiàng)檢測(cè)尺寸，2節(jié)摞裝完成后，尾水肘管在兩兩預(yù)裝狀態(tài)下進(jìn)行出廠驗(yàn)收[3]。

4 肘管運(yùn)輸

用40 t平板拖車運(yùn)輸，采用6個(gè)5 t鏈子葫蘆進(jìn)行加固，因肘管管節(jié)外形尺寸較大，須自制一個(gè)長(zhǎng)形鋼架擺放在拖車尾部，以方便肘管管節(jié)的加固和安全運(yùn)輸，肘管管節(jié)的運(yùn)輸和加固方式如圖3所示。

圖3 尾水肘管運(yùn)輸加固示意圖

5 肘管安裝施工準(zhǔn)備

肘管安裝前，必須完成以下工作：

（1）肘管墊板、拉錨、混凝土墩等施工完畢并經(jīng)驗(yàn)收合格。

（2）廠房施工橋機(jī)已具備全行程運(yùn)行條件。

（3）根據(jù)地基圖、肘管裝配圖以及做好的控制網(wǎng)點(diǎn)放出第11節(jié)出口位置的樁號(hào)及尾水肘管中心線，再根據(jù)控制網(wǎng)點(diǎn)在2 570.7 m高程平臺(tái)位置的基礎(chǔ)墊板上，測(cè)量出安裝調(diào)整用的高程控制點(diǎn)。

（4）在機(jī)坑上游側(cè)布置施工電源和施工設(shè)備。

6 肘管大段組焊與吊裝

6.1 組段

在安裝間將相鄰2個(gè)管節(jié)摞裝，底部管口用水準(zhǔn)儀調(diào)平，組焊成1個(gè)大段，環(huán)縫無(wú)損檢測(cè)合格后，整體吊入基坑安裝就位。

6.2 整體吊裝

吊裝單元最重節(jié)為11節(jié)與10節(jié)組成的大段，約重18 t，在肘管上適當(dāng)位置焊接4個(gè)吊耳，利用主廠房橋機(jī)主副鉤配合將肘管進(jìn)行翻身。

肘管翻身完成后，將肘管起落2次，每次起吊高度不能超過(guò)500 mm，檢查橋機(jī)主鉤的制動(dòng)情況，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。一切正常后，進(jìn)行肘管的正式吊裝。

7 肘管安裝

7.1 定位節(jié)肘管安裝

尾水肘管的安裝，采用逆水流方向逐節(jié)順序安裝[4]，定位節(jié)為最下游肘管大段，肘管尾端廠橫坐標(biāo)為0+9 m。根據(jù)土建開(kāi)挖的斷面尺寸，6號(hào)機(jī)尾水肘管上方開(kāi)挖至廠橫0+20 m，可利用80 t施工橋機(jī)一次性將定位段吊裝就位；1號(hào)～5號(hào)機(jī)尾水肘管上方開(kāi)挖至廠橫0+6 m，不能利用80 t施工橋機(jī)一次性吊裝就位，需在肘管安裝位置底部鋪設(shè)軌道，利用自制的鐵靴加卷?yè)P(yáng)機(jī)將肘管牽引到安裝位置，如圖4所示，就位后采用支墩、拉環(huán)、拉緊器等進(jìn)行永久加固。

圖4 肘管定位節(jié)吊裝示意圖

定位節(jié)安裝前，根據(jù)肘管地基圖、肘管裝配圖以及做好的測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)放出出口斷面和進(jìn)口斷面的里程、樁號(hào)和尾水中心線。

定位節(jié)肘管吊裝就位后，進(jìn)行安裝位置調(diào)整，將肘管正底部的-Y線基本對(duì)準(zhǔn)事先測(cè)放好的尾水中心線，利用底部墊板上的楔子進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整出口斷面的垂直度、中心高程、里程等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)測(cè)量進(jìn)口斷面的尺寸情況，用全站儀檢測(cè)肘管的各個(gè)空間尺寸、尾水中心和高程。

定位節(jié)安裝尺寸控制允許偏差：肘管定位節(jié)的XY線與機(jī)組的XY線偏差不大于8 mm，其進(jìn)出口中心偏差不大于8 mm，進(jìn)出口中心高程偏差不超過(guò)0～15 mm，出口管口傾斜值不大于5 mm。

定位節(jié)的安裝至關(guān)重要，對(duì)后續(xù)各節(jié)的安裝定位具有重要意義，安裝時(shí)必須充分利用混凝土支墩、拉環(huán)、拉緊器、千斤頂、鏈子葫蘆等調(diào)整好出口斷面的高程中心及水平。同時(shí)，以定位節(jié)進(jìn)口高程為基準(zhǔn)，考慮環(huán)縫全部焊接后的收縮量及混凝土澆筑后的上浮量等因素，在安裝時(shí)應(yīng)精調(diào)定位節(jié)的各個(gè)參數(shù)，定位節(jié)肘管加固示意圖如圖5所示。

圖5 定位節(jié)示意圖

7.2 其他肘管管節(jié)安裝

采用同樣的施工方法依次安裝第9節(jié)至第1節(jié)的各個(gè)肘管管節(jié)，每安裝一段均用全站儀測(cè)量和控制各項(xiàng)尺寸。環(huán)縫對(duì)接時(shí)，對(duì)焊接收縮量進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

肘管第1節(jié)上管口為水平管口，其中心與機(jī)組中心重合，該節(jié)將作為錐管安裝的中心、高程、水平的控制基準(zhǔn)節(jié)，安裝時(shí)考慮焊接收縮量及設(shè)計(jì)要求的錐管安裝切割量和混凝土的上浮量。

尾水肘管組焊成整體后加固示意圖如圖6所示。

7.3 肘管焊接與無(wú)損檢測(cè)

（1）焊接工藝

肘管焊接，既要保證焊縫焊接質(zhì)量，又要控制焊接變形量在允許范圍內(nèi)。環(huán)縫的焊接采用同一控制線能量和焊道寬度、多層多道焊接的方法，并在焊接過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視焊接變形。

圖6 肘管加固示意圖

肘管安裝環(huán)縫焊接采用氣體保護(hù)焊焊接，也可采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接。

按設(shè)計(jì)圖紙，環(huán)縫坡口為單邊內(nèi)V25°、鈍邊2 mm型式。焊接時(shí)先進(jìn)行內(nèi)壁焊縫的焊接，內(nèi)壁焊接后用碳弧氣刨在外壁清根并打磨干凈，直至露出金屬光澤后進(jìn)行外壁焊縫的焊接，焊接時(shí)，嚴(yán)禁在母材上引弧和熄弧，定位焊的引弧和熄弧在坡口內(nèi)進(jìn)行，各層的焊接接頭錯(cuò)開(kāi)30～50 mm。焊接完成后對(duì)焊縫表面進(jìn)行全面檢查，合格后清除焊瘤、飛濺，將過(guò)流面焊縫打磨光滑。

根據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定報(bào)告制定焊接工藝指導(dǎo)書，CO2氣體保護(hù)焊及焊條電弧焊焊接主要參數(shù)見(jiàn)表1及表2。

表1 CO2氣體保護(hù)焊焊接主要工藝參數(shù)

表2 焊條電弧焊焊接主要工藝參數(shù)

（2）焊接變形控制措施

肘管環(huán)縫焊接時(shí)，采取以下措施控制焊接變形：

1）肘管內(nèi)外支撐須加固牢靠，杜絕虛焊與漏焊等情況。相鄰管口錯(cuò)邊處采用壓碼、斜楔等調(diào)整；環(huán)縫間隙采用把合塊與連接螺栓調(diào)整，待定位焊加固完成后才能拆除。

2）相鄰管節(jié)環(huán)縫組拼時(shí)，嚴(yán)格控制節(jié)間間隙，大于4 mm以上的局部間隙應(yīng)先進(jìn)行單邊補(bǔ)焊處理后再進(jìn)行整條環(huán)縫整體焊接。

3）正式焊接前，對(duì)環(huán)縫進(jìn)行定位焊加固，定位焊長(zhǎng)度50～80 mm，間距400 mm，焊縫厚度8 mm。

4）采用多層多道的焊接方法，每層焊縫厚度＜6 mm，每層焊道寬度＜10 mm；焊接參數(shù)嚴(yán)格按焊接工藝指導(dǎo)書執(zhí)行，控制焊接最大線能量及層間溫度。

5）在滿足進(jìn)度的情況下，盡量減少同時(shí)施焊人員的數(shù)量，采用同一線能量對(duì)稱、分段、退步、同時(shí)焊接。

（3）焊接缺欠處理

在目視檢查（VT）及無(wú)損檢測(cè)（NDT）時(shí)發(fā)現(xiàn)的所有不允許的焊縫缺欠，均應(yīng)清除、補(bǔ)焊、返修和重新檢驗(yàn)。

1）焊縫表面外觀缺欠

焊縫表面存在的外觀缺欠（如飛濺、焊瘤等），直接采用砂輪去除焊接缺欠。

2）一般的焊接缺欠

一般的焊接缺欠，如焊腳尺寸不足、咬邊深度超標(biāo)、凹陷等，直接采用焊接方法進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后的焊縫打磨至與原焊縫圓滑過(guò)渡并大體一致。

3）嚴(yán)重的焊接缺欠

對(duì)于影響焊接內(nèi)部質(zhì)量的缺欠，如密集氣孔、表面裂紋等，則需要采用砂輪或碳弧氣刨清除缺欠后方能進(jìn)行焊接修補(bǔ)。

返修人員須根據(jù)探傷人員的記錄或現(xiàn)場(chǎng)焊縫缺欠標(biāo)記將缺欠清除干凈，刨槽長(zhǎng)度根據(jù)標(biāo)定缺欠的長(zhǎng)度尺寸，至少向缺欠二端各延長(zhǎng)20 mm，焊縫缺欠清除后，必須將坡口內(nèi)的鐵屑、熔渣及灰塵等清除干凈才允許補(bǔ)焊。

焊接時(shí)，嚴(yán)格控制焊接規(guī)范及層間溫度，防止焊道過(guò)熱以致造成返修部位焊縫機(jī)械性能下降。盡量采用小規(guī)范的多層多道焊接。

返修后的焊縫，按原工藝進(jìn)行目視檢查（VT）及無(wú)損檢測(cè)（NDT）。

（4）無(wú)損檢測(cè)

所有環(huán)縫須清根焊透，肘管里襯環(huán)縫按三級(jí)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，做著色（PT）檢測(cè)，按ASME-Ⅷ卷第一分冊(cè)附錄8相關(guān)要求執(zhí)行。

7.4 混凝土澆筑監(jiān)視、灌漿孔封堵及防腐

（1）肘管安裝質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)收合格后，移交土建進(jìn)行肘管混凝土澆筑，澆筑過(guò)程中采用千分表隨時(shí)監(jiān)測(cè)肘管的變形。

（2）混凝土澆筑完成且灌漿后，按設(shè)計(jì)要求封堵和焊接灌漿孔，割除內(nèi)支撐，內(nèi)支撐割除時(shí)，盡量避免損傷母材，切除后管壁上的殘留痕跡和焊疤應(yīng)磨平，并檢查確認(rèn)無(wú)裂紋。

（3）對(duì)肘管進(jìn)行防腐補(bǔ)漆處理。

8 施工難點(diǎn)及解決方法

兩河口電站水輪機(jī)尾水肘管安裝施工中存在以下難點(diǎn)：

（1）肘管外形尺寸大，最大外形尺寸11.931 mm×5.6 mm×1.527 m，運(yùn)輸、吊裝及就位難度大。

（2）肘管體型復(fù)雜，其形體為90°轉(zhuǎn)角漸變的彎肘形，截面為復(fù)雜曲面體，空間角度不易掌握，安裝難度大。

針對(duì)以上問(wèn)題，采取以下解決方法：

（1）肘管運(yùn)輸前，按肘管最大管節(jié)體型制作模型，并全程模擬肘管運(yùn)輸，對(duì)于不滿足要求的道路提前做好障礙清除、規(guī)劃平整等工作。肘管定位節(jié)為下游側(cè)的最末管節(jié)，肘管吊裝設(shè)備采用廠房施工橋機(jī)，根據(jù)土建具體開(kāi)挖情況制定安裝方案，即6號(hào)機(jī)一次吊裝就位，5號(hào)～1號(hào)機(jī)利用自制的鐵靴工裝加卷?yè)P(yáng)機(jī)將肘管牽引到安裝位置就位。

（2）尾水肘管安裝過(guò)程中，通過(guò)三維模型及科學(xué)的理論計(jì)算，將抽象的空間角度控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的距離控制數(shù)據(jù)；根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，使用全站儀建立一條肘管出口及進(jìn)口斷面的控制線，與其他控制線一起構(gòu)成一個(gè)特殊的測(cè)量控制網(wǎng)。

9 結(jié)語(yǔ)

兩河口電站工程規(guī)模大，地域條件復(fù)雜，工程建設(shè)具有極大的挑戰(zhàn)性和技術(shù)復(fù)雜性，是西部水電開(kāi)發(fā)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性工程。尾水肘管是電站水輪機(jī)的重要埋設(shè)部件，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜特殊，是該工程建設(shè)的關(guān)注重點(diǎn)之一，施工項(xiàng)目部秉承“創(chuàng)新進(jìn)取追求卓越”的理念，結(jié)合工程特點(diǎn)，優(yōu)化施工方案，著重解決施工難點(diǎn)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，高效優(yōu)質(zhì)完成電站“高水平達(dá)標(biāo)投產(chǎn)”總體目標(biāo)。