無(wú)壩式水電站尾水?dāng)U散段鋼襯施工技術(shù)

羅曉剛

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司西北事業(yè)部，昆明650000）

1 工程概況

木扎提河位于天山南坡三大河之一的渭干河干流上游段，木扎提河水電站為無(wú)壩引水式，樞紐由渠首、引水系統(tǒng)、岸邊廠房及尾水建筑物等組成。安裝4 臺(tái)（2 臺(tái)70MW、2 臺(tái)10MW）立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量160MW。尾水管擴(kuò)散段布置在主廠房下游側(cè)，上游與廠房肘管連接，其體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，共有4 條尾水管擴(kuò)散段：1#、2#機(jī)尾水管擴(kuò)散段樁號(hào)從廠下K0+002.103～K0+014.200，全長(zhǎng)12.097m，斷面形式為由圓變方的漸變。尾水?dāng)U散段末端底板高程為EL1831.292。3#、4#機(jī)尾水管擴(kuò)散段樁號(hào)從廠下K0+003.654～K0+013.875，全長(zhǎng)10.221m。

2 鋼襯的設(shè)計(jì)

尾水?dāng)U散段鋼襯設(shè)計(jì)為厚10mm 的Q235B 鋼板進(jìn)行加工，10MW 主機(jī)段尾水?dāng)U散段鋼襯按照2m/節(jié)進(jìn)行加工，加勁環(huán)間隔為1m，加勁環(huán)高度8cm。由于70MW 主機(jī)段尾水?dāng)U散段體型較大，為保證吊裝順利以及減少混凝土澆筑過(guò)程由于混凝土自重對(duì)鋼襯造成的形變，70MW 主機(jī)段尾水鋼襯中鋼襯第一節(jié)、第二節(jié)按照2m/段進(jìn)行加工，加勁環(huán)間距1m，剩余部分按照每節(jié)1.5m 進(jìn)行加工，每節(jié)設(shè)置2 道加勁環(huán)。為方便鋼襯吊裝以及安裝固定，每節(jié)鋼襯均設(shè)置吊耳，與肘管連接處，在尾水?dāng)U散段鋼襯上打坡口，以便于與肘管焊接，不得在肘管上打坡口【1】。

3 鋼襯的制造

3.1 劃線

鋼板劃線使用量具，使用前須經(jīng)校核。在加工廠內(nèi)其他各工序所使用的量具，應(yīng)與劃線使用的量具的計(jì)量精度和測(cè)限一致。劃線用一般劃線方法。劃線應(yīng)考慮卷板時(shí)變形伸長(zhǎng)、焊接收縮、焊接間隙以及加工余量幾種因素的影響，預(yù)留切割余量。鋼板劃線及標(biāo)記應(yīng)嚴(yán)格遵守SL 432—2008《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》中4.1.1～4.1.7 條的規(guī)定。鋼板劃線后應(yīng)用鋼印、油漆和沖眼標(biāo)記分別標(biāo)出鋼襯分段、分節(jié)、分塊的編號(hào)，水流方向，水平和垂直中心線，坡口角度以及切割線等符號(hào)。切割后用油漆寫明分節(jié)編號(hào)、板厚、規(guī)格以及大段編號(hào)、上下游方向、軸線位置、坡口角度檢查線等。

3.2 鋼板切割和坡口加工

鋼襯焊接坡口，按壓力鋼管施工設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范及焊接工藝規(guī)定的要求切割加工。鋼板切割和焊接坡口采用半自動(dòng)氧氣切割機(jī)切割、鋼板下料前的超聲波檢測(cè)，嚴(yán)格遵守SL 432—2008《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》中4.1.1～4.1.7條及表2 的規(guī)定。所有板材加工后的邊緣不得有裂紋、夾層和夾渣或其他缺陷。如果需要手工切割的地方一定要由專業(yè)人員進(jìn)行切割下料。鋼板上嚴(yán)禁鋸、銼及用鋼印作記號(hào)，不得在卷板外側(cè)表面打標(biāo)記、沖眼。

3.3 卷板及鋼板彎曲成型

應(yīng)用卷板機(jī)和壓力機(jī)成型，卷板前進(jìn)行生產(chǎn)性試卷，確定工藝可行性，卷板工藝參數(shù)報(bào)技術(shù)部審驗(yàn)后執(zhí)行，卷板方向應(yīng)和鋼板的壓延方向一致。

3.4 焊接作業(yè)

采用手工焊與自動(dòng)焊2 種焊接方法，安裝用全手工焊的焊接方法。 焊接工藝評(píng)定的試件，其試板鋼材和焊接材料應(yīng)與制造鋼管所用的材料相同。試焊位置應(yīng)包含現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中所有的焊接部位，并應(yīng)按施工圖紙的要求做相應(yīng)的預(yù)熱、后熱或焊后消除應(yīng)力處理。對(duì)試板焊縫全長(zhǎng)進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損探傷檢查（檢查方法與生產(chǎn)性施焊焊縫相同），并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。試板不得有缺陷，若需修整的缺陷長(zhǎng)度超過(guò)試焊長(zhǎng)度的5%，則該試件無(wú)效，須重做評(píng)定。

3.5 鋼襯內(nèi)撐加固

為保證鋼襯在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中不發(fā)生形變，在鋼襯加工完成后對(duì)鋼襯內(nèi)部設(shè)置鋼管φ100mm 支撐加固，立桿鋼管按照90cm×90cm 間距布置，步桿鋼管按照100cm 布置。

4 鋼襯的安裝

4.1 鋼襯運(yùn)輸

4.1.1 鋼襯運(yùn)輸

尾水?dāng)U散段鋼襯在金屬結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行加工制作，制作過(guò)程中的吊運(yùn)采用10t 龍門吊進(jìn)行。運(yùn)輸采用不小于20t 平板運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，吊裝采用25t 吊進(jìn)行。運(yùn)輸時(shí)，可在管節(jié)內(nèi)加設(shè)內(nèi)支撐，在埋管外部混凝土終凝前，不得拆除內(nèi)支撐，鋼襯安放在鞍形支座或加墊木梁上，以保護(hù)管節(jié)及其坡口免遭破壞。

4.1.2 鋼襯吊裝

加工完成的鋼襯經(jīng)過(guò)鋼筋加工場(chǎng)運(yùn)輸至圍堰內(nèi)側(cè)施工便道，在靠近塔機(jī)位置處卸車，再由塔機(jī)、人工配合吊轉(zhuǎn)至安裝位置。在吊裝前先用砂礫料鋪筑1 條便道至尾水反坡坡頂靠近塔吊位置，運(yùn)輸車輛應(yīng)盡量靠近塔吊，鋼襯卸車點(diǎn)提前鋪墊卸車擋檻，方便鋼襯就近卸車。由塔機(jī)中心至10MW 機(jī)組段鋼襯安裝位置最遠(yuǎn)吊距為33.7m，70MW 機(jī)組段鋼襯安裝位置最遠(yuǎn)吊距為26.8m。如果采用50t 汽車吊，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，汽車吊需完成的最遠(yuǎn)調(diào)運(yùn)距離約為31m（即70MW 機(jī)組第6 節(jié)鋼襯吊裝距離）。70MW 機(jī)組段第6 節(jié)鋼襯由于質(zhì)量較大，吊距過(guò)遠(yuǎn)，無(wú)法完成吊裝，需要依靠塔機(jī)完成吊裝【2】。

4.2 鋼襯裝配

4.2.1 搭建型鋼平臺(tái)

鋼襯安裝前，預(yù)先搭建型鋼平臺(tái)，型鋼平臺(tái)采用I25 的工字鋼、I20 的工字鋼，C14 的槽鋼、C10 的槽鋼焊接而成。型鋼平臺(tái)底腳與鄰近底板錨筋牢靠焊接，型鋼平臺(tái)中軸線與機(jī)組中心線誤差不大于3cm。型鋼平臺(tái)搭建完成后，開(kāi)始進(jìn)行尾水管鋼襯的安裝。

4.2.2 測(cè)量定位的控制

鋼襯安裝之前，首先由測(cè)量工程師進(jìn)行測(cè)量放樣，采用全站儀控制平面位置、水準(zhǔn)儀控制高程。用于測(cè)量高程、里程和安裝軸線基準(zhǔn)點(diǎn)等安裝控制點(diǎn)，均應(yīng)明顯、牢固和便于使用，并應(yīng)保留到安裝驗(yàn)收合格后才能拆除。

4.2.3 鋼襯裝配的控制

鋼襯運(yùn)輸就位后，利用汽車吊、塔機(jī)、手拉葫蘆、千斤頂及壓板器具進(jìn)行鋼襯安裝對(duì)接，用全站儀進(jìn)行控制測(cè)量及調(diào)整，鋼襯管口中心和高程的安裝尺寸。

1）鋼襯與設(shè)計(jì)軸線的平行度誤差應(yīng)不大于0.2%。鋼襯始裝節(jié)的里程偏差應(yīng)不超過(guò)±5mm。彎管起點(diǎn)的里程偏差應(yīng)不超過(guò)±10mm；始裝節(jié)兩端管口垂直偏差應(yīng)不超過(guò)±3mm。

2）安裝時(shí)，鋼管應(yīng)支撐牢固，防止變位。安裝臨時(shí)支撐應(yīng)盡量焊在加勁環(huán)或支承環(huán)上。若須焊在管壁上，則應(yīng)先在管壁上焊墊板，墊板尺寸不小于100mm×100mm×10mm（長(zhǎng)×寬×厚）。

3）在永久支撐滿足施工圖紙的要求時(shí)，才能拆除臨時(shí)支撐，支撐附件的拆除不得傷及母材。

4.2.4 鋼襯焊接的控制

1）焊前清理：所有擬焊面及坡口兩側(cè)各10～20mm 范圍內(nèi)的氧化皮、鐵銹、油污及其他雜物應(yīng)清除干凈，每一焊道焊完后也應(yīng)及時(shí)清理，檢查合格后才能繼續(xù)施焊。

2）采用手工電弧焊焊接。每條安裝環(huán)形焊縫由2 名焊工同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱焊接。在鋼襯端頭打坡口，不得在肘管端頭打坡口。

3）采用超聲波無(wú)損探傷一次合格率為99.91%；安裝焊縫按Ⅰ類焊縫，經(jīng)100%超聲波無(wú)損探傷一次合格率為99.5%，返修焊縫經(jīng)一次返修后合格；所有對(duì)接焊縫、角焊縫及組合焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行了100%檢查，焊縫外觀質(zhì)量均達(dá)到規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了無(wú)壩式水電站尾水?dāng)U散段相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了其設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方法。經(jīng)過(guò)新疆木扎提水電站工程建設(shè)的實(shí)踐，取得了良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)相關(guān)水電站的工程建設(shè)提供了有價(jià)值的參考。