塔貝拉水電站四期超大型岔管群制作安裝質量管理

劉 镠，岳 廷 文，萬 天 明

(中國水利水電第七工程局有限公司 機電安裝分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

塔貝拉水電站位于巴基斯坦境內的印度河干流上，其四期擴建工程是將現有的4號灌溉隧洞改為引水發電洞，擴容1 410 MW(3×470 MW混流式水輪機)，使現有電站裝機由3 478 MW增加到4 888 MW。

壓力鋼管布置在廠房上游側，設計為明管，由一條直徑為13 m的主管經4個岔管(C、D岔為“卜”形無梁結構，F、G岔為“Y”形月牙肋結構)分岔為3條直徑為7.5 m的發電支管和2條直徑為8 m的泄洪支管。岔管材質均為07MnMoVR，壁厚56～150 mm，月牙肋板厚150 mm，岔管群總重量為2 302 t，岔管群總長度為87 m。

2 岔管群具有的特點及水壓試驗難點

塔貝拉水電站不僅具有世界上最大的岔管群，并且業主要求岔管群還要進行水壓試驗，水壓試驗強度為2.4 MPa，這在國內外現有的工程中尚屬首次，從而為該岔管群的制作安裝質量提出了更加嚴苛的要求。

2.1 岔管群具有的特點

(1) 岔管數量多：一般水電站的壓力鋼管岔管群由1～2個岔管組成，而塔貝拉水電站壓力鋼管岔管群由4個岔管組成。

(2) 岔管體型大、長度長、管徑變化大、型式多樣：一般水電站的壓力鋼管岔管群體型比較小、長度比較短、上下游管徑變化不大。而塔貝拉水電站壓力鋼管岔管群總長87 m，上游主管直徑為13 m，下游支管直徑為8 m和7.5 m，同時具有體型大、長度長、上下游管徑變化大的特點。

(3)出水支管功能多：塔貝拉水電站壓力鋼管岔管分支比較多，支管兼有2趟直徑為8 m的泄洪管，3趟直徑為7.5 m的發電管。

(4)流速快：塔貝拉水電站設計的上游主管流速為11 m/s，下游發電支管流速為10 m/s，泄水支管流速為26 m/s。

(5)岔管間距小：在該水電站引水系統鋼管制作安裝工程中，將在82 m的范圍內連續布置4個岔管。

2.2 水壓試驗具有的難點

(1)水壓試驗悶頭比較多且制作難度大，共需制作6個悶頭。

(2) 整體水壓試驗所需注水的體積大。因岔管群體積比較大，注水體積約重15 000 t，岔管群重2 302 t，設計悶頭重近350 t，加上中間連接部分的直管段和月牙肋板的重量，總噸位約17 300 t。

(3) 整體水壓試驗過程監測難度大。因此次水壓試驗是由4個體積較大的岔管聯合做水壓試驗，從而給此次水壓試驗過程監測提出了更高的要求。

(4)由于是多個岔管聯合，導致悶頭焊接困難，因此，必須設置好進人孔和焊接封閉的順序。

(5)由于上游管節直徑為13 m，考慮到悶頭制作和安裝的可行性，中間加掛了一個錐頂角為60°的過渡錐，將直徑由13 m變為8 m。

3 針對岔管群制作安裝質量實施的專項管理

為了使該工程岔管群制作安裝質量得到保證，項目部成立了岔管群質量專項管理小組，主要對壓力鋼管原材料進廠檢驗→切割下料→焊接坡口加工→單節卷制成形→檢查及矯正→調圓、安裝支撐→廠內整體預組裝→定位標記→防腐→解體運輸至安裝位置→安裝焊縫焊接→水壓試驗→鏈接完畢全過程進行質量專項管理。專項管理小組每周召開周例會，及時協調解決在岔管群制作安裝過程中出現的問題，并對下周工作進行規劃，從而使岔管群制作安裝質量得到了有效的控制。

3.1 母材質量專項管理

該工程壓力鋼管母材均采用北京首鋼生產的高強度鋼板，該公司生產的鋼板已在國內多個水電工程使用過，其各項參數及性能指標均滿足要求，故母材的供貨質量和到貨時間均有保障。

當岔管母材運抵現場，質量專項管理小組要求施工單位對到貨管節的外觀和尺寸進行檢查，并采用抽檢的方法對一定數量的管節進行超聲波探傷，均沒有發現任何缺陷；然后再抽取一定數量的板材進行力學性能及化學成分檢測，其檢測結果表明各項性能及參數均滿足設計要求。

3.2 制作質量專項管理

鑒于該工程所在國的特殊性并使岔管群安裝質量得到保證，岔管管節在國內完成下料與卷制。

岔管管節采用數控下料，下料時將工件的CAD圖形通過軟件輸入全自動數控切割機，全自動數控切割機精確地按照工藝圖紙尺寸1∶1的進行切割，要求切割精度高、誤差小，板件的對角線誤差能達到3 mm以內，從而消除了傳統施工(人工劃線)人為因素的影響。

制定了鋼板卷制方案和加工過程中的注意事項用于指導岔管管節的卷制加工。國內制作廠家嚴格按照制定的方案和注意事項對岔管管節進行卷制，保證了岔管管節的制作質量。

3.3 安裝質量專項管理

(1)瓦片運至現場在壓力鋼管廠內進行預組。

根據現場具體的施工條件，為避免現場安裝出現不便，瓦片運至現場并在壓力鋼管廠內進行預組，將所有的瓦片在廠內焊接成一個個圓環形成一個完整的管節后，再將管節運至安裝現場進行組裝。

(2)嚴格把控焊縫焊接質量。

岔管組裝加固后，對焊縫進行焊接，環縫焊接應逐條焊接，不能夠跳躍。先焊接外壁，待內壁清根后再進行焊接。焊縫焊接完畢嚴格按照《焊縫工藝評定規程》進行焊縫評定。

(3)采用TOFD(超聲衍射時差法)和超聲波探傷法對焊縫進行探傷。

當焊縫焊接完畢，采用上述兩種辦法對焊縫進行檢查，當發現某一條焊縫的某一個部位的焊接質量不滿足相關要求時立即進行處理。采用上述方法很好地對管節的組裝和焊接質量進行了控制，確保了焊縫質量滿足要求。

3.4 岔管焊接應力的消除

在岔管管節安裝過程中會存在一定的內部應力，為消除在焊接過程中產生的內部應力，采取了以下措施：

(1) 管節瓦片卷制完成后露天放置一段時間，利用自然時效消除因卷制而產生的應力。

(2) 嚴格控制每個管節瓦片的曲率半徑誤差在10 mm以內。

(3) 管節組圓在完全自由的狀態下進行。

(4) 管節組圓之后進行尺寸檢查，嚴格控制尺寸誤差，盡量避免在后續安裝過程中強制壓縫而產生較大的應力。

(5) 嚴格按照既定的安裝工藝流程進行安裝，在進行環縫焊接時保證管節處于自由狀態。

(6) 根據不同的母材鋼板厚度確定不同的焊縫預熱措施和焊后保溫措施。

(7) 嚴格控制焊接的電流強度，確保焊接熱輸入滿足相關要求。

通過采取上述相關措施，很好地降低了焊接鋼岔管管節安裝時產生的內部應力，取得了較好的效果。

4 結 語

塔貝拉水電站壓力鋼管岔管群管徑大，所使用的鋼材強度高、厚度大，從而對鋼材質量、焊接工藝以及施工工藝提出了更高的要求，并且在岔管管節安裝施工過程中還要解決大直徑管節運輸、全位置焊接等一系列問題，對岔管安裝質量管控是一個巨大的挑戰。

針對岔管管節鋼板的生產質量，項目部組織專人駐鋼板生產廠家參與鋼板質量的控制，并組織專家召開了一系列研討會，極大程度地保證了鋼板生產質量滿足相關要求。

超大直徑管節運輸、起重、安裝等是施工的難點，特別是管節起重和空中翻身。因單個管節的重量接近70 t，考慮到現場的實際安裝作業環境，項目部最終決定用一臺250 t的汽車吊配合現場龍門吊進行管節的起重和翻身。塔貝拉水電站采用將瓦片預組成管節后再運至現場進行安裝的方式，極大地減少了現場的組裝工序，降低了安裝難度。

質量一直是工程建設的重點管控對象。項目部通過具體實施一系列的質量管控措施控制鋼板的生產質量、制作及安裝質量，順利通過了2.4 MPa水壓試驗，使岔管群的制作安裝質量滿足各方面的要求。