兩河口電站尾水肘管安裝施工技術(shù)

陳忠敏，施秉亮

（中國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，是雅礱江干流中游規(guī)劃建設(shè)的7座梯級電站中裝機規(guī)模最大的水電站，也是目前我國藏區(qū)開工建設(shè)綜合規(guī)模最大的水電站工程。電站裝機容量300萬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臺水輪發(fā)電機，在水輪機流道末端布置有彎肘形尾水肘管，水流由圓口導(dǎo)入，長口導(dǎo)出[1]，最低底板高程2 570.7 m。

尾水肘管進水口斷面為半徑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（從肘管進水口端平面至底部最低點）為9.766 mm，長度（機組中心線至肘管出水口斷面）9 m。肘管由11個管節(jié)組成，里襯材料Q235B，厚度25 mm。肘管單臺套重量87.1 t，6臺套總重量共計522.6 t。示意圖見圖1所示。

圖1 尾水肘管示意圖

2 工藝流程

肘管由機組廠家制作成瓦片交貨至工地現(xiàn)場，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)加工廠進行拼裝，拼裝后焊接縱縫。為了滿足運輸及安裝現(xiàn)場起吊條件要求[2]，焊接內(nèi)支撐對肘管進行加固，保證肘管在2期混凝土澆筑時不發(fā)生變形。

3.2 相鄰兩節(jié)摞裝

對相鄰管節(jié)進行兩兩預(yù)拼裝，在拼裝和檢驗過程中，嚴格控制肘管2節(jié)拼裝后的傾斜值、環(huán)縫錯牙等項檢測尺寸，2節(jié)摞裝完成后，尾水肘管在兩兩預(yù)裝狀態(tài)下進行出廠驗收[3]。

4 肘管運輸

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

圖3 尾水肘管運輸加固示意圖

5 肘管安裝施工準備

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)驗收合格。

（2）廠房施工橋機已具備全行程運行條件。

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

（4）在機坑上游側(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個管節(jié)摞裝，底部管口用水準儀調(diào)平，組焊成1個大段，環(huán)縫無損檢測合格后，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，在肘管上適當位置焊接4個吊耳，利用主廠房橋機主副鉤配合將肘管進行翻身。

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

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，肘管尾端廠橫坐標為0+9 m。根據(jù)土建開挖的斷面尺寸，6號機尾水肘管上方開挖至廠橫0+20 m，可利用80 t施工橋機一次性將定位段吊裝就位；1號～5號機尾水肘管上方開挖至廠橫0+6 m，不能利用80 t施工橋機一次性吊裝就位，需在肘管安裝位置底部鋪設(shè)軌道，利用自制的鐵靴加卷揚機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量控制網(wǎng)點放出出口斷面和進口斷面的里程、樁號和尾水中心線。

定位節(jié)肘管吊裝就位后，進行安裝位置調(diào)整，將肘管正底部的-Y線基本對準事先測放好的尾水中心線，利用底部墊板上的楔子進行微調(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)計要求，同時測量進口斷面的尺寸情況，用全站儀檢測肘管的各個空間尺寸、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線與機組的XY線偏差不大于8 mm，其進出口中心偏差不大于8 mm，進出口中心高程偏差不超過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，對后續(xù)各節(jié)的安裝定位具有重要意義，安裝時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，以定位節(jié)進口高程為基準，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，在安裝時應(yīng)精調(diào)定位節(jié)的各個參數(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)的各個肘管管節(jié)，每安裝一段均用全站儀測量和控制各項尺寸。環(huán)縫對接時，對焊接收縮量進行統(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、水平的控制基準節(jié)，安裝時考慮焊接收縮量及設(shè)計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 肘管焊接與無損檢測

（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，并在焊接過程中嚴密監(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焊焊接，也可采用焊條電弧焊進行焊接。

按設(shè)計圖紙，環(huán)縫坡口為單邊內(nèi)V25°、鈍邊2 mm型式。焊接時先進行內(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行外壁焊縫的焊接，焊接時，嚴禁在母材上引弧和熄弧，定位焊的引弧和熄弧在坡口內(nèi)進行，各層的焊接接頭錯開30～50 mm。焊接完成后對焊縫表面進行全面檢查，合格后清除焊瘤、飛濺，將過流面焊縫打磨光滑。

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

表1 CO2氣體保護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，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，嚴格控制節(jié)間間隙，大于4 mm以上的局部間隙應(yīng)先進行單邊補焊處理后再進行整條環(huán)縫整體焊接。

3）正式焊接前，對環(huán)縫進行定位焊加固，定位焊長度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）在滿足進度的情況下，盡量減少同時施焊人員的數(shù)量，采用同一線能量對稱、分段、退步、同時焊接。

（3）焊接缺欠處理

在目視檢查（VT）及無損檢測（NDT）時發(fā)現(xiàn)的所有不允許的焊縫缺欠，均應(yīng)清除、補焊、返修和重新檢驗。

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、凹陷等，直接采用焊接方法進行修補，修補后的焊縫打磨至與原焊縫圓滑過渡并大體一致。

3）嚴重的焊接缺欠

對于影響焊接內(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行焊接修補。

返修人員須根據(jù)探傷人員的記錄或現(xiàn)場焊縫缺欠標記將缺欠清除干凈，刨槽長度根據(jù)標定缺欠的長度尺寸，至少向缺欠二端各延長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焊。

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

返修后的焊縫，按原工藝進行目視檢查（VT）及無損檢測（NDT）。

（4）無損檢測

所有環(huán)縫須清根焊透，肘管里襯環(huán)縫按三級焊縫進行檢測，做著色（PT）檢測，按ASME-Ⅷ卷第一分冊附錄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)驗收合格后，移交土建進行肘管混凝土澆筑，澆筑過程中采用千分表隨時監(jiān)測肘管的變形。

（2）混凝土澆筑完成且灌漿后，按設(shè)計要求封堵和焊接灌漿孔，割除內(nèi)支撐，內(nèi)支撐割除時，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，并檢查確認無裂紋。

（3）對肘管進行防腐補漆處理。

8 施工難點及解決方法

兩河口電站水輪機尾水肘管安裝施工中存在以下難點：

（1）肘管外形尺寸大，最大外形尺寸11.931 mm×5.6 mm×1.527 m，運輸、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。

針對以上問題，采取以下解決方法：

（1）肘管運輸前，按肘管最大管節(jié)體型制作模型，并全程模擬肘管運輸，對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，根據(jù)土建具體開挖情況制定安裝方案，即6號機一次吊裝就位，5號～1號機利用自制的鐵靴工裝加卷揚機將肘管牽引到安裝位置就位。

（2）尾水肘管安裝過程中，通過三維模型及科學(xué)的理論計算，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)計算數(shù)據(jù)，使用全站儀建立一條肘管出口及進口斷面的控制線，與其他控制線一起構(gòu)成一個特殊的測量控制網(wǎng)。

9 結(jié)語

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，是西部水電開發(fā)、促進社會經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略性工程。尾水肘管是電站水輪機的重要埋設(shè)部件，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜特殊，是該工程建設(shè)的關(guān)注重點之一，施工項目部秉承“創(chuàng)新進取追求卓越”的理念，結(jié)合工程特點，優(yōu)化施工方案，著重解決施工難點，嚴格控制施工質(zhì)量，高效優(yōu)質(zhì)完成電站“高水平達標投產(chǎn)”總體目標。