雅瑪渡水電站壓力鋼管安裝過程中的鋼管變形控制

鄭杰

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，烏魯木齊830000)

0 引言

雅瑪渡水電站壓力管線長2 006.8 m。壓力引水管線采用單機單管、全壓力鋼管的布置形式，單根壓力管線長2 015 m。壓力管線采用淺埋回填管，布置在開挖的溝槽內，管頂平均回填深度2.0 m，回填料為開挖的砂礫石土。引水壓力管共3根，單根管線全長2 015 m，管徑4.0 m，3根管線單根長度分別為1 771 m、1 776 m、1 781 m，總長5 328 m，工作壓力0.4～1.8 MPa，單機設計引用流量33.33 m3/s，相應管內最大流速2.65 m/s，鋼管壁厚由12 mm增大到24 mm，均采用1 6MnR鋼制作。鋼管內外壁均采用厚漿型環氧瀝青防腐涂料進行防腐處理。

在壓力鋼管安裝過程中，由于受溫度變化、底部支撐不穩或是地基墊層下陷等因素影響，導致多次鋼管變形傾倒和軸線偏側，給安裝工作帶來了諸多問題。為此，我們仔細分析之后，用一些行之有效的辦法較好地解決了這些影響因素對安裝工作帶來的這些問題。保證了壓力鋼管的安裝精度和安裝質量。

1 壓力鋼管變形的影響因素

1.1 溫度變化影響

雅瑪渡水電站工程區域屬大陸性溫帶氣候，表現為溫和濕潤，晝夜溫差大。經統計多年平均氣溫為7.4℃，極端最高氣溫為37.4℃，極端最低氣溫為－37.6℃。多年平均降水量256.6 mm，多年平均風速2.1 m/s，最大風速28.0 m/s。雅瑪渡工程所在的山丘地帶，高大植被較少，風大且日照強烈，晝夜的溫差對于金屬結構的影響顯得特別突出，經過實地標測點進行安裝過程中的位移觀測，我們可以明顯地看到，1 d之內壓力鋼管縱向或是軸向的都有不同程度的變形位移，最大位移處甚至可達15 cm，鋼管未掩埋前，在夏天，鋼管受太陽直射，分早中晚的時段對鋼管的左中右部分進行分別直射，因此，鋼管的溫度變形因照射方向的改變不斷地發生變化，即發生鋼管左拱、上拱、右拱。又因照射鋼管時的角度有偏差，每部分鋼管的受熱程度不一，即溫度變形方向與大小不統一，從而使鋼管在安裝過程中發生扭轉變形。

1.2 其他因素的影響

鋼管自重較大，在安裝過程中，普通的鋼支撐無法滿足施工要求，由于伸縮節上下游兩側均有較長壓力鋼管，在安裝過程中可伸縮自由端的壓力鋼管近70 m，平均自重在135 t，這對于局部應力較大的型鋼支持部位來說，素混凝土的抗壓能力顯然達不到要求，鋼管安裝到一定長度發生塌陷、偏倒的原因:①鋼管安裝基礎為100 mm素混凝土，隨著鋼管安裝長度的增加，重量不斷加大，100 mm素混凝土墊層的強度不能支撐鋼管的重量導致鋼支撐壓裂墊層造成鋼管塌陷、偏倒;②按照設計要求兩鎮墩之間的鋼管可以自由伸縮，因此鋼管墊板與鋼管之間不能連接，在澆筑墊板時需將澆筑段外鋼支撐割除，這樣使鋼管重量集中在少數幾個鋼支撐上，就造成鋼管塌陷、偏倒，從而發生軸線偏側甚至傾倒的現象。

2 根據工程實際采用的控制變形的措施

2.1 在壓力鋼管增設油氈防護及閉空板防護

壓力鋼管在安裝過程中由于晝夜溫差伸縮幅度較大，使得墊板混凝土與鋼管之間的摩擦加劇，對鋼管造成損傷，為此，在壓力鋼管底部增設一道油氈進行防護，伸縮節室墻體與鋼管之間加設一層閉空板，使得鎮墩與伸縮節之間的壓力鋼管可以自由收縮，并在壓力鋼管支撐處增加隔斷模板，作為拆除鋼支撐的工作空間。這樣可以在一定程度上減少溫度變化對鋼管的影響。

2.2 增設馬鞍型托架控制變形

根據現場情況，采用鋼支撐的安裝方案安裝鋼管受外界環境影響比較大，施工時為滿足設計要求出現了很多施工、技術難題，為此，我們在鋼管底部采用馬鞍形托架進行固定(圖1)，鋼制鞍形托架采用鋼板和型鋼焊接而成，每個始裝節設置兩個鞍形托架，其余每個管節設置一個鞍形托架，托架擺放不影響新增鋼筋網的鋪設，托架與鋼管不連接，鋼管在托架弧托內可以自由伸縮，鞍型托架的這種結構形式不僅滿足了設計要求，還很好地解決了鋼管施工中出現的難題。

圖1 馬鞍形托架示意圖

采用鋼制鞍型托架固定鋼管，伸縮節上下游鋼管中心得到了很好的控制，托架底板受力面積大，不會壓裂墊層，而且托架與鋼管不連接，澆筑混凝土墊板時不用去除托架可將托架澆筑在墊板內，不但滿足了設計要求，還增加墊板的強度。很好地解決了鋼管在安裝過程中的塌陷、偏倒問題。鋼制鞍型托架不同于一般意義上的臨時外支撐，它作為鋼管安裝的輔助設備永久澆注在墊板內，而且只有采用鋼制鞍型托架固定方案才能滿足設計的要求。

2.3 混凝土澆筑與鋼管安裝工作的協調配合

本工程所在地夏季溫差較大，鋼管在安裝過程中的熱脹冷縮必定產生位移，這也要求壓力鋼管土建的混凝土澆筑工作必須及時跟得上鋼管安裝的速度，如果底部支墩沒有澆筑，壓力鋼管本體通過長時間溫度變化的考驗，勢必會造成變形。因此，本工程混凝土支墩的澆筑工作是在4～5個單元節壓力鋼管完成之后就立即進行立模澆筑，待氣溫變化還未對鋼管產生較大變形時，混凝土就已經基本達到強度。這時，會在一定程度上減少溫度變化對安裝產生的影響。

3 結語

本電站由于壓力鋼管很長，管徑較大，在鋼管安裝過程中產生變形的影響因素很多，通過分析研究，根據以往工程經驗及現場實踐總結出變形控制的工程措施，有效地解決了本工程遇到的問題，為類似長壓力管道的安裝提供借鑒，并結合實際情況提出進一步的改進措施，確保工程的順利進行。

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