無壩式水電站尾水擴散段鋼襯施工技術

羅曉剛

（中國水利水電第十四工程局有限公司西北事業部，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壩引水式，樞紐由渠首、引水系統、岸邊廠房及尾水建筑物等組成。安裝4 臺（2 臺70MW、2 臺10MW）立軸混流式水輪發電機組，總裝機容量160MW。尾水管擴散段布置在主廠房下游側，上游與廠房肘管連接，其體型結構復雜多變，共有4 條尾水管擴散段：1#、2#機尾水管擴散段樁號從廠下K0+002.103～K0+014.200，全長12.097m，斷面形式為由圓變方的漸變。尾水擴散段末端底板高程為EL1831.292。3#、4#機尾水管擴散段樁號從廠下K0+003.654～K0+013.875，全長10.221m。

2 鋼襯的設計

尾水擴散段鋼襯設計為厚10mm 的Q235B 鋼板進行加工，10MW 主機段尾水擴散段鋼襯按照2m/節進行加工，加勁環間隔為1m，加勁環高度8cm。由于70MW 主機段尾水擴散段體型較大，為保證吊裝順利以及減少混凝土澆筑過程由于混凝土自重對鋼襯造成的形變，70MW 主機段尾水鋼襯中鋼襯第一節、第二節按照2m/段進行加工，加勁環間距1m，剩余部分按照每節1.5m 進行加工，每節設置2 道加勁環。為方便鋼襯吊裝以及安裝固定，每節鋼襯均設置吊耳，與肘管連接處，在尾水擴散段鋼襯上打坡口，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，使用前須經校核。在加工廠內其他各工序所使用的量具，應與劃線使用的量具的計量精度和測限一致。劃線用一般劃線方法。劃線應考慮卷板時變形伸長、焊接收縮、焊接間隙以及加工余量幾種因素的影響，預留切割余量。鋼板劃線及標記應嚴格遵守SL 432—2008《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》中4.1.1～4.1.7 條的規定。鋼板劃線后應用鋼印、油漆和沖眼標記分別標出鋼襯分段、分節、分塊的編號，水流方向，水平和垂直中心線，坡口角度以及切割線等符號。切割后用油漆寫明分節編號、板厚、規格以及大段編號、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，按壓力鋼管施工設計圖紙、規范及焊接工藝規定的要求切割加工。鋼板切割和焊接坡口采用半自動氧氣切割機切割、鋼板下料前的超聲波檢測，嚴格遵守SL 432—2008《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》中4.1.1～4.1.7條及表2 的規定。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人員進行切割下料。鋼板上嚴禁鋸、銼及用鋼印作記號，不得在卷板外側表面打標記、沖眼。

3.3 卷板及鋼板彎曲成型

應用卷板機和壓力機成型，卷板前進行生產性試卷，確定工藝可行性，卷板工藝參數報技術部審驗后執行，卷板方向應和鋼板的壓延方向一致。

3.4 焊接作業

采用手工焊與自動焊2 種焊接方法，安裝用全手工焊的焊接方法。 焊接工藝評定的試件，其試板鋼材和焊接材料應與制造鋼管所用的材料相同。試焊位置應包含現場作業中所有的焊接部位，并應按施工圖紙的要求做相應的預熱、后熱或焊后消除應力處理。對試板焊縫全長進行外觀檢查和無損探傷檢查（檢查方法與生產性施焊焊縫相同），并進行力學性能試驗。試板不得有缺陷，若需修整的缺陷長度超過試焊長度的5%，則該試件無效，須重做評定。

3.5 鋼襯內撐加固

為保證鋼襯在運輸、安裝過程中不發生形變，在鋼襯加工完成后對鋼襯內部設置鋼管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 鋼襯運輸

4.1.1 鋼襯運輸

尾水擴散段鋼襯在金屬結構加工廠進行加工制作，制作過程中的吊運采用10t 龍門吊進行。運輸采用不小于20t 平板運輸車進行運輸，吊裝采用25t 吊進行。運輸時，可在管節內加設內支撐，在埋管外部混凝土終凝前，不得拆除內支撐，鋼襯安放在鞍形支座或加墊木梁上，以保護管節及其坡口免遭破壞。

4.1.2 鋼襯吊裝

加工完成的鋼襯經過鋼筋加工場運輸至圍堰內側施工便道，在靠近塔機位置處卸車，再由塔機、人工配合吊轉至安裝位置。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，運輸車輛應盡量靠近塔吊，鋼襯卸車點提前鋪墊卸車擋檻，方便鋼襯就近卸車。由塔機中心至10MW 機組段鋼襯安裝位置最遠吊距為33.7m，70MW 機組段鋼襯安裝位置最遠吊距為26.8m。如果采用50t 汽車吊，按照現場實際測量，汽車吊需完成的最遠調運距離約為31m（即70MW 機組第6 節鋼襯吊裝距離）。70MW 機組段第6 節鋼襯由于質量較大，吊距過遠，無法完成吊裝，需要依靠塔機完成吊裝【2】。

4.2 鋼襯裝配

4.2.1 搭建型鋼平臺

鋼襯安裝前，預先搭建型鋼平臺，型鋼平臺采用I25 的工字鋼、I20 的工字鋼，C14 的槽鋼、C10 的槽鋼焊接而成。型鋼平臺底腳與鄰近底板錨筋牢靠焊接，型鋼平臺中軸線與機組中心線誤差不大于3cm。型鋼平臺搭建完成后，開始進行尾水管鋼襯的安裝。

4.2.2 測量定位的控制

鋼襯安裝之前，首先由測量工程師進行測量放樣，采用全站儀控制平面位置、水準儀控制高程。用于測量高程、里程和安裝軸線基準點等安裝控制點，均應明顯、牢固和便于使用，并應保留到安裝驗收合格后才能拆除。

4.2.3 鋼襯裝配的控制

鋼襯運輸就位后，利用汽車吊、塔機、手拉葫蘆、千斤頂及壓板器具進行鋼襯安裝對接，用全站儀進行控制測量及調整，鋼襯管口中心和高程的安裝尺寸。

1）鋼襯與設計軸線的平行度誤差應不大于0.2%。鋼襯始裝節的里程偏差應不超過±5mm。彎管起點的里程偏差應不超過±10mm；始裝節兩端管口垂直偏差應不超過±3mm。

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

3）在永久支撐滿足施工圖紙的要求時，才能拆除臨時支撐，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各10～20mm 范圍內的氧化皮、鐵銹、油污及其他雜物應清除干凈，每一焊道焊完后也應及時清理，檢查合格后才能繼續施焊。

2）采用手工電弧焊焊接。每條安裝環形焊縫由2 名焊工同時進行對稱焊接。在鋼襯端頭打坡口，不得在肘管端頭打坡口。

3）采用超聲波無損探傷一次合格率為99.91%；安裝焊縫按Ⅰ類焊縫，經100%超聲波無損探傷一次合格率為99.5%，返修焊縫經一次返修后合格；所有對接焊縫、角焊縫及組合焊縫外觀質量進行了100%檢查，焊縫外觀質量均達到規范要求。

5 結語

本文主要介紹了無壩式水電站尾水擴散段相關工程經驗，總結了其設計與施工技術方法。經過新疆木扎提水電站工程建設的實踐，取得了良好社會和經濟效益，為我國相關水電站的工程建設提供了有價值的參考。