大型水電站蝸殼水壓試驗及保壓澆筑

孟福強

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 工程簡介

蝸殼通常采用分塊B610CF高強度焊接結構鋼板制作，最大板厚約80 mm。蝸殼分25節，每節分1～3塊不等，工地現場對蝸殼瓦塊進行拼裝、焊接、加固。在機坑里進行掛裝、調整和焊接。

蝸殼外表面不設置彈性層，蝸殼全部焊接后進行4.95 MPa水壓試驗并保壓，1.7 MPa澆筑混凝土。用于蝸殼水壓試驗封堵蝸殼進口用的試驗鋼悶頭，在保壓澆筑混凝土完成后將被割除，用于后續機組。

通過蝸殼水壓試驗，檢驗了蝸殼、座環焊縫焊接質量，測量了蝸殼膨脹量。蝸殼保壓澆筑混凝土，省去了傳統的在蝸殼表面鋪設彈性墊層和在蝸殼腰線裝焊集水槽的繁瑣，并通過蝸殼中的水冷卻澆筑混凝土產生的熱量，避免因混凝土發熱引起蝸殼、座環變形。通過蝸殼水壓試驗及保壓澆筑混凝土也達到了部分消除蝸殼、座環焊接的殘余應力，檢驗蝸殼和座環設計的合理性及結構的整體安全性，做好蝸殼水壓試驗及保壓澆筑對機組的安全運行及振動穩定有至關重要的作用。

2 水壓試驗前需完成的工作

2.1 蝸殼支墩及拉緊器檢查

蝸殼底部B型支墩的切向支撐板安裝完成，待B型支墩澆筑完成并達到養護強度后，拆除蝸殼底部的臨時支撐，頂緊蝸殼A型支墩上的千斤頂螺栓，旋緊蝸殼腰部拉緊器。

2.2 蝸殼內壁管路封堵檢查

封堵蝸殼各孔口，包括蝸殼排水閥、蝸殼進人門、測壓管，壓力鋼管排水管等。需要采取焊接封堵的，應采取局部預熱，預熱溫度與蝸殼焊縫預熱溫度相同。

2.3 蝸殼焊接無損檢測

蝸殼水壓試驗前，所有蝸殼環縫、縱縫、碟形邊、開孔位置焊縫、悶頭焊縫、封堵板焊縫及臨時構件割除并打磨的焊縫須經無損檢測合格。

2.4 蝸殼內支撐割斷檢查

割除蝸殼內支撐時嚴禁傷到母材，應在距蝸殼過流面2～4 mm位置處割斷，余下部分使用磨光機打磨光滑，做MT或PT探傷合格后，并進行防腐處理。

2.5 座環封水環安裝

座環封水環為分瓣到貨，現場組裝進行封焊，過程關注封水環圓度及半徑。封水環安裝關鍵是密封環的安裝。密封環安裝前實測盤根槽深度、寬度及盤根直徑，確認盤根壓縮量合適。對封水環與盤根貼合的部位進行清洗和砂紙打磨，去除毛刺等雜物。吊裝封水環并調整至機組中心，確保四周與座環上下鏜口間隙均勻。安裝時應涂抹潤滑脂，緩慢用力頂入座環與封水環間隙內，對稱把合封水環螺栓。最后進入蝸殼內部，檢查座環與封水環之間盤根壓縮情況，正常情況為盤根緊貼座環與封水環，并略有凸出。

3 蝸殼水壓試驗及保壓澆筑

3.1 蝸殼變形監測

根據現場實際，均布架設百分表對蝸殼進行變形監測，同時在悶頭處增加一塊百分表，用于水壓試驗期間監測蝸殼進水管節蝸殼悶頭及進口管節里程變化。蝸殼變形監測支架采用14號槽鋼及焊接鋼管制作，與地面土建鋼筋搭焊牢固。

3.2 座環變形監測

根據現場實際，均布架設百分表通過座環上法蘭、中法蘭軸向和徑向對座環進行變形監測。也可適當增加使用數顯百分表，用于動態監測座環上法蘭面變形和位移情況，準確判斷水壓試驗過程座環變形規律。座環變形監測支架采用14號槽鋼及焊接鋼管制作，成“井”字型，底部與未和座環連接且已澆筑的錐管內壁焊接牢固。

3.3 蝸殼水壓試驗設備布置

在蝸殼悶頭附近布置打壓設備，并配制供水箱和供水管路，現場采用型鋼制作水壓泵操作平臺，水箱可采用2～3個串聯的空油桶制作，在連通管路上增加濾網，用于過濾水中雜質。在悶頭處的排水管口加裝堵板，進行焊接封堵，并在堵板上開孔，焊接排水管及安裝排水球閥。

3.4 蝸殼水壓試驗

所有設備、管路等布置檢查完畢后，對蝸殼進行充水。充水速度不宜過快，蝸殼悶頭上的充水接口和排氣閥保持敞開，能夠排出蝸殼內部氣體。充水過程中重點檢查排水閥、封水環、蝸殼進人門及其他管路封堵點，不得有滲水現象。

蝸殼充水完畢，進行聯合檢查無異常后，正式開始蝸殼水壓試驗。采用百分表對座環、蝸殼進行實時監測，按圖1所示步驟準確記錄蝸殼水壓試驗期間座環及蝸殼的變形量。蝸殼試驗壓力上升和下降速度應≤0.1 MPa/min，到預定壓力和保壓相應時長后，分別對百分表讀數進行記錄，并在水壓試驗過程中關注百分表變化是否規律，可能出現座環、蝸殼焊縫應力釋放導致監測數值突變情況。

圖1 蝸殼水壓試驗及保壓澆筑曲線示意圖

3.5 蝸殼保壓澆筑

蝸殼水壓試驗合格后，拆除蝸殼監測支架和百分表，保留座環內部監測架及百分表，以備蝸殼保壓澆筑時監測座環變形。復測座環中心、方位、水平，再次檢查蝸殼腰部支墩千斤頂預緊情況、腰部拉緊器預緊情況，合格后按圖紙要求，對座環基礎螺栓進行最終對稱預緊。

多層、分塊、對稱進行蝸殼外圍混凝土澆筑，澆筑過程中應嚴格控制混凝土最大澆筑速度不超過300 mm/h，澆筑高度差不超過200 mm。每倉液態混凝土高度禁止超過700 mm。澆筑過程中，如發現座環位移超過0.3 mm，應立即調整混凝土澆筑順序和方式。在蝸殼保壓澆筑過程中及終止澆筑12 h內，檢查蝸殼內水溫及壓力，并對座環變形情況進行監測，一般為2 h記錄一次，澆筑完成12 h后每天檢查一次蝸殼內水溫及壓力。隨著混凝土溫度的升高，蝸殼內的水溫和水壓也逐漸增加。為了避免在澆筑過程中溫度上升過多引起蝸殼、座環變形，應嚴格控制混凝土澆筑順序、入倉混凝土高度和速度等[1]，也可通過預先鋪設冷卻水環管、混凝土養護期外部灑水等降溫措施控制混凝土溫升速度，盡量保障蝸殼內部水溫控制在15℃～20℃標準范圍內，若溫度超出范圍，應根據不同水溫對蝸殼內壓力進行調整，確保蝸殼保壓澆筑質量。保壓澆筑時溫度與保壓壓力曲線如圖2所示。

圖2 溫度與保壓壓力曲線圖

4 結束語

大型水電站蝸殼通常采用瓦塊現場拼裝焊接、管節掛裝焊接工藝施工，現場焊接作業繁多，焊工技能水平不一，施工環境復雜，通過蝸殼水壓試驗，檢驗了蝸殼、座環焊縫焊接質量，測量了蝸殼膨脹量[2]。通過蝸殼保壓澆筑混凝土，省去了傳統的在蝸殼表面鋪設彈性墊層和在蝸殼腰線裝焊集水槽的繁瑣，并通過蝸殼中的水冷卻澆筑混凝土產生的熱量，避免因混凝土發熱引起蝸殼、座環變形[3]。通過蝸殼水壓試驗及保壓澆筑混凝土也達到了部分消除蝸殼、座環焊接的殘余應力，檢驗蝸殼和座環設計的合理性及結構的整體安全性，做好蝸殼水壓試驗及保壓澆筑對機組的安全運行及振動穩定也具有至關重要的作用。