无坝式水电站尾水扩散段钢衬施工技术

罗晓刚

（中国水利水电第十四工程局有限公司西北事业部，昆明650000）

1 工程概况

木扎提河位于天山南坡三大河之一的渭干河干流上游段，木扎提河水电站为无坝引水式，枢纽由渠首、引水系统、岸边厂房及尾水建筑物等组成。安装4 台（2 台70MW、2 台10MW）立轴混流式水轮发电机组，总装机容量160MW。尾水管扩散段布置在主厂房下游侧，上游与厂房肘管连接，其体型结构复杂多变，共有4 条尾水管扩散段：1#、2#机尾水管扩散段桩号从厂下K0+002.103～K0+014.200，全长12.097m，断面形式为由圆变方的渐变。尾水扩散段末端底板高程为EL1831.292。3#、4#机尾水管扩散段桩号从厂下K0+003.654～K0+013.875，全长10.221m。

2 钢衬的设计

尾水扩散段钢衬设计为厚10mm 的Q235B 钢板进行加工，10MW 主机段尾水扩散段钢衬按照2m/节进行加工，加劲环间隔为1m，加劲环高度8cm。由于70MW 主机段尾水扩散段体型较大，为保证吊装顺利以及减少混凝土浇筑过程由于混凝土自重对钢衬造成的形变，70MW 主机段尾水钢衬中钢衬第一节、第二节按照2m/段进行加工，加劲环间距1m，剩余部分按照每节1.5m 进行加工，每节设置2 道加劲环。为方便钢衬吊装以及安装固定，每节钢衬均设置吊耳，与肘管连接处，在尾水扩散段钢衬上打坡口，以便于与肘管焊接，不得在肘管上打坡口【1】。

3 钢衬的制造

3.1 划线

钢板划线使用量具，使用前须经校核。在加工厂内其他各工序所使用的量具，应与划线使用的量具的计量精度和测限一致。划线用一般划线方法。划线应考虑卷板时变形伸长、焊接收缩、焊接间隙以及加工余量几种因素的影响，预留切割余量。钢板划线及标记应严格遵守SL 432—2008《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》中4.1.1～4.1.7 条的规定。钢板划线后应用钢印、油漆和冲眼标记分别标出钢衬分段、分节、分块的编号，水流方向，水平和垂直中心线，坡口角度以及切割线等符号。切割后用油漆写明分节编号、板厚、规格以及大段编号、上下游方向、轴线位置、坡口角度检查线等。

3.2 钢板切割和坡口加工

钢衬焊接坡口，按压力钢管施工设计图纸、规范及焊接工艺规定的要求切割加工。钢板切割和焊接坡口采用半自动氧气切割机切割、钢板下料前的超声波检测，严格遵守SL 432—2008《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》中4.1.1～4.1.7条及表2 的规定。所有板材加工后的边缘不得有裂纹、夹层和夹渣或其他缺陷。如果需要手工切割的地方一定要由专业人员进行切割下料。钢板上严禁锯、锉及用钢印作记号，不得在卷板外侧表面打标记、冲眼。

3.3 卷板及钢板弯曲成型

应用卷板机和压力机成型，卷板前进行生产性试卷，确定工艺可行性，卷板工艺参数报技术部审验后执行，卷板方向应和钢板的压延方向一致。

3.4 焊接作业

采用手工焊与自动焊2 种焊接方法，安装用全手工焊的焊接方法。 焊接工艺评定的试件，其试板钢材和焊接材料应与制造钢管所用的材料相同。试焊位置应包含现场作业中所有的焊接部位，并应按施工图纸的要求做相应的预热、后热或焊后消除应力处理。对试板焊缝全长进行外观检查和无损探伤检查（检查方法与生产性施焊焊缝相同），并进行力学性能试验。试板不得有缺陷，若需修整的缺陷长度超过试焊长度的5%，则该试件无效，须重做评定。

3.5 钢衬内撑加固

为保证钢衬在运输、安装过程中不发生形变，在钢衬加工完成后对钢衬内部设置钢管φ100mm 支撑加固，立杆钢管按照90cm×90cm 间距布置，步杆钢管按照100cm 布置。

4 钢衬的安装

4.1 钢衬运输

4.1.1 钢衬运输

尾水扩散段钢衬在金属结构加工厂进行加工制作，制作过程中的吊运采用10t 龙门吊进行。运输采用不小于20t 平板运输车进行运输，吊装采用25t 吊进行。运输时，可在管节内加设内支撑，在埋管外部混凝土终凝前，不得拆除内支撑，钢衬安放在鞍形支座或加垫木梁上，以保护管节及其坡口免遭破坏。

4.1.2 钢衬吊装

加工完成的钢衬经过钢筋加工场运输至围堰内侧施工便道，在靠近塔机位置处卸车，再由塔机、人工配合吊转至安装位置。在吊装前先用砂砾料铺筑1 条便道至尾水反坡坡顶靠近塔吊位置，运输车辆应尽量靠近塔吊，钢衬卸车点提前铺垫卸车挡槛，方便钢衬就近卸车。由塔机中心至10MW 机组段钢衬安装位置最远吊距为33.7m，70MW 机组段钢衬安装位置最远吊距为26.8m。如果采用50t 汽车吊，按照现场实际测量，汽车吊需完成的最远调运距离约为31m（即70MW 机组第6 节钢衬吊装距离）。70MW 机组段第6 节钢衬由于质量较大，吊距过远，无法完成吊装，需要依靠塔机完成吊装【2】。

4.2 钢衬装配

4.2.1 搭建型钢平台

钢衬安装前，预先搭建型钢平台，型钢平台采用I25 的工字钢、I20 的工字钢，C14 的槽钢、C10 的槽钢焊接而成。型钢平台底脚与邻近底板锚筋牢靠焊接，型钢平台中轴线与机组中心线误差不大于3cm。型钢平台搭建完成后，开始进行尾水管钢衬的安装。

4.2.2 测量定位的控制

钢衬安装之前，首先由测量工程师进行测量放样，采用全站仪控制平面位置、水准仪控制高程。用于测量高程、里程和安装轴线基准点等安装控制点，均应明显、牢固和便于使用，并应保留到安装验收合格后才能拆除。

4.2.3 钢衬装配的控制

钢衬运输就位后，利用汽车吊、塔机、手拉葫芦、千斤顶及压板器具进行钢衬安装对接，用全站仪进行控制测量及调整，钢衬管口中心和高程的安装尺寸。

1）钢衬与设计轴线的平行度误差应不大于0.2%。钢衬始装节的里程偏差应不超过±5mm。弯管起点的里程偏差应不超过±10mm；始装节两端管口垂直偏差应不超过±3mm。

2）安装时，钢管应支撑牢固，防止变位。安装临时支撑应尽量焊在加劲环或支承环上。若须焊在管壁上，则应先在管壁上焊垫板，垫板尺寸不小于100mm×100mm×10mm（长×宽×厚）。

3）在永久支撑满足施工图纸的要求时，才能拆除临时支撑，支撑附件的拆除不得伤及母材。

4.2.4 钢衬焊接的控制

1）焊前清理：所有拟焊面及坡口两侧各10～20mm 范围内的氧化皮、铁锈、油污及其他杂物应清除干净，每一焊道焊完后也应及时清理，检查合格后才能继续施焊。

2）采用手工电弧焊焊接。每条安装环形焊缝由2 名焊工同时进行对称焊接。在钢衬端头打坡口，不得在肘管端头打坡口。

3）采用超声波无损探伤一次合格率为99.91%；安装焊缝按Ⅰ类焊缝，经100%超声波无损探伤一次合格率为99.5%，返修焊缝经一次返修后合格；所有对接焊缝、角焊缝及组合焊缝外观质量进行了100%检查，焊缝外观质量均达到规范要求。

5 结语

本文主要介绍了无坝式水电站尾水扩散段相关工程经验，总结了其设计与施工技术方法。经过新疆木扎提水电站工程建设的实践，取得了良好社会和经济效益，为我国相关水电站的工程建设提供了有价值的参考。