黄登水电站泄洪放空底孔钢衬制作安装技术与应用

[摘 要]对正在施工中的黄登水电站泄洪放空底孔钢衬的结构特点、运输及制安方案进行了简要介绍，并对泄洪放空底孔钢衬在安装过程中的施工经验进行了总结。

[关键词]黄登水电站 钢衬 安装

中图分类号：D322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0011-03

1、概述

黄登水电站位于云南省兰坪县境内，采用堤坝式开发，是云南澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案的第五级水电站，以发电为主。上游与托巴水电站，下游与大华桥水电站相衔接，水库正常蓄水位1619m，相应库容14.18亿立方米，总库容15.00亿立方米;电站装机容量1900MW。

黄登水电站大坝坝段内布置有两条泄洪放空底孔，1#、2#两个泄洪底孔分别布置在8#、11#坝段，进口尺寸11m×5m（高×宽），进口底板高程为1540.0 m。孔口内均设置有钢衬，钢衬均为矩形断面，钢衬壁厚24mm，钢衬上游为底孔检修闸门门槽（5.0m×11.0m），下游为底孔弧形工作闸门（5.0m×8.0m）相连;钢衬控制断面尺寸5.0m×10.0m（宽×高）。泄洪放空底孔钢衬分节制作安装方式，共分17节，单节最大重量27.8t，钢衬设纵横向肋板及锚筋，肋板壁厚24mm，钢板材质均为Q345C，锚筋直径为φ36，Ⅲ级钢筋。

2、钢衬单节拼装及内支撑的装焊

钢衬顶板、底板、侧板单件制作完成后，运输至黄登水电站钢衬制作基地进行单节拼装，制作流程如下所示：

1>、钢衬单片运输至钢衬制作基地后，需进行尺寸、焊缝质量复检，合格后方可进行单节钢衬的拼装;

2>、钢衬单节拼装所在平台面，需进行调平，其平面度允许偏差不大于2mm;

3>、分别将钢衬两侧板及底板、顶板立于钢平台上，两侧采用花篮螺栓及型钢等定位装置固定，利用铅垂线保证衬板与平台垂直，衬板垂直度需控制在2mm以内，后加装内支撑，调整相对尺寸，内支撑端部与沿钢衬内壁设置的工字钢垫板相焊，工字钢与钢衬内壁点焊固定;

4>、按设计图纸画出各部件的装配线，调整合格后焊接顶、底板与两侧板间的角焊缝，两端管口的四条角焊缝预留出100～200mm不焊，以便摞节环缝压装;

5>、拼装时严格控制对应边、对角线、上下口平面度等几何形体尺寸。所有分节钢衬完成整体组装后，严格控制相邻分节钢衬的拼装尺寸;

6>、拼装好的单节钢衬用头部带有液压千斤顶的旋转式调方工装调方，钢衬调至要求尺寸后，用内支撑全部顶紧，不得松动;

7>、拼装好并检验合格的钢衬，应在平台上采用整装整焊;在施焊过程中，尽量将立焊、仰焊变为较易焊接的平焊位。整个焊接过程应严格遵循经审定的焊接工艺规程，以保证焊接质量;

8>、在钢衬表面上将孔号、钢衬节号、水流方向、轴线等标记清楚;

9>、焊接完成后，焊缝表面进行外观检查;在焊接完成24 h以后进行无损检测。检测比例按设计和规范执行。如下表1所示：

10>、防腐涂漆作业时，钢衬现场环缝两侧需各预留100mm，以涂刷不会影响焊接质量的车间底漆，内支撑顶点部位先不做除锈涂装处理，待钢衬安装完成且内支撑具备拆除条件后，与安装环缝的防腐同步进行;

11>、钢衬四周加劲肋上焊接有锚筋，锚筋规格为Φ32mm、长度1500mm。受钢衬运输条件限制，钢衬顶部与两侧面的锚筋在黄登水电站大坝左岸卸料平台钢衬预拼装场地焊接，钢衬底部锚筋在钢衬吊装就位后及时完成焊接。

3、钢衬的运输、吊装

3.1 钢衬的运输

1>、钢衬单元节拼焊完成后，采用平板拖车，按照业主所提供的运输路线倒运至钢衬安装现场。

左岸：钢衬加工厂（罗松场河弃渣场）罗松场河弃渣场公路黄登大桥左岸坝顶公路（A段）左岸坝顶平台（1625.0m）安装工作面。

右岸：钢衬加工厂（罗松场河弃渣场）罗松场河弃渣场公路右岸下游低线公路右岸坝顶平台（1625.0m）安装工作面。

2>、钢衬运输采用40t平板拖车运输，运输时采用运输拖架，钢衬底部垫垫木，两侧用倒链固定于车上，缆机覆盖范围内，钢衬水平运输情况见图所示：

3.2 钢衬的吊装

1>、钢衬的吊装采用2台缆机抬吊进行吊装就位。

2>、钢衬安装从上、下游向中间安装，上、下游两侧分别设始装节;在钢衬中部连接处设置凑合节。

3>、钢衬吊装前，需对单节钢衬的管节号、尺寸偏差及钢衬表面标记线，并检查内支撑有无松动现象，此外，应对吊装吊具等设备进行检查。

4>、钢衬吊装就位时，应缓慢、平稳，防止碰撞已装单元节、钢支撑及钢衬锚筋;另外，在现场焊接时，采取防雨、保温等措施。

5>、单节钢衬安装完成外侧必须进行加固;周边混凝土浇筑前内部支撑必须全部安装完成。

4、钢衬安装

4.1 钢衬安装工艺流程

如下图所示：

4.2 钢衬安装平台的铺设

4.2.1预埋件的埋设

1>、进行图纸审核，制定施工组织设计、质量保证措施以及安全文明施工条例等技术文件，报监理工程师审批。

2>、清点埋件数量，检查埋件构件在运输、存放过程中是否有损伤，检查各孔构件的安装标记，保证埋件不错装。

3>、检查埋件的几何尺寸，如有超差制定措施，经监理人批准修复后进行安装。

4>、设置控制点线，控制点线由专业测量单位测量设置，测量点线的设置要能满足埋件里程、高程及桩号偏差的控制。

5>、安装用各种工器具准备齐全，测量工具经相关部门校验并在有效使用期内。

4.2.2安装平台的施工

1>、安装平台的结构形式，如下图4所示

钢衬安装部位支撑跨距按5米布置，支撑托架采用Ⅰ20工字钢作为垂直立撑和上横梁，斜撑采用14槽钢.上横梁同时作为钢衬安装移动轨道，其安装高程按工字钢顶部低于钢衬底部理论安装高程约50mm左右布置。

2>、安装平台的安装

混凝土浇筑完并初凝后，根据钢衬安装位置控制线进行安装平台的安装工作。安装过程中，根据钢衬分节位置将平台支撑底座与预埋铁板凳进行焊接，且底座之间采用型钢进行连接。安装完成后需经检查验收合格后方可进行钢衬的吊装作业。

4.3 钢衬的安装要求

4.3.1 始装节钢衬的调整、验收

始装节作为钢衬安装的基准节，在满足相关规范要求的前提下，严格控制钢衬的安装偏差。始装节加固牢靠，防止与其它钢衬管节压缝时产生位移。

4.3.2 其余钢衬管节的调整、压缝

其余钢衬管节吊装就位后，根据所放置的钢衬安装点线，进行调整、压缝工作。水平段安装缝采用专门制作的内部移动式压缝工装压缝，其他部位则采用压码进行压缝。安装缝定位焊符合相关规范要求。钢衬用千斤顶、倒链、双头调节丝杆等相互配合进行调整。钢衬调整合格后进行对称加固，底板上支腿与安装支架焊为一体，并用型钢对侧板进行加固。

4.3.3 凑合节安装要求

凑合节作为钢衬管道的合拢管节，可根据凑合节两端钢衬的形位偏差，选择整体凑合。整体凑合是将凑合节制作成整节钢衬进行吊装、压缝，凑合节节长根据现场实测间距确定。现场合拢缝压缝后，坡口间隙按2mm控制。合拢缝间隙不大于5mm，如需堆焊，则制订专项堆焊措施报相关单位批准。

4.3.4 钢衬中心安装偏差的调整

根据钢衬测量成果，随时进行钢衬中心偏差的调整，保证钢衬实测中心与理论中心的偏差在允许范围内。安装焊缝在焊接面，校测钢衬位置和管口尺寸，经监理人检查认可后，方可施焊。

4.3.5 钢衬安装质量要求

①钢衬的直线段、渐变段与设计轴线的平行度误差不大于0.2%。

②钢衬安装中心的偏差遵守DL/T5017的规定;钢衬顶底偏差不超过2mm，边墙偏差不超过3mm，其对角线偏差不超过4mm。

③钢衬始装节的里程偏差不超过±5mm，弯管起点的里程偏差不超过±10mm。始装节两端管口垂直度偏差不超过±3mm。

④与闸门门框相连的钢衬端部的极限偏差在水平和垂直方向均在+5mm及-2mm范围内。

⑤钢衬管安装后，每米范围的波浪（即弯曲变形）数不超过2处，波峰间距大于400mm，波峰小于2.0mm，波峰的倾斜度小于1/50。

5、钢衬的焊接

5.1、焊缝分类

一类焊缝： 无

二类焊缝：钢衬的纵缝、环缝。横肋对接焊缝。

三类焊缝：不属于一、二类的其他焊缝。

5.2、焊接方法及焊接顺序

厂内钢板的对接采用埋弧自动焊，纵横肋及钢衬的角焊缝采用CO2气体保护焊焊接，现场安装采用CO2气体保护焊或手工电弧焊焊接。

对于CO2半自动气体保护焊采用CHW-50C6焊丝;对于手工电弧焊采用J507焊条;对于埋弧焊焊接选用H10Mn2焊丝，配套焊剂为SJ101。

坡口及其两侧清理定位加固焊焊接正式焊接检验

5.3、焊材保管及焊接试验

焊接材料设专人保管、烘烤和发放。焊接材料在存放和运输过程中，需防潮，存放的库房内通风良好，室温不低于5℃，相对湿度不高于60%，材料距地面和墙面的距离大于300mm，仓库管理部门定时记录室温和相对湿度。

焊接材料实行三级管理，设备物资部门设一级库、焊接作业区设二级库、施焊人员配备保温筒使用。

1>、手工电弧焊焊材保管

手工电弧焊焊材E5015：烘焙温度300～350℃，烘焙时间1小时。焊材烘焙后保存在100～150℃的恒温箱内，药皮应无脱落和明显的裂纹。

现场使用时将焊条装入保温筒，焊条在保温筒内时间不宜超过4小时，超过后需重新烘焙，但重复烘焙次数不宜超过两次。烘烤焊条，禁止突然将焊条放入高温炉内，或从高温炉内突然取出冷却，防止焊条骤冷骤热而产生药皮开裂脱落现象。

2>、焊丝保管

焊丝需码放在空气流通好、干燥的库房内。

3>、焊接试验、工艺评定

焊接试验与工艺评定是焊接前必不可少的重要环节。在进行焊接工艺进行评定前，先对钢衬板材进行焊接试验，以验证焊接接头的抗裂纹性能和工艺性能，并确定是否预热及其具体的温度。

用业主提供的钢板进行焊接试验和焊接工艺评定，焊接试验覆盖各种焊接位置及对应的焊接方法、焊接材料，焊接工艺评定按手工电弧焊和CO2气体保护焊立向上焊接的对接试板进行焊接工艺评定。

进行焊接工艺评定时，先按照预先选取的焊接工艺参数和焊接位置焊接试件，并经外观检验及内部质量检查（采用超声波无损探伤检查）合格后交由专业机构进行弯曲、拉伸、冲击等机械性能试验。

根据焊接工艺评定确定坡口形式、焊接电流、焊接电压、焊接速度、施焊分层分道等参数。

5.4、焊前清理及定位焊要求

为避免焊接缺陷（如气孔等）的产生，拟焊面及坡口两侧各50mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物需清除干净，每一道焊完后也应及时清理。

定位焊长度一般取80mm，间距约300mm，厚度为6mm。施焊前检查定位焊质量，如有裂纹、气孔及夹渣等缺陷时需清除。

5.5、焊接工艺要求

1）钢板对接焊接

本工程项目采用定尺钢板，在对板料排料后需进行对接的钢板采用非对称“x”形坡口，大坡口在基层侧，背缝清根后再进行过渡层和复层的焊接。

2）单片钢衬板焊接

单片衬板焊接在拼装平台上进行，主要采用CO2气体保护焊焊接。焊接时先焊加劲肋角焊缝，再焊加劲与面板的贴角焊缝。焊接时由偶数名焊工由中间往四周对称焊接进行施焊。

3）单节钢衬组拼焊接

单节钢衬组拼焊接在组拼胎模上进行。

单节钢衬组拼焊接时先焊接面板之间的组合焊缝，然后焊接加劲肋对接焊缝，最后焊接加劲肋与面板的组合焊缝。四角的组合焊缝同时安排4名焊工焊接，单条焊缝采取跳跃分段焊接;加劲肋对接焊缝焊接时对称进行以防钢衬受热不对称引起变形。

4）钢衬工地安装焊缝焊接

钢衬工地安装焊缝涉及平焊、立焊和仰焊等多个焊接位置的焊缝焊接，安装加固经复测合格后先进行加固定位焊，加固定位焊缝在基层侧，定位焊缝需严格按正式焊缝的要求进行焊接。正式焊缝焊接时，先焊外侧基层焊缝，清根后焊内侧焊缝，焊接时遵循对称和分段退步焊的原则。

钢衬焊接时需做好防风和防雨措施，在孔身段设置移动式防雨篷将焊缝部位进行保护，内侧焊缝焊接时将管口一端进行封闭防止穿堂风和挡住外来大风。

5.6、焊缝检验及缺陷处理

焊缝焊接完成后，先通过目视、检验尺等对其进行外观检查。钢衬焊接完成后，钢板内壁的残留物和焊缝需及时清除和磨平。

在焊接完成24h以后进行内部质量无损检测。钢板一类焊缝100%超声波探伤检查，对超声波探伤有疑问处，以及“丁”字接头对接焊缝易产生焊接缺欠的部位用衍射时差法超声检测（TOFD）或射线检测（RT）进行复验。

无损检测人员需经过专业培训，通过国家专业部门考试，并取得无损检测资格证书。评定焊缝质量由II级或II级以上的无损检测人员担任。

如需缺陷处理，需明确具体部位及处理措施并经监理人员批准方可实施，消缺处理不得超过两次，如出现二次返修焊缝，需重报切实可行的处理措施并经监理批准后方可实施。

6、附件拆除

安装完毕，拆除钢衬上的工卡具、吊耳、内支撑和其他临时构件时，严禁使用锤击法，用碳弧气刨或氧―乙炔火焰在其离管壁3mm以上处切除，严禁损伤母材。切除后钢衬内壁用砂轮磨平，并认真检查有无微裂纹，发现裂纹用砂轮磨去，并复验确认裂纹已消除为止。

钢衬内支撑在混凝土浇筑14天后拆除，内支撑拆除符合DL/T5017及《招标文件》中技术条款的有关要求。

7、安装焊缝、内支撑顶点及油漆损坏部位补涂

在安装焊缝两侧各100mm范围、内支撑顶点部位以及涂层损坏处，钢衬表面按规定进行除锈及补刷涂料。

8、灌浆孔封堵

混凝土浇筑及接缝灌浆完成后，旋下保护孔塞。灌浆孔封堵前进行临时保护。封堵时按照事先制定好的封堵工艺进行，封堵时先拧下灌浆孔孔塞，将灌浆孔内的灰浆等杂物清除干净，用气喷灯或其它加热设备将灌浆孔内的水汽烤干并预热，然后旋上孔塞，以补强板作外层垫板，封焊灌浆孔，焊接过程中注意观察，若发现有水汽，继续烘烤，确认可焊接后方可继续焊接。将塞焊部位焊缝打磨平整，用着色渗透探伤检查焊缝表面有无裂纹，合格后进行灌浆孔部位的清理除锈，补刷涂料。

9、钢衬验收

钢衬安装完成后，按设计及设计规范要求对钢衬进行安装验收。

10、结语

根据黄登泄洪放空底孔钢衬现场施工情况，采用由两端向中间进行安装，钢衬中间设计凑合节，有效的加快了施工进度，安装各检测项目均满足设计规范要求，焊缝一次合格率100%，完全满足黄登水电站底孔过水要求。