溪洛渡拱壩泄洪深孔鋼襯制安的質(zhì)量控制

莫讓華，文仁興

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

溪洛渡拱壩泄洪深孔鋼襯制安的質(zhì)量控制

莫讓華，文仁興

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

溪洛渡水電站拱壩深孔復(fù)合鋼襯制安工期短、難度高、工程量大，監(jiān)理工程師采用了有效的控制和方法，并在工作中協(xié)調(diào)好土建施工與金結(jié)安裝的關(guān)系，確保了深孔鋼襯制安工程施工的優(yōu)質(zhì)、高效。

泄洪底孔;復(fù)合鋼襯;安裝;質(zhì)量控制;溪洛渡水電站

1 前 言

溪洛渡水電站樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。攔河大壩為混凝土拋物線雙曲拱壩，壩頂高程610m，頂拱中心線弧長681.51m，雙曲拱壩內(nèi)設(shè)有10個導(dǎo)流底孔、8個泄洪深孔和7個表孔，壩后水墊塘消能。

大壩泄洪深孔共8孔，鋼襯兩兩對稱布置在12～19號壩段內(nèi)，進(jìn)口堰頂高程分別為502.8m、499.3m、495.7m、490.7m。每孔內(nèi)鋼襯由進(jìn)口段、孔身段、出口段、通氣孔以及支撐大梁組成;鋼襯進(jìn)口設(shè)置事故鏈輪閘門，出口設(shè)置弧形工作閘門。鋼襯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷面尺寸為10.5m×5.2m，進(jìn)口段為喇叭形，孔身段采用橢圓曲線，出口段為壓力上翹及散射結(jié)構(gòu)。鋼襯設(shè)有縱橫交錯的加勁肋板，面板鋼材為00Cr22Ni5Mo3N(2205)不銹鋼復(fù)合鋼板，基層厚度20mm，復(fù)層厚度4mm，基層和加勁肋板的材質(zhì)為Q345C鋼板。

泄洪深孔鋼襯設(shè)計重量4 645.8t，鋼襯制作集中在2011年6～9月，制作最高強(qiáng)度達(dá)到1 200 t/月;鋼襯安裝工期主要集中2011年9～2012年1月，安裝最高強(qiáng)度達(dá)到1 500t/月。4號深孔鋼襯安裝最短工期為19天，1～8號深孔鋼襯安裝平均工期為22天。12～19號壩段的倉面施工平均間歇期為30天。

2 鋼襯制作

2.1 施工組織設(shè)計審查

2.1.1 設(shè)計修改

(1)鋼襯斷面設(shè)計為上下不出頭的井字形，縱縫鑲在復(fù)合層上，這樣坡口加工難度大，且基層和復(fù)合層均需使用不銹鋼焊條，容易出現(xiàn)復(fù)合層間脫層及不銹鋼面出現(xiàn)裂紋。因此，將鋼襯斷面優(yōu)化為方框形，縱縫的坡口型式改為外側(cè)雙邊V形坡口，內(nèi)側(cè)略微U形坡口，坡口鈍邊1～2mm(見圖1)。

圖1 鋼襯縱縫坡口

(2)環(huán)縫設(shè)計的坡口型式為對稱X形坡口，復(fù)合層的厚度較小，加勁肋板焊接后本身存在向基層方向一定的變形，這樣會造成環(huán)縫焊接后內(nèi)側(cè)凹陷更大，且坡口加工困難。因此，將環(huán)縫的坡口改為非對稱的X形坡口，坡口鈍邊2～4mm(見圖2)。

圖2 鋼襯環(huán)縫坡口

(3)為了便于加勁肋板的焊接、避免肋板的坡口加工、節(jié)省鋼襯制作坡口工序，直接使用角焊縫，并保證焊縫高度不小于12mm。

(4)進(jìn)出口段鋼襯最大尺寸為5 200mm×11 200mm，且?guī)A弧，為了保證鋼襯在制作、安裝及混凝土澆筑過程中不發(fā)生變形，進(jìn)出口段鋼襯增設(shè)加勁肋板。

2.1.2 焊接試驗及評定

鋼襯焊接前完成焊接工藝評定報告，試板的焊材、焊接形式與施工環(huán)境與鋼襯制安一致，試板焊接的力學(xué)性能和機(jī)械性能滿足設(shè)計要求。

通過焊接工藝評定，基層選用 φ3.2或φ4.0CHE507焊條，復(fù)合層選用φ3.2E2209－16焊條，肋板角焊縫選用 CO2氣體保護(hù)焊，焊絲為φ1.2ER50 －6。

縱縫選用立焊，環(huán)縫根據(jù)位置不同選用平焊、立焊和仰焊?？v縫和環(huán)縫的基層分為3層6道焊，復(fù)合層分為過渡層焊、填充焊和蓋面層焊，蓋面層焊縫高于母材2～3mm，使用角磨機(jī)打磨并與母材平滑過渡。焊接參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)

2.1.3 內(nèi)支撐布置

為了防止鋼襯在運輸、吊裝及混凝土澆筑過程中發(fā)生變形，在孔身段每管節(jié)設(shè)雙排內(nèi)支撐。內(nèi)支撐呈井字形布置，采用木楔與不銹鋼面緊固。進(jìn)口段和出口段鋼襯使用內(nèi)支撐連接成整體，內(nèi)支撐與鋼襯基層焊接牢固，便于鋼襯吊裝和質(zhì)量控制。

2.1.4 制作分節(jié)確定

溪洛渡大壩泄洪深孔水頭高達(dá)120m、水流含沙量高、鋼襯斷面尺寸較大、出口段流速達(dá)到42m/s等特點，將鋼襯主材由Q345C改為復(fù)合鋼板。

結(jié)合30t平移式纜索式起重機(jī)吊裝的入倉手段，鋼襯采用2～2.5m分節(jié)制作。由于鋼襯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了節(jié)省鋼襯制作損耗，鋼襯采用定尺供料。

2.1.5 鋼襯制安主要項目的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

表2 鋼襯制安質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.2 鋼板下料和坡口加工

鋼板下料和切割后的尺寸準(zhǔn)確性是后續(xù)鋼襯安裝時縱縫不錯位的關(guān)鍵。坡口加工會影響焊縫的焊接質(zhì)量。加工中掌握等離子切割機(jī)的切割余量，盡量控制切割后的尺寸偏差為0～－1mm;基層側(cè)坡口使用半自動切割機(jī)加工，復(fù)合層側(cè)坡口使用角磨機(jī)人工打磨，加工后的坡口角度偏差為0°～5°;鋼板的圓弧段使用卷板機(jī)加工，使用樣板校驗，預(yù)留一定的焊接反變形，且圓面度小于2mm/m。

進(jìn)口段鋼襯的兩條縱縫是兩個不同圓弧形成的相貫線，將圓弧展開成平面按100mm/點進(jìn)行劃線，將所有點連成線即為相貫線，并根據(jù)相貫線的形狀制作等離子切割機(jī)的行走軌道。

2.3 加勁肋板拼裝和焊接

對下料后彎曲度大于1m/m且全長超過5mm的加勁肋板進(jìn)行校正。在拼裝平臺上對加勁肋板的布置位置進(jìn)行劃線。劃線原則是兩側(cè)距離邊線250mm，中間距離均等分布，并復(fù)核是否與其相鄰?fù)咂募觿爬甙宀贾靡恢隆?/p>

加勁肋板從中間向兩側(cè)對稱拼裝，面板與肋板之間無間隙，肋板與肋板之間間隙小于1mm，局部間隙小于3mm，對肋板的整體要求為橫平豎直。

如個別瓦片焊接后面板平面度超過3mm/m，要求采用壓力機(jī)冷壓處理。

2.4 鋼襯組裝和縱縫焊接

在距離縱縫100mm的位置劃出各瓦片的測量控制線。放出具體管節(jié)的組裝地樣，按同一管節(jié)的組裝順序吊裝到位，根據(jù)管節(jié)組裝圖進(jìn)行調(diào)整和加固。管節(jié)組裝后檢查進(jìn)出口的管口長度、寬度、對角線、對接間隙、對接錯臺、內(nèi)支撐加固等應(yīng)滿足設(shè)計要求，相鄰?fù)咂募觿爬甙鍖渝e臺小于2mm。根據(jù)相鄰管口的尺寸偏差調(diào)整正在拼裝的管口尺寸，并保證兩管口的尺寸偏差小于2mm。

管節(jié)驗收合格后對焊縫實行開焊令制度，并巡視和抽查焊接過程中的焊接參數(shù)、焊接順序和分層分道以及焊接線能量。焊接過程中，注意隨著焊接位置、組裝間隙的變化，合理調(diào)整焊接方法及焊條角度，蓋面時注意焊縫條紋的均勻性和焊縫成型，焊工的鋼號與實際焊縫一致。在需搭設(shè)施工排架的部位，施工排架必須規(guī)范且牢靠，盡量為焊工創(chuàng)造更好的焊接環(huán)境。

2.5 鋼襯焊縫探傷

探傷前完成焊縫外觀的質(zhì)量檢查驗收。焊縫采用以RT為主、UT為輔、復(fù)合層PT探傷的方式。RT探傷從基層坡口兩側(cè)熔合線各50mm內(nèi)進(jìn)行掃描檢查，對存在疑問的RT以及進(jìn)口段的相貫線焊縫采用UT復(fù)核，Ⅰ類縱縫和Ⅱ類環(huán)縫的RT和PT的抽檢比例均為100%。

1～8號鋼襯縱縫總共2 681m，返修長度為10.95m，一次探傷合格率為99.59%;鋼襯環(huán)縫總共4 485m，返修長度為25.02m，一次探傷合格率為99.44%。鋼襯焊縫的主要缺陷是復(fù)合層出現(xiàn)裂紋，環(huán)縫出現(xiàn)缺陷的部位主要在十字接頭。

鋼襯環(huán)縫的十字接頭焊接時應(yīng)力集中，焊接角度差，超過50%的復(fù)合層出現(xiàn)裂紋缺陷，返修后裂紋擴(kuò)散，并且裂紋出現(xiàn)在焊縫的表面。因此，鋼襯焊縫返修處理以及在十字接頭焊接時，采取焊接一層打磨、PT，合格后再焊接下一層，并對十字接頭焊縫采取層層消應(yīng)。后續(xù)90%以上的十字接頭焊縫一次探傷合格。

2.6 除銹和涂裝

鋼襯內(nèi)側(cè)不銹鋼面整體打磨拋光，外側(cè)涂刷兩層加有緩蝕劑的水泥砂漿。鋼襯外側(cè)人工除銹，除銹等級達(dá)到Sa1級;涂裝要求是涂料均勻、厚度一致、輪廓清晰、附著力強(qiáng)，無掛流、起皺和氣泡等缺陷。

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2.7 不銹鋼保護(hù)

鋼襯的復(fù)合層只有4mm，損壞后容易出現(xiàn)銹蝕，故在鋼襯制作、安裝和內(nèi)支撐拆除過程中需使用膠皮、竹夾板、防飛濺粉等加以保護(hù)。

對不銹鋼面出現(xiàn)的鋼材碰傷、電流劃傷、飛濺顆粒、局部銹蝕應(yīng)及時處理，在內(nèi)支撐拆除前后進(jìn)行整體消缺和打磨拋光，并進(jìn)行最終驗收。

3 鋼襯安裝

3.1 確定始裝節(jié)

結(jié)合倉面鋼筋分布特點及鋼襯安裝資源配置，確定水平段的中間管節(jié)為始裝節(jié)。水平段鋼襯一次吊裝就位，且分別向上下游方向同時進(jìn)行安裝。

3.2 鋼襯兩兩組拼

為了減少鋼襯在倉面上的安裝工期，避免深孔壩段的倉面間歇期過長，以及降低幾個深孔壩段同時安裝鋼襯的資源配置壓力，單節(jié)鋼襯在左岸高程610m和高程590m平臺提前進(jìn)行兩兩組裝和環(huán)縫焊接，使用兩臺纜機(jī)抬吊鋼襯上壩。

通過300t吊車將鋼襯在左岸高程610m平臺翻身，按照倉面安裝順序依次吊裝到位，根據(jù)實際制作的鋼襯兩側(cè)寬度偏差適當(dāng)調(diào)整環(huán)縫間隙。

鋼襯兩兩組拼完成后，在每節(jié)鋼襯底板中部開設(shè)1個φ200mm振搗孔及四周各1個φ25mm灌漿孔。振搗孔底部設(shè)置墊板，振搗孔的鋼板對應(yīng)編號，并在其中間開設(shè)φ25mm灌漿孔，將鋼板在圓周方向上打磨成單邊V形坡口。

3.3 鋼襯抬吊

倉面具備安裝條件后，對鋼襯安裝的中心點、里程、高程基準(zhǔn)點進(jìn)行測量放樣，并根據(jù)放樣點位安裝施工軌道，軌道端面略低于鋼襯底部的設(shè)計高程。安裝的軌道在中心距離、相對平面度、剛度上滿足鋼襯就位及調(diào)整的需要。

鋼襯抬吊前，檢查吊耳是否焊接牢固、內(nèi)支撐是否緊固、材料是否清理干凈、平衡梁和起吊用具是否滿足抬吊要求、纜機(jī)聯(lián)機(jī)是否可靠。纜機(jī)抬吊鋼襯時，兩臺纜機(jī)必須實行一臺纜機(jī)聯(lián)動操作，同時纜機(jī)的大車行走、牽引和起升按微速檔操作，并對纜機(jī)抬吊鋼襯進(jìn)行全過程監(jiān)控。

3.4 鋼襯調(diào)整和加固

根據(jù)放樣點對鋼襯始裝節(jié)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過程中分別檢查上下游管口的結(jié)構(gòu)尺寸，保證鋼襯左右兩側(cè)中心的高程差小于5mm、上下中心的左右偏差小于5mm、進(jìn)口與出口的里程小于5mm，上下中心的垂直度小于3mm。

始裝節(jié)驗收合格后，相鄰的鋼襯與始裝節(jié)進(jìn)行對縫調(diào)整，根據(jù)相鄰管節(jié)的尺寸偏差首先將四個縱縫角定位焊，然后四邊依次壓縫。如鋼襯管口中心出現(xiàn)一定的偏差，根據(jù)鋼襯管口中心的偏離方向，通過對接環(huán)縫的間隙進(jìn)行適當(dāng)修正，并提前做好管口中心發(fā)生偏離的預(yù)控措施。

進(jìn)、出口段鋼襯調(diào)整時，與門槽埋件相關(guān)聯(lián)的尺寸控制較多，優(yōu)先保證與門槽埋件相連的尺寸偏差，再控制遠(yuǎn)端與模板相連的結(jié)構(gòu)尺寸。出口段鋼襯安裝時需充分考慮工作弧門整體吊裝的凈空尺寸。

3.5 鋼襯環(huán)縫凹陷處理

鋼襯結(jié)構(gòu)尺寸大、外側(cè)加勁肋板多、鋼襯壁厚相對較薄，在環(huán)縫壓縫后就存在2～3mm的內(nèi)側(cè)凹陷，根據(jù)焊接工藝最后進(jìn)行復(fù)合層焊接，這在不同程度上又增加了環(huán)縫的內(nèi)側(cè)凹陷。為了減少內(nèi)側(cè)環(huán)縫凹陷，環(huán)縫間隙預(yù)留3～5mm，打磨基層的坡口以增加基層焊縫的填充量，外側(cè)縱肋加密布置，基層分段焊接后將原定位焊氣刨，以減少背縫清根工程量?；鶎雍附訒r選用焊接工藝評定的上限值，復(fù)合層焊接時選用其下限值，并將復(fù)合層的層間溫度控制在100℃左右。焊接過程中安排專人監(jiān)測環(huán)縫內(nèi)側(cè)凹陷的變化情況。

采取措施后，1～8號鋼襯環(huán)縫的內(nèi)側(cè)凹陷控制在4mm/m范圍內(nèi)，部分環(huán)縫幾乎沒有內(nèi)側(cè)凹陷。

3.6 鋼襯安裝與土建施工關(guān)系

1～8號鋼襯底板以下的各種規(guī)格鋼筋平均達(dá)到400t，且鋼襯安裝與土建施工存在交叉影響，在如何保證鋼襯安裝質(zhì)量的前提下加快土建施工進(jìn)度，做好鋼襯安裝與土建施工的有序銜接是關(guān)鍵。監(jiān)理工程師采取了鋼襯安裝分段移交的工作方法，每節(jié)鋼襯安裝完成后通過水準(zhǔn)儀和掛線錘方式進(jìn)行初次驗收，單孔安裝完成后使用全站儀進(jìn)行整體測量驗收。進(jìn)、出口段鋼襯提前安裝和測量驗收，在鋼襯環(huán)縫的基層焊接完成后，要求優(yōu)先焊接兩側(cè)腰線以下的復(fù)合層，并對腰線以下的焊縫進(jìn)行外觀驗收、無損檢測和環(huán)縫涂裝，從而為土建施工創(chuàng)造了有利條件。

3.7 鋼襯制安的反思

(1)鋼襯瓦片兩側(cè)的加勁肋板在焊接后，由于受焊接變形影響，面板向基層方向出現(xiàn)了一定的變形，這對后續(xù)環(huán)縫內(nèi)側(cè)凹陷的控制帶來難度。如果瓦片預(yù)留反變形會增加制作難度，因此瓦片兩側(cè)的加勁肋板先進(jìn)行點焊，在環(huán)縫全部工序完成后，再手工焊接加勁肋板的角焊縫，這樣能避免瓦片兩側(cè)的焊接變形。

(2)為了預(yù)防鋼襯縱縫可能出現(xiàn)節(jié)間錯臺，制作時管節(jié)兩端各預(yù)留200mm縱縫未焊接，這會造成安裝時出現(xiàn)十字接頭焊縫，對焊縫質(zhì)量帶來一定的影響。實踐證明，只要控制了鋼板的下料尺寸和管節(jié)的組裝尺寸，縱縫對接不會出現(xiàn)錯臺，對接質(zhì)量完全滿足質(zhì)量要求，因此可以一次性焊接完成縱縫。

(3)進(jìn)口段鋼襯制作分為上下兩段，下段呈U形，上段為平行且左右對稱的瓦片，下段鋼襯頂部距離倉面8m。由于鋼襯在運輸、翻身及吊裝過程中出現(xiàn)了變形，造成鋼襯安裝后其頂部的位置偏差超標(biāo)。對進(jìn)口段鋼襯上口的加勁肋板割斷，調(diào)整合格后再將割開的肋板補(bǔ)焊和加固，對后續(xù)未安裝的進(jìn)口段鋼襯模擬現(xiàn)場工況先在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)安裝，在其上口使用鋼管在弦長和弦高方向上予以固定，并加強(qiáng)現(xiàn)場安裝的過程質(zhì)量控制。

4 鋼襯制安質(zhì)量控制成果

1～8號鋼襯管節(jié)組裝后平均長度偏差2.4mm，寬度偏差1.7mm，管口對角線偏差2.1mm，管口與孔中心垂直度偏差1.3mm，面板不平度不大于3mm/m。

1～8號鋼襯安裝后，所有縱縫完全對齊，間隙相對均勻，錯臺不大于2mm，與門槽相連的尺寸偏差小于 －2～+5mm，其他管口中心平均偏差7.3mm，管口高程平均偏差6.4mm，環(huán)縫內(nèi)側(cè)凹陷不大于4mm/m，且斜度小于1/50的坡度要求。對所有環(huán)縫的氣孔、咬邊、凹坑進(jìn)行補(bǔ)焊和打磨處理，焊縫與母材平滑過渡。

5 結(jié)束語

通過后續(xù)的深孔進(jìn)口事故門槽安裝和出口工作弧門吊裝，驗證了溪洛渡深孔鋼襯制安質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

TV523

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1003－9805(2012)增刊－0076－04

2012－08－15

莫讓華(1974－)，男，四川成都人，工程師，主要從事水電工程設(shè)備管理、安裝和運行工作。