屈 江 昆， 魏 興 存， 黃 興

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

南湃(Nam Phay)水電站為長引水式電站，額定水頭700 m，設計引用流量14.03 m3/s，總裝機容量為86 MW，工程規(guī)模為二等大(2)型工程。壓力管道明管段外包鋼筋混凝土長648.5 m，鋼管內(nèi)徑為2 m，主管材質(zhì)為WDB620D低焊接裂紋敏感性低合金高強鋼，壁厚為30～46 mm。

明管段分為上斜管段和下斜管段，上斜管段長350.98 m，共布置3個鎮(zhèn)墩，明管起點到1#鎮(zhèn)墩為水平段，1#鎮(zhèn)墩到3#鎮(zhèn)墩為斜坡段，坡度i=0.286～0.563，其中3#鎮(zhèn)墩處為空間彎管；下斜管段長297.52 m，共布置3個鎮(zhèn)墩，末端為岔、支管，3#鎮(zhèn)墩末尾到6#鎮(zhèn)墩坡度i=0.225～0.483。

壓力鋼管外包混凝土最小厚度為0.5 m，管槽混凝土強度等級為C30，鎮(zhèn)墩混凝土強度等級為C25。

壓力管道明管段位于兩側(cè)溝夾持的山脊上，覆蓋層以崩積、殘坡積碎石土為主，薄層狀粉砂巖間夾于紫色泥巖中。1#～2#鎮(zhèn)墩之間的管槽基礎及其兩側(cè)坡均由緩傾岸里的黑色泥巖夾碳質(zhì)板巖構成，2#～3#鎮(zhèn)墩之間的管槽基礎及其兩側(cè)坡均由緩傾岸里的砂質(zhì)板巖(2#鎮(zhèn)墩附近)、白色泥巖(3#鎮(zhèn)墩附近)構成，3#～4#鎮(zhèn)墩之間的管槽基礎及其兩側(cè)坡均由緩傾岸里的紫色泥巖夾黃色泥巖構成，4#～6#鎮(zhèn)墩之間的管槽基礎及其兩側(cè)坡均由緩傾岸里的紫色泥巖夾黃色泥巖構成。

2 壓力鋼管的制作與安裝

2.1 壓力鋼管的制作

壓力管道制作采用的施工工藝為：下料→卷板→焊接→焊縫檢測及防腐，具體制作工藝見圖1。

圖1 壓力鋼管制作施工工藝圖

2.1.1 下料切割

鋼板劃線經(jīng)檢查合格后，采用數(shù)控切割機下料，用CG1-30型半自動切割機切割坡口。切割時，隨時調(diào)整割嘴使其與切割線吻合，切割后打磨清除棱邊上的毛刺、氧化鐵等，修出鈍邊。

2.1.2 卷 板

通常，鋼板兩端頭部有一段長度在卷板機上受不到上輥壓力、不能產(chǎn)生弧度，故卷板前先在2×630 t框型壓力機上用定型的胎膜壓制出符合要求的板端弧段預彎，即為壓頭。

卷板方向和鋼板的壓延方向一致，卷制成的管節(jié)瓦塊用規(guī)范規(guī)定的弦長的樣板檢查弧度，根據(jù)弧度，逐漸調(diào)整上輥下壓的程度。

根據(jù)卷板機的型號及板材的材質(zhì)、板厚等采用分段、分次的方法進行卷制，鋼管卷制原則上采用冷卷法，按照《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》(DL/T 5017-2007)規(guī)定，當鋼管內(nèi)徑和壁厚關系超過冷卷范圍時，卷制完成后，在焊接前進行熱處理，將熱處理溫度控制在150 ℃～250 ℃，保溫1.5 h，然后自然降溫。

2.1.3 焊 接

焊接鋼管直管的縱縫、環(huán)縫均采用埋弧自動焊，彎管采用手工電弧焊，加勁環(huán)的焊接主要采用二氧化碳氣體保護焊。

施焊前清除坡口及其兩側(cè)10～20 mm范圍內(nèi)的水份、油污、鐵銹、氧化層等并將其打磨出金屬光澤。所有焊接材料(除氣體保護焊外)均按說明書要求進行烘烤，現(xiàn)場先進行試板焊接，焊接方法采用自動焊及手工焊(平、立、橫、仰)，焊縫正面焊接完成后，背面采用碳弧氣刨清根后再進行焊接。

2.1.4 焊縫的檢測及防腐

鋼管焊接完畢進行焊縫外觀檢查，對于焊縫表面有咬邊、焊瘤的部位用砂輪打磨，使其表面光滑平整。焊縫內(nèi)部的質(zhì)量檢測采用超聲波檢測、射線抽檢的方法進行，檢測比例應符合相關規(guī)范要求。檢測后對發(fā)現(xiàn)的缺陷需進行記錄，按程序進行返修并再次進行檢測，直至其達到合格要求。

鋼管內(nèi)外壁表面涂裝前，其表面采用噴砂槍除銹，除銹要達到相關標準規(guī)定的Sa21/2級標準，鋼管外壁除銹后達到Sa1級標準。鋼管段內(nèi)壁涂刷環(huán)氧煤瀝青涂料，涂刷后干漆膜厚度不小于450 μm，外壁涂刷改性水泥膠漿。

2.2 鋼管的安裝

2.2.1 運輸就位

采用汽車吊裝、拖車運輸鋼管至現(xiàn)場，卸車架或吊車直接卸車，管槽內(nèi)運輸時采用在管槽內(nèi)敷設軌道滑行至安裝位置，最后自下而上逐節(jié)鎖定。

2.2.2 鋼管對接及環(huán)縫焊接

調(diào)整鋼管中心軸線并加固，加固位置在鋼管底部及側(cè)面，最后自下而上順序進行環(huán)縫焊接對接，鋼管安裝中心的極限偏差均符合表1的規(guī)定。

表1 鋼管安裝中心極限偏差表

始裝節(jié)兩端管口垂直度偏差不超過±3 mm。安裝后管口圓度偏差小于5D/1 000，且不大于40 mm。測量了八個點，共四個方向的直徑，確認其直徑偏差小于2 mm。

環(huán)縫焊接不能出現(xiàn)跳越和強行組裝，以減少現(xiàn)場環(huán)縫焊接造成的殘余應力。

2.2.3 現(xiàn)場焊縫的檢測及防腐

壓力鋼管的安裝幾何尺寸、焊接材料、焊縫外觀質(zhì)量需符合《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》DL/T5017—2007要求，安裝后采用超聲波檢測，共檢測了1 938.6 m，一次合格率為99.9%，經(jīng)返修后合格率達100%，最后采用X射線檢測進行抽檢，全部合格。油漆涂裝控制厚度為500～530 μm，涂裝質(zhì)量合格率為100%。

3 壓力鋼管外包混凝土施工

3.1 外包混凝土施工程序(圖2)

圖2 外包混凝土施工程序圖

3.2 鎮(zhèn)墩地基處理和管槽基礎處理

基礎巖面的處理需先撬挖松動石塊，清除浮渣、泥沙和污物，并用壓力風、水沖洗干凈，排干積水。對于因地質(zhì)原因造成超挖的深坑部位，按設計和規(guī)范要求進行處理。

3.3 一期鋼筋混凝土工程

鎮(zhèn)墩及管槽基礎錨桿及錨筋樁施工完成經(jīng)驗收并合格后進行一期混凝土鋼筋的安裝。鋼筋在鋼筋廠加工，使用 8 t平板車運輸至現(xiàn)場施工平臺，人工輔助25 t汽車吊垂直運輸至工作面，現(xiàn)場環(huán)向主筋接頭采用一頭焊接、另一頭機械連接，縱向分布筋采用綁扎連接?；炷练謧}按設計要求長12 m，縱向分布鋼筋過縫，過縫鋼筋接頭錯開，錯開距離應滿足規(guī)范要求。混凝土立模澆筑采用常規(guī)方法施工，一期混凝土施工完成后縫面嚴格進行100%鑿毛處理，以充分確保新老混凝土的良好結合。

3.4 二期外包鋼筋混凝土施工

二期外包鋼筋混凝土施工緊跟鋼管安裝進度，二者施工工作面距離不超過5個安裝管節(jié)，從而有效降低了因鋼管安裝過長而對下部已焊接完成的環(huán)縫產(chǎn)生的壓應力。

混凝土由廠區(qū)拌和站集中拌制，采用6～8 m3混凝土罐車運至施工現(xiàn)場操作平臺。采用HTB80混凝土泵機泵送入倉。

4 外包混凝土外部防水及回填覆蓋處理

外包混凝土及鎮(zhèn)墩表面粘貼SBS改性瀝青防水卷材，與填土相鄰部位采用5 mm厚泡沫板保護，上部采用原土覆蓋回填，按照設計要求通過碾壓試驗確定的碾壓參數(shù)進行。覆蓋土回填的目的是為了降低壓力鋼管充水后外界環(huán)境溫度變化對外包混凝土及鋼管外壁產(chǎn)生多余的應力約束，使壓力鋼管外包混凝土處于一個相對穩(wěn)定的外部環(huán)境溫度中。

5 充水試驗及安全監(jiān)測

5.1 充水試驗

5.1.1 預充水試驗

為了盡可能地消除壓力管道可能存在的殘余應力，為整個引水系統(tǒng)提供充水檢驗，為工程運行前的安全性評估、順利投入運行提供技術支撐和保障進行了預充水試驗。預充水試驗步驟：充水準備工作→3#鎮(zhèn)墩以下充水→穩(wěn)壓24 h→1#鎮(zhèn)墩-3#鎮(zhèn)墩充水→穩(wěn)壓240 h、結果分析→1#鎮(zhèn)墩-3#鎮(zhèn)墩放水→穩(wěn)壓12 h→3#鎮(zhèn)墩以下放水→結果分析判定合格→臨時設施拆除。

5.1.2 引水系統(tǒng)充水試驗

在預充水試驗滿足要求后進行了引水系統(tǒng)充水試驗，充水試驗時對壓力鋼管段充水過程進行了簡化，一次連續(xù)充水至下平段，最終充水水頭為735 m，鋼管最大水壓達到設計壓力7.13 MPa。

5.2 安全監(jiān)測設備的布置及監(jiān)測成果

該工程在壓力管道外壁安裝了鋼板計用于監(jiān)測管道受力，在管道周圍混凝土布置了鋼筋計用于監(jiān)測混凝土鋼筋應力變化，在管道外壁與混凝土之間安裝了縫隙計用于觀測管道與混凝土之間的接縫變化，在管道混凝土與基巖間安裝了測縫計用于監(jiān)測基巖與混凝土之間的接縫變化。

充水監(jiān)測成果見表1。

表1 鋼管安裝充水監(jiān)測成果表

從監(jiān)測結果看，使用測縫計監(jiān)測混凝土與壓力鋼管之間的縫隙開合度未發(fā)生變化，混凝土與基巖之間的縫隙開合度滿足要求?？p隙計監(jiān)測縫隙開合度均呈現(xiàn)張開變化，變化范圍在0.04 mm以內(nèi)，符合充水規(guī)律，混凝土與壓力鋼管之間的縫隙開合度滿足要求。鋼板計應力呈拉應變變化，應變量變幅在5.18～856.85 με之間。從充水開始至結束，呈增大趨勢，未出現(xiàn)異常變化。鋼筋計監(jiān)測應力變化呈拉應力變化，應力值變幅為46.45～188.12 MPa，滲壓計變化幅度不大，均在正常變化范圍內(nèi)，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)和指標均符合充水規(guī)

律，達到了充水預期和運行要求。

6 結 語

老撾南湃水電站壓力鋼管設計最大水頭為735 m，且該電站壓力鋼管所處地質(zhì)邊坡及開挖基礎地質(zhì)條件非常復雜，經(jīng)設計單位采用彈性力學有限元結構分析和充水試驗檢驗，嚴格把控每一個施工環(huán)節(jié)，保證了工程施工質(zhì)量。2017年4月整個引水系統(tǒng)安全鑒定通過并順利完成了充水試驗及階段驗收，2017年5月并網(wǎng)發(fā)電進入商業(yè)運行。目前電站運行情況良好、穩(wěn)定，壓力鋼管各項儀器監(jiān)測數(shù)值變化符合運行規(guī)律，工程施工達到了設計及規(guī)范要求，對類似高水頭且地質(zhì)條件復雜的壓力鋼管安裝及外包鋼筋混凝土施工具有借鑒及指導意義。