论水电站大型压力钢管的级别确定与项目管理

2011-06-12罗洪

水利规划与设计 2011年5期

关键词：级别电站钢管

罗洪

（珠江水利委员会／珠江水利水电开发有限公司广州 510611）

1 引言

决策是行动的选择，而行动则是决策后的执行。人们的主观认识与客观实际情况总有一定的距离，存在着失真现象。

这种认识上的差距，使人们对社会现象的判断以及对工程设计方案（或标准）的选择，会出现一定的偏差［1］。

按照设计决策的信息、预测、系统性、科学、可行、选优、反馈、集体原则，针对按行业标准确定的电站压力钢管建筑物级别，研究大型压力钢管建筑物级别确定的合理性。

实施主体包括项目法人、设计单位、施工单位、监理单位等有关单位。

本文结合建设项目管理实践，探讨在业主项目管理决策过程中，打破思维惰性，从因果关系、从内部与外部系统的分析中推敲，研究大型压力钢管的建筑物级别确定对其工程建设的影响与项目管理措施。

并结合压力钢管规模的因素综合考虑大中型电站大型压力钢管的建筑物级别的确定，更好地进行大中型电站主要建筑物大型压力钢管的建设实施。

对于中型电站大型压力钢管的项目管理建议按照大型电站工程规模的要求进行建设，为中型电站大型压力钢管的建设实施作出了好的决策。

2 问题的提出

有一项目C，初步设计报告中按照行业标准确定工程规模为中型、工程等别为Ⅲ等、主要建筑物压力钢管的建筑物级别相应为3级，其压力钢管规模属大型。

但是，比C项目压力钢管规模小的A项目压力钢管的建筑物级别为2级；因为，它是从属于A项目工程规模为大型、引水系统工程等别为Ⅱ等确定的。

因此，需要研究大中型电站之大型压力钢管建筑物级别确定的合理性，及大中型电站之大型压力钢管的项目管理措施。

3 大型压力钢管的建筑物级别研究及其项目管理措施

3.1 C项目压力钢管建筑物级别的确定依据与压力钢管规模的说明

3.1.1 C项目压力钢管简况C项目是以发电为主的引水式电站，装机容量130MW （2×65MW）；主要建筑物有进水口、引水隧洞、调压室、压力钢管、厂房。最大水锤压力287.58mH2O。

压力钢管为高压埋管包括上平段、上弯段、上斜段、中上弯段、中平段、中下弯段、下斜段、下弯段、下平段共九段组成，主管全长675.40m、管径4.30m，支管总长36.0m、管径2.60m；高压埋管起始位置紧接调压室，高压埋管进口中心高程1095.02m、出口中心高程为水轮机安装高程916.0m，主管末端设 “Y形”对称岔管，岔管后接两根直径2.6m的支管，与水轮机蜗壳相接。为便于高压埋管的施工，钢管外侧与围岩间预留0.7m的空间，钢管安装完成后用C15素混凝土回填，并进行回填灌浆及接触灌浆，为提高围岩的物理力学参数，对其进行固结灌浆及锚杆加固措施。

3.1.2 C项目压力钢管建筑物级别的确定依据

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》［2］，发电装机容量50～300MW时，工程规模为中型、工程等别为Ⅲ等，其永久性水工建筑物的级别根据相应的工程等别确定主要建筑物级别为3级。同时，《水电站压力钢管设计规范》［5］，“压力钢管的级别划分应按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》执行”。

综上述，根据C项目发电装机容量130MW，初步设计报告确定工程等别为Ⅲ等、工程规模为中型、其主要建筑物压力钢管按3级建筑物设计。

3.1.3 C项目压力钢管规模的说明

压力钢管是将水在有压的状态下引入水轮机的输水管，既要承受电站最大水头、也要承受水锤动水压力，其管道内径D （m）和水压H （m）及其乘积HD值是标志压力钢管规模及其技术难度的最重要特征值。

水利部令第29号公布的《水利工程建设监理单位资质管理办法》附件三适用本办法的机电及金属结构设备等级划分标准、及全国生产许可证办公室颁发的《水工金属结构产品生产许可证换（发）证实施细则》中关于压力钢管规模的划分见表1。C项目压力钢管HD值为1290，从表1可看出其压力钢管规模属大型。

表1 水工金属结构（压力钢管）等级划分标准

3.2 大中型电站大型压力钢管建筑物级别的比较分析

人们通常习惯用已形成的传统思维考虑问题、用现有的标准为依据。这种习惯性思维方法，不善于引导自己的思路向不同层次的不同深度和不同领域的广度发展，因而不能产生新的知识交叉，创造出更理想的方案和产品［1］。以下按照决策的信息、预测、系统性、科学、可行、选优、反馈、集体原则，通过大中型工程大型压力钢管之建筑物级别的实例比较，进行大中型电站大型压力钢管建筑物级别确定的合理性分析。

3.2.1 大（1）型工程（一）

A项目压力钢管HD值按压力钢管设计水头（150.0mH2O）、直径（6.50m）计算为975，A项目压力钢管规模属大型。同时，按水库总库容确定工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等；按电站装机容量（540MW）对应的工程等别为Ⅱ等、相应的压力钢管建筑物级别为2级。

3.2.2 大（1）型工程（二）

B项目压力钢管HD值按压力钢管设计水头（130.0mH2O）、直径（11.0m）计算为1430，B项目压力钢管规模属大型。但是，按水库总库容确定工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等；按发电装机容量（240MW）对应的工程等别为Ⅲ等、相应的压力钢管建筑物级别为3级［3］。

3.2.3 中型工程

C项目压力钢管HD值按压力钢管设计水头（300.0mH2O）、直径（4.30m）计算为1290；C项目压力钢管规模属大型。但是，按发电装机容量（130MW）确定工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等、相应的压力钢管建筑物级别为3级。

比较上述大、中型工程，可以看出，压力钢管规模均属大型，且B项目、C项目的压力钢管规模大于A项目；但是，B项目、C项目的压力钢管建筑物级别却低于A项目。究其原因，大中型电站压力钢管的建筑物级别是按照现有行业标准中的水电站分等指标（即装机容量规模）确定引水发电系统工程等别及其对应的建筑物级别，未结合压力钢管规模的因素全面考虑。

3.3 大型压力钢管建筑物级别对其工程建设的影响与项目管理措施

3.3.1 中型电站大型压力钢管失稳案例

a）压力钢管级别与规模说明：BPJ项目按发电装机容量（100MW）确定工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等、相应的压力钢管建筑物级别为3级；HD特征值为1260、压力钢管规模属大型。

b）工程参建各方说明：建设管理单位是BPJ项目法人，工程设计单位有行业甲级设计资质、但类似规模工程设计经验不足，制造安装单位有水工金属结构产品大型规格生产许可证，施工监理单位有行业甲级监理资质。

c）大型压力钢管失稳简况：电站通过工程蓄水阶段验收、首台机组启动阶段验收投入运行近3个月，于2000年8月，检查发现高压埋管桩号K 0＋188.595～K 0＋538.348发生严重失稳变形。随后，项目法人组织对事故现场进行了调查，提出了“BPJ钢管失稳事故现场调查报告”，并按主管部门要求组织专家对高压埋管失稳重大质量事故原因进行了复核，主要是由于工程设计失误所致，施工单位也存在未按技术要求施工的情况。

d）大型压力钢管失稳处理：项目法人组织设计单位完成了《BPJ高压埋管修复工程初步设计报告》并报主管部门审查，设计历时约3个月。高压埋管修复工程包括新建管段和未失稳管段加固：新建管段（K0＋150.054～K0＋551.700）布置在原地下埋管上部20～30m范围内（满足3倍洞径要求），上游与原管未破坏的斜洞段连接，下游与原管未破坏的下平段连接。新管段长416.035m，内径4.3m，采用加劲环式16MnR钢内衬，混凝土衬圈厚度0.6m，围岩固结灌浆深度3.1m。未失稳管段加固（K0＋140～K0＋150.054和K0＋551.700～K0＋649）采用在原建钢管上开孔灌浆的加固处理措施，共开132孔，围岩固结灌浆深度3.1m。此外，为提高修复后高压埋管的安全度，设计围绕高压埋管主管增设了1～7号排水洞，并在各排水洞中合理布置了排水孔，形成了比较完善的地下水排水系统。施工历时约23个月。

综上述，由于高压埋管失稳：工期方面，从发现埋管失稳至修复投入运行造成工程延期30个月；投资方面，修复埋管增加工程投资占批复概算总投资的6%，且导致建设期利息的大幅增加；效益方面，减少了二年半的发电收益，约占批复概算总投资的65%；可以说，对于中型电站大型压力钢管的BPJ项目来说，失事后果十分严重。

3.3.2 大型压力钢管建筑物级别对其工程建设的影响与项目管理措施

以下从建设管理、工程设计、制造安装、施工监理四个方面分析大型压力钢管的建筑物级别对工程建设的影响及其项目管理措施。

a）建设管理：对于中型电站主要建筑物大型压力钢管，若按中型工程进行建设管理，与大型压力钢管在工程中的作用和重要性不相符。如C项目，HD值1290是大型压力钢管规模下限值的4.3倍，需要采用其它办法加强主要建筑物压力钢管的建设管理。

措施：高度重视中型电站大型压力钢管的建设管理，要求参建各方按照大型电站工程规模的有关规定进行压力钢管项目管理。如C项目，业主认真吸取了类似工程因设计单位在大型压力钢管设计失误、施工单位也未按技术要求进行施工造成大型压力钢管失稳的惨重教训，聘请国内知名专家对高压埋管设计、制安进行指导，组织召开高压埋管施工组织设计、高压埋管制安工艺专题审查会议，并进一步加强了高压埋管工程建设实施的监督检查［6］。

b）工程设计：经历了某些大型压力钢管失稳事故后，对《水电站压力钢管设计规范》进行了完善，也考虑了压力钢管规模及其技术难度（HD值）的因素。如C项目，按工程等别Ⅲ等确定的压力钢管级别为3级，压力钢管按3级建筑物设计对设计成果影响不大。

措施：中型电站大型压力钢管的设计应有行业甲级设计资质，按照大型电站工程规模的要求进行压力钢管设计项目管理。如C项目，设计单位资质为甲级，为了确保设计质量，仍然聘请了专家进行咨询、并参与关键部位钢岔管的设计。如B项目，虽然项目工程规模为大型，但其电站规模为中型、其压力钢管级别仅为3级，而压力钢管规模为大型（直径达11.0m、HD值为1430）；为此，也聘请了国内知名专家，经专家计算和结构优化将原设计为600MPa高强钢改为Q390C钢材。

c）制造安装：压力钢管规模不同其生产许可有不同的要求。

《水工金属结构产品生产许可证换（发）证实施细则》，按照“压力钢管规格分档为小型DH≤50、中型50＜DH≤300、大型300＜DH ≤1500、超大型DH＞1500”，对水工金属结构产品企业生产条件中的资源条件、质量与技术管理、生产过程管理、计量管理等有不同的要求；对水工金属结构产品质检人员和特殊工种人员等条件有不同的要求。

如C项目工程实践中，在参建各方会议审查“压力钢管制造安装施工组织设计（送审稿）”时，指出了“工地钢管制造厂资源配置不满足规定的要求，压力钢管制造的有关技术要求不完善。未按照有关制造安装规范［4］说明安装前应具备的条件、安装要求的说明、土建的要求等。未按照制造安装规范说明焊接工艺评定、焊后消应处理”。从上述可看出，C项目的施工组织、资源配置、制安质量与工期在初期很难达到制安规范的要求；而已成功组织实施的A项目严格按照制安规范组织实施、满足制安规范要求。究其主要原因，与C项目电站规模为中型、工程等别为Ⅲ等、相应的压力钢管级别为3级有关联。

措施：针对工程规模为中型、其大型压力钢管建筑物级别为3级和工程规模虽为大型、但大型压力钢管建筑物级别也为3级，其压力钢管施工单位资质应该提高，制造安装单位应有水工金属结构产品大型规格生产许可证，需按照大型电站工程规模的要求进行压力钢管施工项目管理。如C项目，制造安装单位在国内知名专家的指导下完善了压力钢管制安施工组织设计、压力钢管制安工艺要求及压力钢管焊接工艺的培训，加强了压力钢管制安的资源配置、质量控制等。如B项目，虽然工程规模为大型、压力钢管直径达11.0m、HD值为1430，但其压力钢管级别仅为3级；经国内知名专家建议，业主组织专家审查岔管和钢管的施工组织设计以及请焊接专家对焊接相关技术人员、管理人员、监理人员和业主工程部人员作业务培训，保证了压力钢管工程进度和质量。

d）施工监理：依据《水利工程建设监理单位资质管理办法》，资质方面丙级施工监理专业资质可以承担Ⅲ等工程施工监理业务；同时，其金属结构设备制造监理专业资质要求甲级承担大型压力钢管制造安装监理业务。然而，对于C项目，依据工程规模为中型、压力钢管为3级建筑物，对应的监理单位专业资质为丙级，不能满足大型压力钢管制安监理资质要求和监理工作需要。

措施：针对中型电站大型压力钢管的建筑物级别为3级，其相应的施工监理单位资质需要提高，特别要注意落实压力钢管制安监理专业人员资质与实践经验。如C项目，业主委托招标聘请甲级施工监理专业资质的单位进行施工监理，并要求配备资深金属结构专业监理工程师，且专业监理工程师获得了参建各方认可。

3.4 水电站大型压力钢管建筑物级别确定的建议

电站主要建筑物压力钢管的HD特征值标志了压力钢管规模及其技术难度。“水利水电工程建筑物的级别是对建筑物的不同技术要求和安全要求的反映，它根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性确定”，“水利水电工程水工建筑物的级别，则可根据具体情况，经论证后作适当调整”［2］。

综上述，对于大中型电站主要建筑物压力钢管应认真研究其HD特征值，其压力钢管建筑物级别除考虑所属工程的等别外还应结合HD特征值的因素来确定压力钢管的建筑物级别。如B项目、C项目，压力钢管规模属于大型，经过分析论证并经设计审查部门同意，其压力钢管的建筑物级别可提高一级、可以客观反映其在工程中的作用和重要性。