溪洛渡拱坝泄洪深孔钢衬制安的质量控制

2012-06-12莫让华文仁兴

水电站设计 2012年1期

关键词：钢衬纵缝环缝

莫让华，文仁兴

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

溪洛渡拱坝泄洪深孔钢衬制安的质量控制

莫让华，文仁兴

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

溪洛渡水电站拱坝深孔复合钢衬制安工期短、难度高、工程量大，监理工程师采用了有效的控制和方法，并在工作中协调好土建施工与金结安装的关系，确保了深孔钢衬制安工程施工的优质、高效。

泄洪底孔;复合钢衬;安装;质量控制;溪洛渡水电站

1 前言

溪洛渡水电站枢纽由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成。拦河大坝为混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程610m，顶拱中心线弧长681.51m，双曲拱坝内设有10个导流底孔、8个泄洪深孔和7个表孔，坝后水垫塘消能。

大坝泄洪深孔共8孔，钢衬两两对称布置在12～19号坝段内，进口堰顶高程分别为502.8m、499.3m、495.7m、490.7m。每孔内钢衬由进口段、孔身段、出口段、通气孔以及支撑大梁组成;钢衬进口设置事故链轮闸门，出口设置弧形工作闸门。钢衬标准节断面尺寸为10.5m×5.2m，进口段为喇叭形，孔身段采用椭圆曲线，出口段为压力上翘及散射结构。钢衬设有纵横交错的加劲肋板，面板钢材为00Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢复合钢板，基层厚度20mm，复层厚度4mm，基层和加劲肋板的材质为Q345C钢板。

泄洪深孔钢衬设计重量4 645.8t，钢衬制作集中在2011年6～9月，制作最高强度达到1 200 t/月;钢衬安装工期主要集中2011年9～2012年1月，安装最高强度达到1 500t/月。4号深孔钢衬安装最短工期为19天，1～8号深孔钢衬安装平均工期为22天。12～19号坝段的仓面施工平均间歇期为30天。

2 钢衬制作

2.1 施工组织设计审查

2.1.1 设计修改

(1)钢衬断面设计为上下不出头的井字形，纵缝镶在复合层上，这样坡口加工难度大，且基层和复合层均需使用不锈钢焊条，容易出现复合层间脱层及不锈钢面出现裂纹。因此，将钢衬断面优化为方框形，纵缝的坡口型式改为外侧双边V形坡口，内侧略微U形坡口，坡口钝边1～2mm(见图1)。

图1 钢衬纵缝坡口

(2)环缝设计的坡口型式为对称X形坡口，复合层的厚度较小，加劲肋板焊接后本身存在向基层方向一定的变形，这样会造成环缝焊接后内侧凹陷更大，且坡口加工困难。因此，将环缝的坡口改为非对称的X形坡口，坡口钝边2～4mm(见图2)。

图2 钢衬环缝坡口

(3)为了便于加劲肋板的焊接、避免肋板的坡口加工、节省钢衬制作坡口工序，直接使用角焊缝，并保证焊缝高度不小于12mm。

(4)进出口段钢衬最大尺寸为5 200mm×11 200mm，且带圆弧，为了保证钢衬在制作、安装及混凝土浇筑过程中不发生变形，进出口段钢衬增设加劲肋板。

2.1.2 焊接试验及评定

钢衬焊接前完成焊接工艺评定报告，试板的焊材、焊接形式与施工环境与钢衬制安一致，试板焊接的力学性能和机械性能满足设计要求。

通过焊接工艺评定，基层选用 φ3.2或φ4.0CHE507焊条，复合层选用φ3.2E2209－16焊条，肋板角焊缝选用 CO2气体保护焊，焊丝为φ1.2ER50 －6。

纵缝选用立焊，环缝根据位置不同选用平焊、立焊和仰焊。纵缝和环缝的基层分为3层6道焊，复合层分为过渡层焊、填充焊和盖面层焊，盖面层焊缝高于母材2～3mm，使用角磨机打磨并与母材平滑过渡。焊接参数见表1。

表1 焊接参数

2.1.3 内支撑布置

为了防止钢衬在运输、吊装及混凝土浇筑过程中发生变形，在孔身段每管节设双排内支撑。内支撑呈井字形布置，采用木楔与不锈钢面紧固。进口段和出口段钢衬使用内支撑连接成整体，内支撑与钢衬基层焊接牢固，便于钢衬吊装和质量控制。

2.1.4 制作分节确定

溪洛渡大坝泄洪深孔水头高达120m、水流含沙量高、钢衬断面尺寸较大、出口段流速达到42m/s等特点，将钢衬主材由Q345C改为复合钢板。

结合30t平移式缆索式起重机吊装的入仓手段，钢衬采用2～2.5m分节制作。由于钢衬结构复杂，为了节省钢衬制作损耗，钢衬采用定尺供料。

2.1.5 钢衬制安主要项目的质量标准(见表2)。

表2 钢衬制安质量标准

2.2 钢板下料和坡口加工

钢板下料和切割后的尺寸准确性是后续钢衬安装时纵缝不错位的关键。坡口加工会影响焊缝的焊接质量。加工中掌握等离子切割机的切割余量，尽量控制切割后的尺寸偏差为0～－1mm;基层侧坡口使用半自动切割机加工，复合层侧坡口使用角磨机人工打磨，加工后的坡口角度偏差为0°～5°;钢板的圆弧段使用卷板机加工，使用样板校验，预留一定的焊接反变形，且圆面度小于2mm/m。

进口段钢衬的两条纵缝是两个不同圆弧形成的相贯线，将圆弧展开成平面按100mm/点进行划线，将所有点连成线即为相贯线，并根据相贯线的形状制作等离子切割机的行走轨道。

2.3 加劲肋板拼装和焊接

对下料后弯曲度大于1m/m且全长超过5mm的加劲肋板进行校正。在拼装平台上对加劲肋板的布置位置进行划线。划线原则是两侧距离边线250mm，中间距离均等分布，并复核是否与其相邻瓦片的加劲肋板布置一致。

加劲肋板从中间向两侧对称拼装，面板与肋板之间无间隙，肋板与肋板之间间隙小于1mm，局部间隙小于3mm，对肋板的整体要求为横平竖直。

如个别瓦片焊接后面板平面度超过3mm/m，要求采用压力机冷压处理。

2.4 钢衬组装和纵缝焊接

在距离纵缝100mm的位置划出各瓦片的测量控制线。放出具体管节的组装地样，按同一管节的组装顺序吊装到位，根据管节组装图进行调整和加固。管节组装后检查进出口的管口长度、宽度、对角线、对接间隙、对接错台、内支撑加固等应满足设计要求，相邻瓦片的加劲肋板对接错台小于2mm。根据相邻管口的尺寸偏差调整正在拼装的管口尺寸，并保证两管口的尺寸偏差小于2mm。

管节验收合格后对焊缝实行开焊令制度，并巡视和抽查焊接过程中的焊接参数、焊接顺序和分层分道以及焊接线能量。焊接过程中，注意随着焊接位置、组装间隙的变化，合理调整焊接方法及焊条角度，盖面时注意焊缝条纹的均匀性和焊缝成型，焊工的钢号与实际焊缝一致。在需搭设施工排架的部位，施工排架必须规范且牢靠，尽量为焊工创造更好的焊接环境。

2.5 钢衬焊缝探伤

探伤前完成焊缝外观的质量检查验收。焊缝采用以RT为主、UT为辅、复合层PT探伤的方式。RT探伤从基层坡口两侧熔合线各50mm内进行扫描检查，对存在疑问的RT以及进口段的相贯线焊缝采用UT复核，Ⅰ类纵缝和Ⅱ类环缝的RT和PT的抽检比例均为100%。

1～8号钢衬纵缝总共2 681m，返修长度为10.95m，一次探伤合格率为99.59%;钢衬环缝总共4 485m，返修长度为25.02m，一次探伤合格率为99.44%。钢衬焊缝的主要缺陷是复合层出现裂纹，环缝出现缺陷的部位主要在十字接头。

钢衬环缝的十字接头焊接时应力集中，焊接角度差，超过50%的复合层出现裂纹缺陷，返修后裂纹扩散，并且裂纹出现在焊缝的表面。因此，钢衬焊缝返修处理以及在十字接头焊接时，采取焊接一层打磨、PT，合格后再焊接下一层，并对十字接头焊缝采取层层消应。后续90%以上的十字接头焊缝一次探伤合格。

2.6 除锈和涂装

钢衬内侧不锈钢面整体打磨抛光，外侧涂刷两层加有缓蚀剂的水泥砂浆。钢衬外侧人工除锈，除锈等级达到Sa1级;涂装要求是涂料均匀、厚度一致、轮廓清晰、附着力强，无挂流、起皱和气泡等缺陷。

信息技术的发展，移动互联网的普及，大学生的日常生活已经和新媒体相融合，因此，必须重视对新媒体环境下高校思想政治教育规律的研究，明确新时代思想政治教育面临的“事、时、势”，通过创新思想政治教育形式，充分利用新媒体对大学生政治教育带来的有利条件，化解消极影响，引导学生树立和践行社会主义核心价值观，促使他们为把我国建设成为富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦而努力奋斗。

2.7 不锈钢保护

钢衬的复合层只有4mm，损坏后容易出现锈蚀，故在钢衬制作、安装和内支撑拆除过程中需使用胶皮、竹夹板、防飞溅粉等加以保护。

对不锈钢面出现的钢材碰伤、电流划伤、飞溅颗粒、局部锈蚀应及时处理，在内支撑拆除前后进行整体消缺和打磨抛光，并进行最终验收。

3 钢衬安装

3.1 确定始装节

结合仓面钢筋分布特点及钢衬安装资源配置，确定水平段的中间管节为始装节。水平段钢衬一次吊装就位，且分别向上下游方向同时进行安装。

3.2 钢衬两两组拼

为了减少钢衬在仓面上的安装工期，避免深孔坝段的仓面间歇期过长，以及降低几个深孔坝段同时安装钢衬的资源配置压力，单节钢衬在左岸高程610m和高程590m平台提前进行两两组装和环缝焊接，使用两台缆机抬吊钢衬上坝。

通过300t吊车将钢衬在左岸高程610m平台翻身，按照仓面安装顺序依次吊装到位，根据实际制作的钢衬两侧宽度偏差适当调整环缝间隙。

钢衬两两组拼完成后，在每节钢衬底板中部开设1个φ200mm振捣孔及四周各1个φ25mm灌浆孔。振捣孔底部设置垫板，振捣孔的钢板对应编号，并在其中间开设φ25mm灌浆孔，将钢板在圆周方向上打磨成单边V形坡口。

3.3 钢衬抬吊

仓面具备安装条件后，对钢衬安装的中心点、里程、高程基准点进行测量放样，并根据放样点位安装施工轨道，轨道端面略低于钢衬底部的设计高程。安装的轨道在中心距离、相对平面度、刚度上满足钢衬就位及调整的需要。

钢衬抬吊前，检查吊耳是否焊接牢固、内支撑是否紧固、材料是否清理干净、平衡梁和起吊用具是否满足抬吊要求、缆机联机是否可靠。缆机抬吊钢衬时，两台缆机必须实行一台缆机联动操作，同时缆机的大车行走、牵引和起升按微速档操作，并对缆机抬吊钢衬进行全过程监控。

3.4 钢衬调整和加固

根据放样点对钢衬始装节进行调整，调整过程中分别检查上下游管口的结构尺寸，保证钢衬左右两侧中心的高程差小于5mm、上下中心的左右偏差小于5mm、进口与出口的里程小于5mm，上下中心的垂直度小于3mm。

始装节验收合格后，相邻的钢衬与始装节进行对缝调整，根据相邻管节的尺寸偏差首先将四个纵缝角定位焊，然后四边依次压缝。如钢衬管口中心出现一定的偏差，根据钢衬管口中心的偏离方向，通过对接环缝的间隙进行适当修正，并提前做好管口中心发生偏离的预控措施。

进、出口段钢衬调整时，与门槽埋件相关联的尺寸控制较多，优先保证与门槽埋件相连的尺寸偏差，再控制远端与模板相连的结构尺寸。出口段钢衬安装时需充分考虑工作弧门整体吊装的净空尺寸。

3.5 钢衬环缝凹陷处理

钢衬结构尺寸大、外侧加劲肋板多、钢衬壁厚相对较薄，在环缝压缝后就存在2～3mm的内侧凹陷，根据焊接工艺最后进行复合层焊接，这在不同程度上又增加了环缝的内侧凹陷。为了减少内侧环缝凹陷，环缝间隙预留3～5mm，打磨基层的坡口以增加基层焊缝的填充量，外侧纵肋加密布置，基层分段焊接后将原定位焊气刨，以减少背缝清根工程量。基层焊接时选用焊接工艺评定的上限值，复合层焊接时选用其下限值，并将复合层的层间温度控制在100℃左右。焊接过程中安排专人监测环缝内侧凹陷的变化情况。

采取措施后，1～8号钢衬环缝的内侧凹陷控制在4mm/m范围内，部分环缝几乎没有内侧凹陷。

3.6 钢衬安装与土建施工关系

1～8号钢衬底板以下的各种规格钢筋平均达到400t，且钢衬安装与土建施工存在交叉影响，在如何保证钢衬安装质量的前提下加快土建施工进度，做好钢衬安装与土建施工的有序衔接是关键。监理工程师采取了钢衬安装分段移交的工作方法，每节钢衬安装完成后通过水准仪和挂线锤方式进行初次验收，单孔安装完成后使用全站仪进行整体测量验收。进、出口段钢衬提前安装和测量验收，在钢衬环缝的基层焊接完成后，要求优先焊接两侧腰线以下的复合层，并对腰线以下的焊缝进行外观验收、无损检测和环缝涂装，从而为土建施工创造了有利条件。

3.7 钢衬制安的反思

(1)钢衬瓦片两侧的加劲肋板在焊接后，由于受焊接变形影响，面板向基层方向出现了一定的变形，这对后续环缝内侧凹陷的控制带来难度。如果瓦片预留反变形会增加制作难度，因此瓦片两侧的加劲肋板先进行点焊，在环缝全部工序完成后，再手工焊接加劲肋板的角焊缝，这样能避免瓦片两侧的焊接变形。

(2)为了预防钢衬纵缝可能出现节间错台，制作时管节两端各预留200mm纵缝未焊接，这会造成安装时出现十字接头焊缝，对焊缝质量带来一定的影响。实践证明，只要控制了钢板的下料尺寸和管节的组装尺寸，纵缝对接不会出现错台，对接质量完全满足质量要求，因此可以一次性焊接完成纵缝。

(3)进口段钢衬制作分为上下两段，下段呈U形，上段为平行且左右对称的瓦片，下段钢衬顶部距离仓面8m。由于钢衬在运输、翻身及吊装过程中出现了变形，造成钢衬安装后其顶部的位置偏差超标。对进口段钢衬上口的加劲肋板割断，调整合格后再将割开的肋板补焊和加固，对后续未安装的进口段钢衬模拟现场工况先在厂内进行预安装，在其上口使用钢管在弦长和弦高方向上予以固定，并加强现场安装的过程质量控制。