毛尔盖水电站取消岔管水压试验的可行性研究

陈绍英，陈子海

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概况

毛尔盖水电站位于四川省黑水河中游红岩乡至俄石坝河段，是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第Ⅲ梯级电站。电站采用混合式开发方式，其主要建筑物由首部大坝枢纽、引水系统、厂区枢纽等建筑物组成，电站引用流量219m3/s，装机容量420MW(140MW×3)。

引水系统包括进水口、引水隧洞、调压井、压力钢管等建筑物。压力管道布置为地下埋藏式，采用一管三机联合供水方式。压力管道由上平段、斜井段、下平段、岔支管段组成。下平段主管末端设置两个月牙肋钢岔管。

压力管道岔管部位，上覆岩体厚度约85m，岩层产状陡倾山内，走向与洞轴线大角度相交。岩性为中厚层砂岩夹千枚岩，微新～弱风化，岩体较完整或者完整性较差，多呈次块状～镶嵌碎裂结构，洞室潮湿，属Ⅲ2类围岩。

2 岔管基本资料

岔管承担静水压力为268m水头，设计内水压力为336m水头(含水击)。岔管结构采用埋藏月牙形内加强肋钢岔管(简称“月牙肋钢岔管”)独立承担内水压力设计。岔管的水压试验最大压力值采用3.7MPa。岔管参数见表1。

表1 岔管基本参数

Ⅰ号、Ⅱ号岔管平面示意见图1、2。

图1 Ⅰ号岔管平面示意

图2 Ⅱ号岔管平面示意

岔管采用宝钢生产低焊接裂纹敏感性高强钢B610CF，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.27%。

3 研究取消水压试验的必要性

毛尔盖水电站月牙肋钢岔管尺寸大、水压试验水头较高，进行水压试验的闷头制造周期长，费用高。因此，有必要研究取消水压试验的可行性。

4 取消水压试验的可行性

对岔管进行水压试验的目的是：

(1)以超载内压暴露结构缺陷，检查结构整体安全度。水压试验是对设计和施工(含土建、制作安装等)的检验。月牙肋钢岔管设计不仅经过了小关子、冷竹关、福堂、姚河坝等多个高水头水电站的运行验证，以及南垭河三级等水电站水压试验成果与设计计算的比较，都证明了设计理论的正确和完善。包括B610CF在内的600MPa级高强钢在高水头水电站的应用越来越普遍，以及焊接材料、工艺及无损探伤技术的进步，大大提高了制作质量的可靠性。因此，通过精心设计，采取严格的超声波或射线探伤等质量检查手段，可以保障岔管的整体安全。

(2)在缓慢加载条件下，缺陷尖端发生塑性变形，使缺陷尖部钝化，卸载后产生预压应力。通过水压试验可使探伤难以发现的微观缺陷尖端发生塑性变形，卸荷后形成预压应力，减小应力集中程度，增加结构安全度。毛尔盖水电站岔管结构采用埋藏月牙肋钢岔管独立承担内水压力设计，管壳在运行过程中的应力均小于材料的屈服强度。因此，通过水压试验形成预压应力的必要性较小。

(3)焊接残余应力和不连续部位的峰值应力，水压试验加压时可能达到屈服，卸压后得到削减。通过对已完成压水试验工程的分析，水压试验一般可消除10%-30%焊后残余应力。根据国内工程经验，通过振动时效处理也可以起到降低岔管焊后残余应力的作用。

5 取消水压试验的工程措施

基于毛尔盖水电站月牙肋钢岔管规模适中，包括B610CF在内的600MPa级高强钢应用较广泛，借鉴国内一系列工程的经验，加强岔管制作、安装过程质量控制，取消了水压试验。

取消水压试验的工程措施主要包括：

5.1 材料复验

用于岔管部分的钢板共计67张，超声波探伤抽检了10张，抽检率为15%，其中用于月牙肋的100mm和120mm厚钢板抽检率为100%。经过钢板抽检，未发现超标缺陷。

5.2 焊接工艺评定

进行了100mm和120mm厚钢板立焊焊接、100mm与52mm厚钢板组合焊缝的焊接工艺评定。按照焊接工艺评定报告编制相关的施工技术措施以及施工过程控制方案，并严格按照施工措施、方案进行施工。

5.3 施工组织设计

在岔管瓦片、月牙肋组装过程中，对组装平行度、焊缝间隙、错边量进行了检查。

岔管开焊前组织了技术交底会；进行包括外部环境、焊缝打磨、焊前预热(采用温控仪进行加热)、焊条烘烤等焊前准备工作检查。焊接过程中采用多层多道焊，严格控制焊线能量，焊接接头错开，每一层焊接完成后进行焊缝打磨。纵缝焊接方式为自下而上立焊，环缝焊接方式为横焊。月牙肋板对接焊缝为立焊，为防止变形过大，采用气体保护焊，并设置同材质同坡口形式的助焊板。焊接完成后进行焊后热处理，后热温度为250℃，保温三小时后缓慢降温。

5.4 焊后无损检测

焊后热处理24小时后，将焊缝打磨干净进行无损检测。岔管无损检测采用100%超声波探伤， 25% TOFD探伤，其中月牙肋焊缝TOFD探伤比例超过了50%，质量控制要求一次合格率不低于95%。无损检测结果表明，1号岔管一次合格率97.2%，2号岔管一次合格率97%。所有缺陷经一次返修后复检合格。

5.5 振动时效处理

岔管制作完成后，进行了振动时效处理以及应力测试工作。由于1号岔管是主岔管，管径大、管壁厚，作为振动时效的重点对象，选择了2个激振点。2号岔管由于相对较小，选择了一个激振点。应力测试结果表明，1号岔管消除残余应力达到35%，2号岔管消除残余应力达到31.5%。

5.6 再次无损检测

在振动时效处理后再次对岔管焊缝进行了超声波无损探伤以及月牙肋组合缝表面探伤，并与焊后探伤成果进行对比分析，未发现缺陷产生。

5.7 第三方检测

在承包人自检合格基础上，由业主委托水利部水工金属结构质量检验测试中心再次对岔管的制作纵缝、安装环缝和月牙肋焊缝进行无损检测(其中检测岔管制作纵缝53条，现场岔管安装环缝26条、现场岔管月牙肋焊缝4条)。经超声波、TOFD和磁粉检测，发现1号岔管安装环缝4处、月牙肋焊缝1处条状超标缺欠，2号岔管安装环缝2处、月牙肋焊缝1处条状超标缺欠。所有超标缺欠经返修后复检合格。

6 结 语

2011年10月，毛尔盖水电站建成发电，安全运行至今，说明取消水压试验，通过采用材料复验、焊接工艺评定、无损检测、振动时效处理、第三方检测等工程措施保障月牙肋钢岔管制作质量是可行的。