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        溪洛渡拱壩泄洪深孔鋼襯制安的質(zhì)量控制

        2012-06-12 06:34:14莫讓華文仁興
        水電站設(shè)計 2012年1期
        關(guān)鍵詞:鋼襯縱縫環(huán)縫

        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),進口堰頂高程分別為502.8m、499.3m、495.7m、490.7m。每孔內(nèi)鋼襯由進口段、孔身段、出口段、通氣孔以及支撐大梁組成;鋼襯進口設(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,制作最高強度達到1 200 t/月;鋼襯安裝工期主要集中2011年9~2012年1月,安裝最高強度達到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120m、水流含沙量高、鋼襯斷面尺寸較大、出口段流速達到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加工,復(fù)合層側(cè)坡口使用角磨機人工打磨,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的加勁肋板進行校正。在拼裝平臺上對加勁肋板的布置位置進行劃線。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)組裝圖進行調(diào)整和加固。管節(jié)組裝后檢查進出口的管口長度、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)進行掃描檢查,對存在疑問的RT以及進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,除銹等級達到Sa1級;涂裝要求是涂料均勻、厚度一致、輪廓清晰、附著力強,無掛流、起皺和氣泡等缺陷。

        信息技術(shù)的發(fā)展,移動互聯(lián)網(wǎng)的普及,大學(xué)生的日常生活已經(jīng)和新媒體相融合,因此,必須重視對新媒體環(huán)境下高校思想政治教育規(guī)律的研究,明確新時代思想政治教育面臨的“事、時、勢”,通過創(chuàng)新思想政治教育形式,充分利用新媒體對大學(xué)生政治教育帶來的有利條件,化解消極影響,引導(dǎo)學(xué)生樹立和踐行社會主義核心價值觀,促使他們?yōu)榘盐覈ㄔO(shè)成為富強、民主、文明、和諧、美麗的社會主義現(xiàn)代化強國,實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢而努力奮斗。

        2.7 不銹鋼保護

        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。

        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)支撐拆除前后進行整體消缺和打磨拋光,并進行最終驗收。

        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平臺提前進行兩兩組裝和環(huán)縫焊接,使用兩臺纜機抬吊鋼襯上壩。

        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、纜機聯(lián)機是否可靠。纜機抬吊鋼襯時,兩臺纜機必須實行一臺纜機聯(lián)動操作,同時纜機的大車行走、牽引和起升按微速檔操作,并對纜機抬吊鋼襯進行全過程監(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、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)儀和掛線錘方式進行初次驗收,單孔安裝完成后使用全站儀進行整體測量驗收。進、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焊和加固,對后續(xù)未安裝的進口段鋼襯模擬現(xiàn)場工況先在廠內(nèi)進行預(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、凹坑進行補焊和打磨處理,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

        B

        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。

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