孫燎原（浙江華東工程咨詢有限公司， 浙江 杭州 311122）

1 概 述

沂蒙抽水蓄能電站位于山東省臨沂市費(fèi)縣薛莊鎮(zhèn)境內(nèi)，距費(fèi)縣縣城公路里程 24 km，距臨沂市公路里程 69 km，距濟(jì)南市公路里程 264 km。上水庫(kù)庫(kù)址位于石嵐水庫(kù)的右岸劉家寨久俺溝溝腦處，下水庫(kù)位于石嵐水庫(kù)右岸的魯峪溝內(nèi)，下水庫(kù)壩址位于溝口上游約 700 m 處。

電站總裝機(jī)容量為 1 200 MW，地下廠房?jī)?nèi)安裝 4 臺(tái)單機(jī)容量為 300 MW 的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，為大（1）型一等工程。其尾水管里襯形式為金屬里襯，材質(zhì)為 Q345R，主要分為錐管、肘管和擴(kuò)散段。其中，擴(kuò)散段分 5 段到貨，為擴(kuò)散段 1、擴(kuò)散段 2-1、擴(kuò)散段 2-2、擴(kuò)散段 3-1、擴(kuò)散段3-2，尾水肘管進(jìn)口直徑為 2 549 mm，尾水?dāng)U散段出口直徑為 5 000 mm（見(jiàn)圖1）。其余參數(shù)，如表1 所示。

圖1 尾水肘管及擴(kuò)散段示意圖

表1 尾水肘管及擴(kuò)散段參數(shù)表

2 沂蒙抽水蓄能電站尾水管施工特點(diǎn)

根據(jù)沂蒙抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)預(yù)埋部分安裝說(shuō)明書，為保證尾水肘管進(jìn)口中心方位及高程，尾水管安裝工藝是先將尾水肘管和擴(kuò)散段全部安裝到位、調(diào)整加固，然后按從上游至下游焊接的順序完成環(huán)縫焊接工作，但在施工前初步認(rèn)為尾水管安裝工藝可進(jìn)一步得到優(yōu)化：將原施工工藝變更為在尾水?dāng)U散段 3 和擴(kuò)散段 2 安裝就位后即可進(jìn)行環(huán)縫焊接，焊接順序從下游至上游，在進(jìn)行環(huán)縫焊接的同時(shí)進(jìn)行剩余管節(jié)的安裝調(diào)整。變更施工工藝后，將原施工工藝中的順序作業(yè)變?yōu)槠叫凶鳂I(yè)，可以節(jié)省工期，節(jié)約成本，但也存在缺陷，主要是尾水管形體尺寸的偏差及焊接變形的影響，可能導(dǎo)致擴(kuò)散段 1 與擴(kuò)散段 2、尾水肘管與擴(kuò)散段 1 之間的環(huán)縫間隙過(guò)大，影響尾水管的安裝精度。通過(guò)對(duì)尾水管結(jié)構(gòu)形式的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)其存在如下特點(diǎn)。

（1）尾水管組圓、縱縫焊接和部分環(huán)縫焊接工作均已在廠內(nèi)完成，在安裝現(xiàn)場(chǎng)只需對(duì)管節(jié)間環(huán)縫進(jìn)行焊接即可。根據(jù)圖紙要求，尾水肘管和擴(kuò)散段整體到貨共 6 節(jié)，共計(jì) 5 條環(huán)縫，焊接量不大，焊接變形易控制。

（2）對(duì)尾水管到貨形體尺寸進(jìn)行檢查驗(yàn)收后發(fā)現(xiàn)，到貨形體尺寸均較好，這樣可以保證尾水肘管無(wú)論是在其余環(huán)縫焊接前安裝還是在焊接后安裝，均對(duì)其安裝精度影響不大。

（3）根據(jù)水泵水輪機(jī)組預(yù)埋部分安裝說(shuō)明書及規(guī)程規(guī)范要求，在安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)環(huán)縫局部間隙過(guò)大，可通過(guò)鑲邊焊接的方式進(jìn)行焊接。因此，前幾條環(huán)縫焊接完成后若后續(xù)環(huán)縫間隙過(guò)大，可用此兜底方法進(jìn)行處理。

通過(guò)上述分析可知，變更施工工藝對(duì)尾水管安裝的影響是可以控制在允許范圍內(nèi)的。為進(jìn)一步保證尾水管安裝精度，盡量減少焊接變形的影響，還可以在焊接過(guò)程中采取如下措施。

（1）在尾水肘管及擴(kuò)散段到貨后應(yīng)全面復(fù)核其形體尺寸，測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)真實(shí)、準(zhǔn)確、完整并進(jìn)行記錄，以便提前計(jì)算模擬各管節(jié)的位置，均衡環(huán)縫間隙，防止焊接變形過(guò)大。

（2）在焊接之前應(yīng)通過(guò)基礎(chǔ)板、拉緊器等對(duì)尾水管進(jìn)行加固，確保尾水管在焊接過(guò)程中不發(fā)生位移和變形。

（3）焊縫的焊接由 2～4 名焊工以對(duì)稱、分段、退步的方式同時(shí)焊接（如圖2 所示）。打底焊使用 φ3.2 焊條，并在焊接過(guò)程中控制線能量和焊道寬度，采用多層、多道焊接的方法。

圖2 尾水管環(huán)縫焊接示意圖

（4）架設(shè)百分表對(duì)焊接過(guò)程中尾水管的位移和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)其位移和變形過(guò)大，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整焊接順序及焊接參數(shù)。

3 尾水管安裝前準(zhǔn)備

（1）尾水肘管和擴(kuò)散段到貨后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面清掃、檢查，全面復(fù)核形體尺寸，并做好詳細(xì)記錄。

（2）尾水肘管和擴(kuò)散段到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，由第三方金屬試驗(yàn)室對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷，對(duì)涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)，若不滿足要求應(yīng)進(jìn)行返修和補(bǔ)涂。

（3）按照?qǐng)D紙要求測(cè)放 X-Y 軸軸線、尾水管軸線和高程控制點(diǎn)。控制點(diǎn)應(yīng)鎖定在固定部位上，并進(jìn)行有效的防護(hù)。

（4）制作安裝調(diào)整用的鋼支墩、運(yùn)輸軌道和臺(tái)車，準(zhǔn)備好楔子板，楔子板應(yīng)成對(duì)使用。

（5）尾水肘管和擴(kuò)散段施工前編制施工方案，在正式安裝前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，交底應(yīng)詳細(xì)，并書面記錄。

4 尾水管的拼接及安裝

4.1 現(xiàn)場(chǎng)拼接

由于擴(kuò)散段 3 分?jǐn)U散段 3-1、擴(kuò)散段 3-2 兩節(jié)到貨，擴(kuò)散段 2 分?jǐn)U散段 2-1、擴(kuò)散段 2-2 兩節(jié)到貨，每段上僅有左右兩個(gè)安裝支座，同時(shí)擴(kuò)散段 3、擴(kuò)散段 2 均布置在廠房下游開(kāi)挖面以下的尾水支管洞內(nèi)，需要采用臨時(shí)軌道進(jìn)行運(yùn)輸。為保證運(yùn)輸安全、穩(wěn)定，須在安裝間將尾水?dāng)U散段 3-1與擴(kuò)散段 3-2 組裝成擴(kuò)散段 3 整節(jié)，將擴(kuò)散段 2-1 與擴(kuò)散段2-2 組裝成擴(kuò)散段 2 整節(jié)。由于在安裝間沒(méi)有任何固定措施，且焊接變形不可控，在安裝間僅對(duì)環(huán)縫進(jìn)行定位焊，定位焊厚度及間距以保證吊裝安全為準(zhǔn)。

4.2 尾水管安裝及焊接

擴(kuò)散段 3 與擴(kuò)散段 2 在安裝間定位焊接完成后，將其吊入基坑進(jìn)行調(diào)整加固后，即進(jìn)行環(huán)縫的焊接，環(huán)縫焊接順序?yàn)閺南掠沃辽嫌?。在焊接之前，?yīng)先將坡口及其兩側(cè)10 mm～20 mm 的鐵銹、熔渣、油垢、油漆、水漬清除干凈，并應(yīng)檢查定位尺寸、坡口間隙、錯(cuò)牙及定位焊質(zhì)量。由于從下游往上游焊接對(duì)焊接變形要求更高，焊接過(guò)程中應(yīng)盡量消除環(huán)縫收縮對(duì)尾水管位置及變形的影響。

4.3 焊接檢查標(biāo)準(zhǔn)

單側(cè)坡口焊接完成后應(yīng)對(duì)其背面進(jìn)行清根處理，并將滲碳層打磨干凈，經(jīng)目視檢測(cè)（VT 檢測(cè)）合格后方可進(jìn)行背面焊縫的焊接。對(duì)于 VT 檢測(cè)有疑問(wèn)的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行滲透無(wú)損檢測(cè)（PT 探傷）或磁粉無(wú)損檢測(cè)（MT 探傷）。焊接完成后，先使用砂輪機(jī)對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨，焊縫外觀質(zhì)量滿足要求后，再按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行 100% MT 探傷和 100%超聲波無(wú)損檢測(cè)（UT 探傷），探傷合格后對(duì)焊縫及周邊部位進(jìn)行補(bǔ)漆。

為保證焊接質(zhì)量，焊工除應(yīng)有相應(yīng)資質(zhì)外，還要有責(zé)任心。因此首臺(tái)機(jī)組尾水管焊接時(shí)，當(dāng)首條環(huán)縫焊接完成后，應(yīng)立即委托第三方金屬試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行無(wú)損探傷，若發(fā)現(xiàn)某位焊工的焊縫一次性合格率不滿足要求時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行警告，若第二次仍不滿足要求，則應(yīng)進(jìn)行替換。

4.4 整體調(diào)整及加固

尾水肘管及擴(kuò)散段環(huán)縫焊接完成后，應(yīng)再次復(fù)核肘管進(jìn)口高程、中心、方位及擴(kuò)散段出口高程、中心方位等，滿足要求后檢查所有拉緊器和基礎(chǔ)板螺栓力矩，并按圖紙要求對(duì)拉緊器和螺栓進(jìn)行焊接，基礎(chǔ)板、鋼支墩的焊縫滿縫，焊縫高度為 8 mm。

在對(duì)尾水管上的吊耳、壓板等臨時(shí)工器具進(jìn)行割除時(shí)，不得使用錘擊法，應(yīng)使用碳弧氣刨或熱切割在離內(nèi)壁3 mm 以上處切割。切除后，管壁上殘留的痕跡和疤痕應(yīng)磨平，經(jīng) PT 或 MT 探傷合格后補(bǔ)漆。

5 施工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題及解決方案

尾水管安裝完成后，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，變更施工工藝并未導(dǎo)致其他質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)，所出現(xiàn)的問(wèn)題均是由設(shè)計(jì)原因及設(shè)備缺陷所導(dǎo)致的。出現(xiàn)的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)。

（1）尾水管檢修排水口在廠內(nèi)制安，其焊接量較大，焊接變形較大，導(dǎo)致與肘管出口處間隙及錯(cuò)牙過(guò)大。對(duì)于局部間隙大于 3 mm 的部位，現(xiàn)場(chǎng)采用鑲邊焊，直至焊縫間隙小于 3 mm 為止；對(duì)于局部錯(cuò)牙過(guò)大 2 mm 的部位，采用 3∶1 的過(guò)渡焊，使過(guò)流面平滑過(guò)渡。

（2）廠家圖紙中未提及在尾水肘管上端部外圍設(shè)置豎向支撐，僅用 1 條拉桿固定，使該部位尾水肘管安裝焊接完成后長(zhǎng)時(shí)間處于懸空狀態(tài)，可能導(dǎo)致混凝土澆筑過(guò)程中尾水肘管發(fā)生位移，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)商議，決定增加 2 根 20# 工字鋼對(duì)肘管中部位置進(jìn)行支撐。

（3）廠家圖紙上拉緊器預(yù)緊力矩為 600 N·m，無(wú)測(cè)量拉緊器力矩的專用工具。因此經(jīng)咨詢廠家經(jīng)商議決定，現(xiàn)場(chǎng)采用將 1 m 鋼管卡進(jìn)拉緊器，然后一人進(jìn)行預(yù)緊，直至扳不動(dòng)為止?；炷翝仓^(guò)程中，通過(guò)對(duì)尾水管位移的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其位移值在允許范圍內(nèi)，證明此預(yù)緊方式可行。

6 結(jié) 語(yǔ)

沂蒙抽水蓄能電站 1 號(hào)機(jī)尾水肘管及擴(kuò)散段安裝焊接完成后，通過(guò)對(duì)其中心方位、高程等各驗(yàn)收項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)測(cè)，相關(guān)數(shù)據(jù)均滿足要求，證明尾水肘管及擴(kuò)散段采用上述安裝焊接順序是切實(shí)可行的，較尾水管通常施工工藝相比，在保證了安裝質(zhì)量的前提下，節(jié)省了工期，提高了工效。