張遠(yuǎn)望

（中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，四川 成都 610091）

1 工程概況

雅礱江錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的錦屏干流錦屏大河彎上，電站利用雅礱江下游河段150km長大河彎的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭310m，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量600MW，總裝機(jī)容量4800MW。錦屏二級水電站廠區(qū)樞紐設(shè)計布置有八條高壓管道，每條高壓管道原下平段布置有40節(jié)壓力鋼管，總長度為118m。壓力鋼管最大直徑6500mm，最小直徑6050mm，單節(jié)最大長度為3000mm，最小長度為2200mm。其中壓力鋼管下水平段第1節(jié)～第10節(jié)為600MPa級B610CF高強(qiáng)鋼，板厚分別為56、52、48、44和40mm共5種規(guī)格，每節(jié)壓力鋼管外布置2層加勁環(huán)，環(huán)距1.5m；第11節(jié)～第40節(jié)為Q345R鋼，板厚38mm，每節(jié)鋼管外壁布置3層加勁環(huán)，環(huán)距1.0m。加勁環(huán)材質(zhì)均為Q345R，板厚38mm，壓力鋼管結(jié)構(gòu)布置圖見圖1。

表1

為防止壓力鋼管在運輸及澆筑過程中受外力影響產(chǎn)生變形，業(yè)主要求在每節(jié)鋼管內(nèi)部布置兩組內(nèi)支撐。施工單位根據(jù)《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》DL/T5017-2008中5.2.10“鋼管宜采用活動內(nèi)支撐……”要求，設(shè)計了活動內(nèi)支撐，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)見下圖2。該內(nèi)支撐每組重量為462kg，8條高壓管道下平段320節(jié)鋼管共需布置內(nèi)支撐640組，內(nèi)支撐總重量約29.57噸。

圖1 壓力鋼管結(jié)構(gòu)布置圖

2 存在問題

錦屏二級水電站高壓管道壓力鋼管設(shè)計的加勁環(huán)布置較密，內(nèi)支撐數(shù)量較多，同時設(shè)計要求在高強(qiáng)鋼段采用活動內(nèi)支撐，內(nèi)支撐部分構(gòu)件需要機(jī)械加工制成，導(dǎo)致內(nèi)支撐制作成本較高。在施工過程中，由于下平段壓力鋼管安裝時蝸殼、下彎段壓力鋼管已安裝完成，下平段壓力鋼管二期混凝土澆筑完成后，內(nèi)支撐拆除只能采用火焰切割分解成小段從蝸殼進(jìn)人門運出，導(dǎo)致內(nèi)支撐無法循環(huán)使用，且內(nèi)支撐安裝及拆除工作量非常大，拆除之后處理及防腐工作量也是相當(dāng)大，使用成本非常大，安裝、拆除危險系數(shù)高。

考慮到錦屏二級水電站下平段壓力鋼管管壁較厚（最薄壁厚38mm），高強(qiáng)鋼段每節(jié)鋼管布置2道加勁環(huán)，其余管節(jié)每節(jié)上布置3道加勁環(huán)，加勁環(huán)間距小。在壓力鋼管吊裝翻身過程中及混凝土澆筑過程中，壓力鋼管抵抗外壓能力相對較強(qiáng)，只要正確使用吊裝手段，適當(dāng)控制混凝土的澆筑速度，管節(jié)不會發(fā)生變形，具備取消內(nèi)支撐的條件。因此，我們建議取消下平段壓力鋼管內(nèi)支撐，以減少工作量、加快施工進(jìn)度、降低施工成本及施工風(fēng)險。

4 可行性分析

為驗證建議的合理性，施工單位進(jìn)行了理論計算和實際試驗過程監(jiān)測。

4.1 理論計算

（1）鋼管管壁抗外壓穩(wěn)定性分析

按照《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》對鋼管進(jìn)行抗外壓穩(wěn)定分析，鋼管承受均布外壓荷載（混凝土回填壓力），其抗外壓穩(wěn)定可按下式進(jìn)行驗算：

KcP0k≤Pcr

Kc——抗外壓穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.8；

P0k——徑向均布外壓力標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）；

Pcr——抗外壓穩(wěn)定臨界壓力計算值（N/mm2）。

為此，施工單位采用米賽斯公式和短柱公式分別對管壁進(jìn)行抗外壓能力計算，并取兩式中的小值。

（3）短柱公式:

AR=ha+t（a+1.56rt）

選取38mm壁厚、加勁環(huán)38mm的鋼管進(jìn)行驗算。列表計算如表1所述。

取兩者最小值，即為P0k=1.56MPa。

（4）壓力鋼管吊裝翻身后受力分析

選取長度為3m，內(nèi)徑為6.5m，壁厚為38mm，重量為22.19t的管節(jié)進(jìn)行受力分析。鋼管翻身后，承受鋼管自重，管體下側(cè)承受的重量最大，取22.19t，受力面積為：π×（6500+38）×3/（2×1000）=30.81（m2），則管體下側(cè)受力為：

2 2.19 ×104/30.81=7202（N/m2）=0.0072（MPa）< P0k=1.56 MPa

因此，鋼管在翻身后，管體不會發(fā)生變形。

（5）承受均布外壓荷載（混凝土回填壓力）計算

高壓管道下彎段及下平段開挖截面直徑為8.7m，按以下公式計算混凝土作用于鋼管四周的最大側(cè)壓力：

F=γcH kN/m2

其中H=8.7m，γc=25kN/m3

則：F=γcH=25×8.7=217.5 kN/m2=0.22 MPa

因此，在進(jìn)行混凝土回填時鋼管四周不會因為混凝土的側(cè)壓力作用而失穩(wěn)。

4.2 實際試驗

為驗證壓力鋼管在實際安裝過程中，起吊翻身和砼澆筑這兩個環(huán)節(jié)對鋼管的質(zhì)量不會產(chǎn)生不良影響，施工單位在現(xiàn)場選取一節(jié)鋼管未安裝內(nèi)支撐進(jìn)行試驗，經(jīng)過吊裝翻身后對鋼管管口圓度進(jìn)行測量，同時該管節(jié)安裝后進(jìn)行二期砼澆筑，澆筑后對該鋼管管口圓度進(jìn)行了復(fù)檢，兩次檢測管口所有圓度檢測數(shù)據(jù)均在3mm及以下，滿足設(shè)計和規(guī)范《DL/T5017-2007》（圓度≤3D/1000=19.5mm）要求，且達(dá)到水利水電工程驗收評定優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

通過理論計算和實際試驗對錦屏二級水電站下平段壓力鋼管取消內(nèi)支撐進(jìn)行可行性分析，認(rèn)為在壓力鋼管吊裝翻身及二期混凝土澆筑過程中不會對下平段壓力鋼管產(chǎn)生不良影響，施工單位取消下平段壓力鋼管安裝內(nèi)支撐的建議得到了設(shè)計、業(yè)主單位的認(rèn)可。目前該工程壓力鋼管安裝、澆筑全部完成，安裝質(zhì)量符合設(shè)計、規(guī)范要求，并全部達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。通過取消壓力鋼管內(nèi)支撐，為施工單位了減少了施工成本，同時加快了施工進(jìn)度、降低了施工風(fēng)險。

[1]萬天明，馬耀芳，徐紹波等.水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范[S].中國電力出版社，2007.

[2]王鵬飛，陳美娟，王既民等.水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范[S].中國水利水電出版社，2003.