岳 廷 文，金 勝，萬(wàn) 天 明

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 機(jī)電安裝分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

波紋管伸縮節(jié)作為管道中的柔性系統(tǒng)，其主要作用是補(bǔ)償管道因溫度影響或不同地基的沉陷引起的熱脹冷縮、位移變形，其核心元件是不銹鋼金屬波紋管伸縮節(jié)。在運(yùn)行過(guò)程中，波紋管伸縮節(jié)除產(chǎn)生位移外，還要承受工作壓力，因此，其也是一種承壓的彈性補(bǔ)償裝置，故保證其安全、可靠地工作十分重要。

塔貝拉水電站四期擴(kuò)建項(xiàng)目裝機(jī)3臺(tái)，單機(jī)容量為470 MW，總?cè)萘繛? 410 MW，由一趟引水鋼管聯(lián)合供水。原鋼管直徑為10 973 mm，埋設(shè)于山體內(nèi),通過(guò)洞口外新增波紋管伸縮節(jié)后，由一段倒錐管漸變擴(kuò)大為直徑13 000 mm的主管，再通過(guò)4個(gè)岔管分為3條發(fā)電洞和2條泄洪洞。洞內(nèi)引水壓力鋼管設(shè)計(jì)直徑D=10 973 mm，設(shè)計(jì)水頭H=165 m，HD值=1 811 m2>1 500 m2，已屬于超大型波紋管伸縮節(jié)范圍。由于受港口起吊重量、長(zhǎng)距離道路運(yùn)輸?shù)葏?shù)的限制，該電站的波紋管伸縮節(jié)包括壓波、焊接、水壓試驗(yàn)等均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。筆者對(duì)各個(gè)重要環(huán)節(jié)的控制進(jìn)行了分析解剖，可供設(shè)計(jì)、施工等同行參考。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料

高程：400 m以下；工程所在區(qū)域夏季炎熱，3～7月平均氣溫為21.7 ℃～31.5 ℃，最高可達(dá)40 ℃，12月至次年2月較寒冷，月平均氣溫為13 ℃～15.5 ℃，晝夜溫差大，夜間最低可至0 ℃?？諝馄骄鶟穸葹?0%。溫度變化：±20 ℃；波紋管伸縮節(jié)內(nèi)的介質(zhì)：水；pH值：7.4；波紋管伸縮節(jié)內(nèi)的設(shè)計(jì)流速：發(fā)電時(shí)為13.96 m/s(引用流量為1 320 m3/s)，泄洪時(shí)為23.26 m/s(泄洪量2 200 m3/s)；地震設(shè)防烈度為VIII度(基本地震加速度為0.25 g)。

主要參數(shù)見表1。

設(shè)計(jì)4層、壁厚為2 mm的06Cr19Ni10不銹鋼重疊壓制，波數(shù)為3道，波距為80 mm，波高為120 mm，詳見圖1。

表1 波紋管伸縮節(jié)主要參數(shù)表

注：總變位量為表1中正負(fù)量之和。

3 現(xiàn)場(chǎng)壓波

3.1 建立平臺(tái)

現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地沒有制造廠內(nèi)的大型旋轉(zhuǎn)制作平臺(tái)，因此，如何推動(dòng)波體穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)是一個(gè)需要解決的難題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)過(guò)多次反復(fù)進(jìn)行技術(shù)討論，最終確定在現(xiàn)場(chǎng)吊車覆蓋范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)混凝土鋼平臺(tái)，平臺(tái)面積為15 m(長(zhǎng))×15 m(寬)，以滿足波紋管伸縮節(jié)直徑需要，鋪上δ=20 mm厚的鋼板并用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整高程誤差在±3 mm以內(nèi)，加固牢固。

在鋼平臺(tái)上布置一臺(tái)壓波機(jī)以及6個(gè)鋼支墩，每個(gè)鋼支墩頂部設(shè)置2根徑向托輥，其高度和壓波機(jī)托輥保持一致，如此實(shí)施壓波機(jī)的主從動(dòng)輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)就很容易帶動(dòng)鋼管整體旋轉(zhuǎn)，從而形成旋轉(zhuǎn)制作平臺(tái)。

圖1 超大型波紋管示意圖

3.2 不銹鋼的焊接

計(jì)算每層不銹鋼的周長(zhǎng)，將4層、2 mm厚的不銹鋼從內(nèi)到外依次組裝焊接，焊接采用TIG焊，焊接前清除其表面的油污、鐵銹等雜物，確保氬氣的純度，做好防風(fēng)工作以保證焊接質(zhì)量。由于其只有2 mm的薄壁，故對(duì)接焊縫采用不開坡口、單面一次焊透的工藝。

4層不銹鋼重疊組裝后，使用專用工具壓緊并在組裝端頭每間隔500 mm焊接100 mm的加固焊。由于其整體強(qiáng)度滿足不了圓度的需要，在壓波前必須用工裝加強(qiáng)其強(qiáng)度方能滿足壓波需要。用卷制好的、寬度b=150 mm、厚度δ=20 mm的圓弧形鋼板(屬于臨時(shí)工裝)間斷焊接固定在不銹鋼圓弧軸線兩端頭，加固牢固后其內(nèi)部用米字型無(wú)縫鋼管進(jìn)行支撐，調(diào)整不銹鋼鋼管的圓度至規(guī)范范圍內(nèi)，并使不銹鋼鋼管保證一定的剛度，避免其在壓波過(guò)程中滑動(dòng)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)壓波

用60 t門式吊車將不銹鋼管吊放到托輥上，按照?qǐng)D紙調(diào)整好尺寸，準(zhǔn)備壓波。

啟動(dòng)壓波機(jī)，將主動(dòng)輪對(duì)準(zhǔn)壓制線，使主動(dòng)輪頂住鋼管內(nèi)壁開始旋轉(zhuǎn)。為防止陰波凹陷，手動(dòng)調(diào)整管坯外壁上下從動(dòng)輪5～10 mm范圍內(nèi)輔助輪的位置。為防止管壁打皺，首先分別在中間線處和上劃線上側(cè)滾出深度為10～15 mm的凸起，然后在上下從動(dòng)輪之間用主動(dòng)輪循環(huán)滾壓，將每圈的給進(jìn)量控制在8～10 mm，滾出波紋。重復(fù)以上步驟，從下到上依次壓制3道波紋。

4 不銹鋼和高強(qiáng)鋼的焊接

為確保不銹鋼(06Cr19Ni10)和高強(qiáng)鋼(07MnMoVR)的焊接結(jié)合性滿足要求，保證焊縫的塑性、韌性以及抗裂性，首先在高強(qiáng)鋼一側(cè)采用不銹鋼焊條進(jìn)行堆焊，以達(dá)到在自由狀態(tài)(拘束度極小)的情況下完成不銹鋼金屬的隔離層焊接，該堆焊部分焊接完畢需進(jìn)行表面檢查，如發(fā)現(xiàn)有裂紋，則需用磨光機(jī)打磨后再焊補(bǔ)直至裂紋清除，最后再進(jìn)行堆焊層和不銹鋼的焊接。如此實(shí)施即可達(dá)到在拘束條件下進(jìn)行同種材質(zhì)鋼材的焊接，可以避免或減小不銹鋼和高強(qiáng)鋼異種材質(zhì)接頭焊接產(chǎn)生裂紋的傾向。

5 內(nèi)套管的安裝及水壓試驗(yàn)

超大型波紋管伸縮節(jié)的單節(jié)在制造廠內(nèi)制作完畢需進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)工作壓力(1.65 MPa)的 1.5 倍，即最高水壓試驗(yàn)壓力為2.4 MPa。

5.1 打壓方案的確定

波紋管伸縮節(jié)的水壓試驗(yàn)?zāi)康闹饕菣z查波紋部分的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。如果將管節(jié)整體進(jìn)行水壓試驗(yàn)，則需要在兩個(gè)端頭設(shè)置直徑為10 973 mm的悶頭或者通過(guò)額外增設(shè)過(guò)渡錘，減小直徑，安裝小直徑悶頭，但這兩種方式的成本花費(fèi)極高，故最終經(jīng)技術(shù)討論后決定在鋼管內(nèi)部設(shè)置一直徑為10 933 mm(直徑比波紋管伸縮節(jié)內(nèi)徑小20 mm)、長(zhǎng)度為1 000 mm、δ=40 mm的鋼管作為一個(gè)專用打壓筒，再在打壓筒兩端各貼加厚度δ=20 mm、寬100 mm的環(huán)條板進(jìn)行水壓腔室封堵焊接，使其與波紋管伸縮節(jié)共同形成一密封的容器。為保證打壓內(nèi)襯具有相當(dāng)?shù)膭偠龋?jīng)計(jì)算，在內(nèi)襯管內(nèi)壁加裝3層δ=30 mm、h=500 mm的加勁環(huán)，以滿足水壓試驗(yàn)的需要。水壓試驗(yàn)密封腔室結(jié)構(gòu)見圖2。

5.2 水壓試驗(yàn)的實(shí)施

先將波紋管伸縮節(jié)承受的水壓緩慢升至設(shè)計(jì)壓力 1.65 MPa ,保壓 10 min，檢查無(wú)異常后繼續(xù)緩慢升壓至試驗(yàn)壓力 2.4 MPa。根據(jù)工程師的要求，按照美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)ASCE79標(biāo)準(zhǔn)保壓120 min檢查無(wú)異常后再緩慢降至設(shè)計(jì)壓力,保壓 30 min，最后緩慢降至0 MPa。在水壓試驗(yàn)過(guò)程中波紋管伸縮節(jié)無(wú)滲漏、無(wú)可見的異常變形、無(wú)異常響聲，試驗(yàn)結(jié)論為合格。

1.封口圓鋼;2.打壓內(nèi)襯筒;3.不銹鋼波紋管;4.保護(hù)鎧甲;5.伸縮螺桿圖2 水壓試驗(yàn)密封腔室結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)塔貝拉水電站超大型波紋管伸縮節(jié)現(xiàn)場(chǎng)制作安裝技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用，積累了在水電站引水發(fā)電系統(tǒng)超大型波紋管伸縮節(jié)現(xiàn)場(chǎng)制作、安裝技術(shù)的施工應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可為日后同類大型波紋管伸縮節(jié)制作安裝提供指導(dǎo)，并在今后同類水工金屬結(jié)構(gòu)制作中推廣和應(yīng)用。同時(shí)，該技術(shù)也將改變波紋管伸縮節(jié)制作的傳統(tǒng)思維：大型波紋管伸縮節(jié)在一定的客觀條件下也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)制作，而不是一定要在生產(chǎn)廠家制作。如此實(shí)施可解決道路運(yùn)輸受空間、重量限制的難題。