斯里蘭卡M壩電站機(jī)組座環(huán)、蝸殼安裝方法

王小龍

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明650032）

1 概況

斯里蘭卡Moragahakanda首部水庫工程（簡稱M壩）位于科倫坡東北約190 km的Amban Ganga河上（馬哈維利河的一條主要支流），地處中部省（Central Province）東北部，靠近中部省與東部省（Eastern Province）的省界。Moragahakanda首部水庫工程為EPC總承包項目，項目總投資252 302 221美元。工程主要包括灌溉、給水和發(fā)電等多功能建筑物，由粘土心墻堆石壩、1號RCC副壩、發(fā)電廠房、輸電線路、施工導(dǎo)流結(jié)構(gòu)組成。

M壩主廠房設(shè)置有4臺立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，有2臺7.5 MW機(jī)組和2臺5 MW機(jī)組，總裝機(jī)容量25 MW。

座環(huán)下方設(shè)置有3個混凝土支墩，由地腳螺栓將座環(huán)固定在混凝土支墩上，座環(huán)定位和固定使用松緊拉緊器和地腳螺栓、調(diào)整楔子板等。為便于澆筑和填實座環(huán)下面的混凝土，在座環(huán)上應(yīng)設(shè)置灌漿孔。座環(huán)采用焊接結(jié)構(gòu)整體到貨，材料采用Q345C鋼板。

蝸殼采用Q345R鋼板制成，為便于運(yùn)輸，1 A、1 B機(jī)組的蝸殼分為5節(jié)到貨。G2、G3機(jī)組的蝸殼分為7節(jié)到貨。蝸殼設(shè)有一個進(jìn)人門，進(jìn)人門有良好的密封，在固定座上開密封槽，采用圓形橡膠密封。蝸殼設(shè)置測壓計測頭用于測量蝸殼流量及壓力，蝸殼安裝完畢之后需要將測壓管路與蝸殼測壓頭焊接連接。

圖1 座環(huán)、蝸殼剖面圖

2 施工準(zhǔn)備

2.1 測量放線

在肘管安裝就位時就已經(jīng)將機(jī)組的軸線及高程控制點(diǎn)引至廠房，利用廠房四周邊墻上露出混凝土的鋼筋或者打膨脹螺栓焊接放點(diǎn)所用的基準(zhǔn)線架，作為全廠的測量基準(zhǔn)點(diǎn)；在各機(jī)組之間用槽鋼或工字鋼焊接一個臨時的X軸放線架，在各機(jī)組上下游方向設(shè)置Y軸線架。架子要高于蝸殼表面1～2 m并固定牢固。利用全站儀將各軸線點(diǎn)引致放線架上并用鋼鋸做好標(biāo)記。高程控制點(diǎn)引至壓力鋼管穿墻段頂部或者其他牢固及便于使用的地方。

2.2 施工工具的準(zhǔn)備

10 t、20 t千斤頂各 2 臺，3 t、5 t千斤頂各 4 臺，水準(zhǔn)儀（帶測微儀）、全站儀、框式水平儀各1套，水平梁1個，套筒扳手1套，榔頭、扳手各2把。

3 座環(huán)吊裝及調(diào)整

等土建單位將工作面交付以后準(zhǔn)備吊裝座環(huán)，座環(huán)吊裝前準(zhǔn)備3個臨時鋼支墩均布于機(jī)組中心周圍，將座環(huán)臨時吊放在鋼支墩上，當(dāng)座環(huán)吊裝至離鋼支墩頂部有20～30 mm高時，根據(jù)事先放好的X、Y軸線掛好鋼琴線，并在四個方向上掛好線錘。將座環(huán)在落下來前盡量調(diào)整到最佳位置再落到位，這樣可以大大減少在調(diào)整座環(huán)中心時的工作量，座環(huán)中心精確調(diào)整之后，在座環(huán)四周進(jìn)行臨時加固。接下來把座環(huán)的3個地腳螺栓穿入座環(huán)的基礎(chǔ)螺栓孔內(nèi)，并移交土建澆筑座環(huán)基礎(chǔ)支墩，這樣可以保證座環(huán)基礎(chǔ)螺栓預(yù)埋的精準(zhǔn)度，避免發(fā)生座環(huán)基礎(chǔ)螺栓無法穿入座環(huán)的事情發(fā)生。座環(huán)混凝土支墩達(dá)到足夠強(qiáng)度后，將楔子板放置于座環(huán)混凝土支墩頂部的基礎(chǔ)板上，利用水準(zhǔn)儀調(diào)整楔子板上表面高程，使其比設(shè)計高程高1 mm。再將座環(huán)從臨時支墩上緩緩落在楔子板上，后將座環(huán)支墩基礎(chǔ)板上的下楔子板與基礎(chǔ)板焊接牢固，以防在調(diào)整座環(huán)中心時發(fā)生竄動。

圖2 M壩首臺（2號）機(jī)組座環(huán)吊裝就位

座環(huán)就位后按照以下步驟施工：

第1步：座環(huán)水平粗調(diào)

用水準(zhǔn)儀觀測座環(huán)上法蘭面，下面利用臨時支墩及20 t千斤頂將座環(huán)調(diào)整到比設(shè)計高程高1 mm，調(diào)整楔子板，將座環(huán)的水平調(diào)整到0.5 mm左右，調(diào)整的越好對下一步座環(huán)的水平細(xì)調(diào)越方便。

第2步：座環(huán)中心調(diào)整

在機(jī)坑外圍混凝土壁面上設(shè)置+X、+Y、-X、-Y共4個掛線架，在線架橫向角鐵上放出中心、高程基準(zhǔn)線；以機(jī)組中心線為基準(zhǔn)，用楔子板、千斤頂、倒鏈等調(diào)整座環(huán)上法蘭面高程、水平、方位及圓度；在調(diào)整高程、水平時用帶測微儀的水準(zhǔn)儀和配套的銦鋼尺精確測量，高程比設(shè)計值高1 mm，水平度控制在0.1 mm之內(nèi)；用線架上的鋼琴線來測量座環(huán)的中心，確保座環(huán)的安裝標(biāo)準(zhǔn)。

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范等進(jìn)行檢查驗收工作。座環(huán)整體的檢查驗收工作主要包括外形尺寸、安裝高程、中心偏差、水平等內(nèi)容。而且在混凝土澆筑前、澆筑后等各階段分別檢查記錄相關(guān)安裝高程和尺寸。

4 蝸殼安裝

4.1 蝸殼安裝順序原則

（1）對稱平衡掛裝，以利于座環(huán)的穩(wěn)定及防止座環(huán)水平度超差；

（2）先掛裝定位節(jié)，并以定位節(jié)為基準(zhǔn)，再依次掛裝其余各節(jié)，最后配割湊合節(jié)以及安裝加強(qiáng)板、導(dǎo)流板、進(jìn)人孔和排水槽等；

（3）為防止環(huán)縫焊接應(yīng)力過大，各工作面安裝環(huán)縫條數(shù)不超過正在焊接的環(huán)縫2條。

圖3 1A、1B機(jī)組蝸殼平面布置圖

4.2 定位節(jié)的安裝

利用吊車吊裝蝸殼定位節(jié)，通過蝸殼的水平線，座環(huán)中心至蝸殼尺寸進(jìn)行調(diào)整，并加固牢固。其他定位節(jié)吊裝前，在座環(huán)上、下過渡板上定位節(jié)進(jìn)行斷面位置標(biāo)識，并點(diǎn)焊1塊擋板與控制點(diǎn)用鋼線連成控制線。在定位管節(jié)開口的上、下各焊2塊搭接板，將蝸殼掛在座環(huán)上、下過渡板上。蝸殼定位節(jié)吊裝就位后，用拉緊器或千斤頂?shù)日{(diào)整座環(huán)與蝸殼上蝶形邊的對裝間隙和錯邊量，錯邊量應(yīng)小于蝸殼最小板厚的10%，且不大于4 mm，間隙0～4 mm。先對裝上蝶形邊，再根據(jù)開口和高程調(diào)整定位節(jié)，再對裝固定下蝶形邊。

圖4 G2、G3機(jī)組蝸殼平面布置圖

4.3 其他管節(jié)的安裝

同定位節(jié)安裝方法相同，先焊接各管節(jié)搭接板，管節(jié)就位后，用拉緊器等調(diào)整焊縫的間隙2～4 mm，防止間隙過大或過小造成壓縫時拉不攏或頂不開現(xiàn)象。根據(jù)相鄰管節(jié)的實際周長差，壓縫調(diào)整錯邊使之均勻地分布在整條焊縫上，局部最大錯邊值不應(yīng)大于板厚的10%。環(huán)縫對裝應(yīng)從上、下蝶形邊開始，并逐漸向腰線壓縫。掛裝后調(diào)整每個管節(jié)的中心、高程和管口傾斜度，兩節(jié)管口裝配壓縫時檢查調(diào)整組合縫間隙錯牙，調(diào)整管口高程和最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑等，滿足安裝技術(shù)規(guī)范的要求，進(jìn)行壓縫點(diǎn)焊，點(diǎn)焊要在大坡口內(nèi)。復(fù)測高程和最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑，并做好記錄。

4.4 湊合節(jié)的安裝

（1）湊合節(jié)的安裝應(yīng)在其他各管節(jié)環(huán)縫焊接結(jié)束后進(jìn)行，湊合節(jié)為整節(jié)瓦塊。

（2）湊合節(jié)的配割方法

湊合節(jié)瓦塊吊裝前，先測量湊合節(jié)兩側(cè)的開口數(shù)據(jù)，將瓦片搭放在兩側(cè)管節(jié)上，與相鄰管節(jié)壓縫，并沿管節(jié)兩側(cè)實際管口劃出切割線，湊合板盡量向出口斷面放置，以求環(huán)向長度較大；采用磁力切割機(jī)由內(nèi)向外切割，切割時，先割一邊，壓好縫后，再切割另一側(cè)，從蝶形邊向腰線方向切割壓縫，切割一段即壓一段，以防整體切割完后引起變形。

（3）湊合節(jié)的焊接坡口設(shè)置

根據(jù)設(shè)計圖紙，2條湊合環(huán)縫對位于座環(huán)水平線上的，正縫為過流面小坡口；位于水平線以下的正縫為非過流面小坡口；反之，背縫均為大坡口。

5 蝸殼焊接

5.1 蝸殼焊接順序原則

蝸殼環(huán)向焊縫焊接→湊合節(jié)一側(cè)環(huán)向焊縫焊接→湊合節(jié)封閉環(huán)向焊縫焊接→上、下蝶形邊焊縫焊接→排水槽等焊接。

5.2 蝸殼環(huán)向焊縫焊接

蝸殼環(huán)焊縫焊接與掛裝順序相同，自第1節(jié)定位節(jié)26節(jié)開始按順時針方向進(jìn)行，從尾部自導(dǎo)板開始則按逆時針方向進(jìn)行焊接。除湊合節(jié)2條環(huán)縫外，其余各節(jié)環(huán)縫應(yīng)隨掛裝逐節(jié)焊接。根據(jù)管節(jié)的大小，由4名或6名焊工同時施焊，并采用多層多道、對稱退步、分段焊法。環(huán)縫坡口設(shè)置雙Y形不對稱坡口，大坡口在上，先焊仰焊側(cè)的焊縫，即位于座環(huán)水平線以上，從管內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接；位于水平線以下的，則從管外側(cè)進(jìn)行焊接，然后從反面清根焊接。

5.3 湊合節(jié)焊接

蝸殼湊合節(jié)的縱縫和第1條環(huán)縫焊接工藝與蝸殼其他縱縫和環(huán)縫焊接要求相同。縱縫先焊大坡口，小坡口清根后再焊接。蝸殼湊合節(jié)先焊填充量大（間隙大）的一道環(huán)縫，再焊另一條環(huán)縫。湊合節(jié)第2條環(huán)縫為封閉焊接，拘束應(yīng)力較大，首層焊道采用疊焊方法，從第2層至蓋面前1層止，應(yīng)使用風(fēng)鏟錘擊消除應(yīng)力。湊合節(jié)第2條環(huán)縫由2～4名焊工同時施焊，采用“對稱、退步、分段焊法”的焊接方法。焊后進(jìn)行后熱消氫處理和緩冷，消氫溫度150～180℃，保溫2 h，在升溫和保溫過程中，每30 min進(jìn)行一次溫度測量，在溫度下降較快的部位用石棉包裹?？刂谱畲笊郎厮俣?0℃/h，最大降溫速度50℃/h，要求均勻升溫和降溫。聯(lián)接鋼管段的湊合節(jié)的最后1條環(huán)縫，焊接時受拘束應(yīng)力影響，將直接牽涉到座環(huán)變形，實施中編制了專項作業(yè)指導(dǎo)書予以工藝保證。

5.4 蝶形邊焊接

蝶形邊焊縫由4名焊工采用“對稱、退步、分段”焊法，焊接時，所有焊工同時施焊，采用的焊接參數(shù)要基本相同，焊接方位保持基本對稱。先焊接下蝶形邊，后焊上蝶形邊，所有蝶形邊均先焊外側(cè)（即非過流面），然后在內(nèi)側(cè)（過流面）清根焊接。蝶形邊焊縫為一類焊縫，焊接時要求連續(xù)施焊。蝶形邊焊接過程中，加強(qiáng)對座環(huán)的水平度監(jiān)視，根據(jù)座環(huán)變形情況適當(dāng)調(diào)整焊接工藝。

6 蝸殼與壓力鋼管連接

本電站由于不設(shè)置蝶閥，故壓力鋼管與蝸殼之間設(shè)置湊合節(jié)直接焊接。該湊合節(jié)安裝完后有2道環(huán)縫，先焊接填充量大的1道環(huán)縫，再焊接第2道。第2道焊縫需在座環(huán)蝸殼混凝土澆筑之后進(jìn)行，以免焊縫應(yīng)力過大拉偏座環(huán)和蝸殼的中心。第2道環(huán)縫焊接技術(shù)要求高，難度大，焊接會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力和變形，稍有不慎就會出現(xiàn)裂紋，因此在這條環(huán)縫不做定位焊，而采用左右兩塊擋板交替擋住，等所有焊縫全部焊接完，焊縫收縮完畢再進(jìn)行施焊。焊接采用多層、多道、對稱、分段、退步焊的方法。逐層錘擊焊縫消除應(yīng)力。焊完后熱處理，后熱溫度為210～230℃，保溫 2 h，后以每小時 30～50℃的速度逐漸冷卻至室溫，以更好的使擴(kuò)散氫益出，避免過熱處產(chǎn)生脆硬組織，防止裂紋的出現(xiàn)。

7 混凝土澆筑過程中的監(jiān)測

為防止混凝土澆筑過程中座環(huán)、蝸殼變形或移位，對座環(huán)、蝸殼內(nèi)外部的支撐進(jìn)行加固，并將下部的楔子板、基礎(chǔ)螺栓、拉筋等進(jìn)行焊接固定；座環(huán)加固完畢后，復(fù)測座環(huán)高程、水平、中心方位等應(yīng)在合格范圍內(nèi)。點(diǎn)焊基礎(chǔ)墊板及楔鐵，座環(huán)安裝允許偏差，高程：±3 mm，中心：4 mm，水平：0.05 mm/m，圓度：2 mm。

混凝土澆筑過程中的注意事項：為防止座環(huán)、蝸殼變形變位，混凝土的鋼筋與座環(huán)焊接時，應(yīng)為搭焊，另一端應(yīng)為自由端。混凝土澆筑必須分層、分塊、對稱進(jìn)行。每層澆筑高度不超過1.0 m，澆筑速度不超過0.3 m/h。在混凝土澆筑過程中，派專人在座環(huán)各個方向架設(shè)百分表監(jiān)測座環(huán)的變形移位情況，同時在外圍架設(shè)全站儀對蝸殼進(jìn)行檢測，根據(jù)座環(huán)和蝸殼的變形和移位情況隨時調(diào)整混凝土澆筑順序及速度。

8 結(jié)束語

通過前期策劃和精心準(zhǔn)備，科學(xué)合理安排施工工序。M壩電站座環(huán)、蝸殼安裝取得了工期短、安裝質(zhì)量好的良好效果，為后續(xù)機(jī)組本體安裝打下了堅實的基礎(chǔ)。