中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局 四川彭山 620860
摘要：水电站压力钢管在安装过程中有着自身的特殊性，温度变化过大、垫层下陷或地基不稳都可能对压力管道施工及钢管安装造成影响。由于安装过程中存在问题，就会出现钢管轴线偏移、倾倒甚至变形等情况，这将严重影响到钢管的安装质量和安装精度。此外，温度变化也是水电站压力钢管施工的一个重要因素，倘若不能对外部温度变化准确把握，会导致混凝土与钢管发生摩擦现象，进而造成钢管的损坏，威胁到水电站使用功能的发挥。本文主要对水电站压力钢管安装中的变形原因进行了分析，并就钢管变形控制对策展开探讨。
关键词：水电站；压力钢管；变形问题；控制策略
1.引言
实际安装水电站压力钢管的过程中，在底部支撑不稳、受热点不够均匀及温度变化频繁等因素的影响下，钢管及钢管轴线常常会发生偏移甚至是变形的问题，这就导致整个压力钢管的安装工作较为困难。基于此，在安装水电站压力钢管的过程中必须对外部环境变化准确把握，通过有效的施工控制好钢管变形问题，确保水电站的正常使用。可见，针对水电站压力钢管变形控制对策的分析与研究很有必要。
2.水电站压力钢管安装过程中钢管变形原因分析
图2-1 钢管发生变形的原因
2.1 原因一：温度与风力影响导致变形问题
多为温带大陆性气候的工程施工地域还存在着昼夜温差大的问题，而工程所在区域一般风速大、植被少、日照时间长、山丘起伏，在昼夜温差大的条件下金属钢管所受影响较大。从实地位移观测中不难发现，一天之内在纵向和轴向两个方向压力钢管都有一定程度的变形位移发生，甚至变形位移最大有10cm之多。暴露在地面之外时，钢管受到夏季太阳直射的影响，工程人员对于钢管的不同部分分时间段地进行太阳直射试验与检测，由于照射方向的改变钢管的温度变形也在同时发生着变化，在钢管的各个方向也有起拱变形情况出现，加之钢管照射角度不同，使得各部分受热的程度也有差异，导致温度变形方向与大小不同，因此安装过程中钢管的扭曲变形问题也各有不同。
2.2 原因二：钢管自重、长度及底板支撑影响引起变形
如果钢管自重大、长度长，在对其进行安装的过程中一般的钢支撑是不足以满足工程需求的，较长的压力钢管在伸缩节上下两侧，而施工过程中自由端压力钢管60m可自由伸缩，其平均自重约为130t，对于局部应力较大的型钢支持部位抗压能力是无法应付的。安装到一定长度后，钢管倾倒、偏移和局部塌陷的发生原因也有两个：其一，素混凝土基础是主要的钢管基础，在安装长度不断增加的同时钢管的重量也在增加，倘若垫层强度不够那钢管重量就不足以支撑，钢支撑压裂垫层就可能出现钢管的倒塌或塌陷等问题。其二，从设计要求来看，可对两支座间的钢管进行自由伸缩，不能直接连接钢管与垫块，必须切除浇筑垫层底板浇筑段以外的钢支撑，这样一来操作就会导致钢管重量在少数几个钢支撑上集中分布，进而导致钢管倾倒、偏移和塌陷等问题的发生。
3.水电站压力钢管安装过程中的钢管变形控制对策
水电站压力钢管在安装过程中由于底部支撑不稳、受热点不均匀、地基垫层下陷及温度变化过大等原因，会多次发生钢管轴线偏移及形变倾伏的问题，这无疑会使得安装工作较难开展。对比分析压力钢管的变形原因之后，对现场实践和工程经验进行总结，不断完善变形控制对策，这才能够有效解决出现的问题，确保水电站在实际安装过程中的质量与安装精确度。
3.1 利用U形支托架解决钢管变形
实际安装过程中，钢支撑安装方案的实施会很大程度上受到外部环境的影响，这对于施工而言也是存在的一大施工技术难题。基于此，从工程设计与施工需求来看，正式安装过程中钢管底部可以使用U形支托架来达到固定的目的。这主要是由于由型钢与钢板焊接而成的U形支托架是钢制的，将两个U形支托架设置在始装节，而其他的每个管节也有一个U形支托架来设置，钢管与U形支托架之间是相互断开的，在摆放U形支托架时不对对新增钢筋网的铺设造成影响，而弧托之内可自由伸缩的U形支托架也使得钢管施工过程中技术难题得到了有效解决。对钢管进行固定时使用U形支托架开能够对伸缩节上下游钢管中心很好地进行控制，考虑到U形支托架有着较大的底板受力面积，可在垫板之内直接进行U形支托架浇筑，不会出现压裂垫层的情况，同时也无需进行二次施工，这样一来安装过程中钢管可能出现的倾倒和偏移问题就得到了解决，且钢管安装施工设计需求也得到了满足。
3.2 油毡和闭空板防护模式的使用
实际安装钢管的过程中，十分常见的问题还包括钢管较大缩幅度问题的出现，这主要是昼夜温差大引起的，与此同时还会导致垫板混凝土和钢管之间的摩擦变得剧烈，进而导致钢管持续性损伤的发生。针对这一问题，可在实际施工的过程中将一层油毡添加在压力钢管的底部，且将一层闭空板铺设在钢管和伸缩节室墙体之间，这一防护措施的运用能够使得混凝土和钢管之间的伸缩摩擦最大限度降低，在自由收缩方面伸缩节和支座之间的压力钢管更加流畅，且操作空间更加广阔，这能够有效解决温度变化引起的钢管变形等问题。
3.3 和土建混凝土浇筑做好协调与配合
在温度因素影响下，水电站压力钢管安装的过程中热胀冷缩的现象会不可避免地发生，进而就会出现钢管位置偏移的情况。这就必须做好与混凝土浇筑工作之间的配合，结合钢管安装进度完成浇筑，解决长时间温度变化影响到压力钢管本体而造成的结构变形状况。
4.水电站压力钢管安装过程中的施工工艺及技术
用卷扬机系统进行压力钢管的翻身、卸车及倒运吊装，在施工支洞和引水洞交叉口处用10t、5t卷扬机进行感官拖运，延长引水到扩挖施工支洞，确保引水道下平段到达准确的安装施工位置。各用两个千斤顶进行前后就位微调，可重复使用主工字钢、枕木和轨道，不撤除与管道相连的小支撑。为了确保压力钢管安装的便利，需扩挖引水道下平段的圆型洞截面，采用铺设钢轨与轨道运输台车配置相结合的方式在洞内运输钢管，沿水流中心铺设引水洞内的钢轨，沿支洞断面中心铺设支洞内的钢轨。运输管节时需要在加垫木梁上放置钢管，确保管节和坡口不受到损坏。钢管吊运采用钢索捆扎，将软垫加设在钢管和钢索之间。考虑到管径较大，钢管在引水洞内需要在运输台车上进行加固，连接卷扬机钢丝绳和运输台车，运输过程做好专人巡查工作，利用对讲机及时沟通发现的问题，并对应有效的改善措施。
结合水电站压力钢管施工现场的条件和情况，在选择水电站压力钢管安装施工顺序上需要逐节逐次地开展安装工作。结合全站仪对定位节实施安装工作，检测钢管桩号、钢管安装中心和钢管高程，借助手拉葫芦和千斤顶来对钢管安装位置进行调整，所安装的钢管位置必须与图纸设计实际需求相符，以达到加固钢管外支撑的目的。加固的过程汇总为了保证钢管浇筑不发生移位和变形等问题，对管壁和洞壁可分为八至十六个点进行支撑，定位节顺利完成安装之后可进行其余管段的安装工作。
定位节安装工作完成之后，处于上游侧第二节钢管应当缓慢放下，逐渐靠近定位节，钢管可用千斤顶顶起，钢管节可用型钢支架支撑在底部，安装管节各项安装尺寸调整后可使用手拉葫芦配合，接下来就可进行环缝对接的工作。在进行环缝对接的过程中，调整环缝对接需要合理运用顶杆和千斤顶，只有与设计施工需求相符合的情况下方可进行下一步电焊工作。对电焊过程中长度的控制约在100mm左右，至于间距则在800mm左右。完成环缝点焊完成后需要加固钢管，对管壁和洞壁可使用角钢分八个点进行支撑，以减少钢管浇筑过程中不出现变形或移位等问题。完成环缝组装工作后相应的资料记录和整理工作也需进一步完善，做好资料的审批工作，以确保钢管组装检查与验收工作。验收合格之后交由焊工进行焊缝施焊，用工字钢在管节间内进行搭接，临时脚手架完成组装后钢管焊接与其他工序施工方可进行。
5.结束语
综上所述，倘若在水电站压力钢管安装过程中出现垫层下陷、地基不稳或温度变化过大等问题，就可能影响到压力钢管安装的精度，降低整个压力钢管的安装质量，这必然导致压力钢管安装过程举步维艰。因此，针对水电站压力钢管的安装工作必须进一步加强针对钢管安装环境的控制，钢管安装人员不断对自身的施工经验进行总结，对钢管变形控制错输不断完善，提高压力钢管安装的合理性与科学性，优化压力钢管施工技术与工艺，顺利实施整个水电站压力钢管的安装工作。
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作者简介：张家锋，助理工程师，本科，目前主要从事水电站金属结构制作安装技术及质量管控工作。
论文作者:张家锋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
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