雅玛渡水电站压力钢管安装过程中的钢管变形控制

郑杰

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐830000)

0 引言

雅玛渡水电站压力管线长2 006.8 m。压力引水管线采用单机单管、全压力钢管的布置形式，单根压力管线长2 015 m。压力管线采用浅埋回填管，布置在开挖的沟槽内，管顶平均回填深度2.0 m，回填料为开挖的砂砾石土。引水压力管共3根，单根管线全长2 015 m，管径4.0 m，3根管线单根长度分别为1 771 m、1 776 m、1 781 m，总长5 328 m，工作压力0.4～1.8 MPa，单机设计引用流量33.33 m3/s，相应管内最大流速2.65 m/s，钢管壁厚由12 mm增大到24 mm，均采用1 6MnR钢制作。钢管内外壁均采用厚浆型环氧沥青防腐涂料进行防腐处理。

在压力钢管安装过程中，由于受温度变化、底部支撑不稳或是地基垫层下陷等因素影响，导致多次钢管变形倾倒和轴线偏侧，给安装工作带来了诸多问题。为此，我们仔细分析之后，用一些行之有效的办法较好地解决了这些影响因素对安装工作带来的这些问题。保证了压力钢管的安装精度和安装质量。

1 压力钢管变形的影响因素

1.1 温度变化影响

雅玛渡水电站工程区域属大陆性温带气候，表现为温和湿润，昼夜温差大。经统计多年平均气温为7.4℃，极端最高气温为37.4℃，极端最低气温为－37.6℃。多年平均降水量256.6 mm，多年平均风速2.1 m/s，最大风速28.0 m/s。雅玛渡工程所在的山丘地带，高大植被较少，风大且日照强烈，昼夜的温差对于金属结构的影响显得特别突出，经过实地标测点进行安装过程中的位移观测，我们可以明显地看到，1 d之内压力钢管纵向或是轴向的都有不同程度的变形位移，最大位移处甚至可达15 cm，钢管未掩埋前，在夏天，钢管受太阳直射，分早中晚的时段对钢管的左中右部分进行分别直射，因此，钢管的温度变形因照射方向的改变不断地发生变化，即发生钢管左拱、上拱、右拱。又因照射钢管时的角度有偏差，每部分钢管的受热程度不一，即温度变形方向与大小不统一，从而使钢管在安装过程中发生扭转变形。

1.2 其他因素的影响

钢管自重较大，在安装过程中，普通的钢支撑无法满足施工要求，由于伸缩节上下游两侧均有较长压力钢管，在安装过程中可伸缩自由端的压力钢管近70 m，平均自重在135 t，这对于局部应力较大的型钢支持部位来说，素混凝土的抗压能力显然达不到要求，钢管安装到一定长度发生塌陷、偏倒的原因:①钢管安装基础为100 mm素混凝土，随着钢管安装长度的增加，重量不断加大，100 mm素混凝土垫层的强度不能支撑钢管的重量导致钢支撑压裂垫层造成钢管塌陷、偏倒;②按照设计要求两镇墩之间的钢管可以自由伸缩，因此钢管垫板与钢管之间不能连接，在浇筑垫板时需将浇筑段外钢支撑割除，这样使钢管重量集中在少数几个钢支撑上，就造成钢管塌陷、偏倒，从而发生轴线偏侧甚至倾倒的现象。

2 根据工程实际采用的控制变形的措施

2.1 在压力钢管增设油毡防护及闭空板防护

压力钢管在安装过程中由于昼夜温差伸缩幅度较大，使得垫板混凝土与钢管之间的摩擦加剧，对钢管造成损伤，为此，在压力钢管底部增设一道油毡进行防护，伸缩节室墙体与钢管之间加设一层闭空板，使得镇墩与伸缩节之间的压力钢管可以自由收缩，并在压力钢管支撑处增加隔断模板，作为拆除钢支撑的工作空间。这样可以在一定程度上减少温度变化对钢管的影响。

2.2 增设马鞍型托架控制变形

根据现场情况，采用钢支撑的安装方案安装钢管受外界环境影响比较大，施工时为满足设计要求出现了很多施工、技术难题，为此，我们在钢管底部采用马鞍形托架进行固定(图1)，钢制鞍形托架采用钢板和型钢焊接而成，每个始装节设置两个鞍形托架，其余每个管节设置一个鞍形托架，托架摆放不影响新增钢筋网的铺设，托架与钢管不连接，钢管在托架弧托内可以自由伸缩，鞍型托架的这种结构形式不仅满足了设计要求，还很好地解决了钢管施工中出现的难题。

图1 马鞍形托架示意图

采用钢制鞍型托架固定钢管，伸缩节上下游钢管中心得到了很好的控制，托架底板受力面积大，不会压裂垫层，而且托架与钢管不连接，浇筑混凝土垫板时不用去除托架可将托架浇筑在垫板内，不但满足了设计要求，还增加垫板的强度。很好地解决了钢管在安装过程中的塌陷、偏倒问题。钢制鞍型托架不同于一般意义上的临时外支撑，它作为钢管安装的辅助设备永久浇注在垫板内，而且只有采用钢制鞍型托架固定方案才能满足设计的要求。

2.3 混凝土浇筑与钢管安装工作的协调配合

本工程所在地夏季温差较大，钢管在安装过程中的热胀冷缩必定产生位移，这也要求压力钢管土建的混凝土浇筑工作必须及时跟得上钢管安装的速度，如果底部支墩没有浇筑，压力钢管本体通过长时间温度变化的考验，势必会造成变形。因此，本工程混凝土支墩的浇筑工作是在4～5个单元节压力钢管完成之后就立即进行立模浇筑，待气温变化还未对钢管产生较大变形时，混凝土就已经基本达到强度。这时，会在一定程度上减少温度变化对安装产生的影响。

3 结语

本电站由于压力钢管很长，管径较大，在钢管安装过程中产生变形的影响因素很多，通过分析研究，根据以往工程经验及现场实践总结出变形控制的工程措施，有效地解决了本工程遇到的问题，为类似长压力管道的安装提供借鉴，并结合实际情况提出进一步的改进措施，确保工程的顺利进行。

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