涔天河水库扩建工程枢纽电站岔管水压试验方案设计

余爱武

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007）

1 概 述

涔天河水库扩建工程位于永州市江华瑶族自治县境内的湘江支流潇水上游峡谷出口处，下距江华县城12 km。是一座以灌溉、防洪、下游补水和发电为主，兼顾航运等综合利用效益的大型水利水电工程。水库防洪库容2.5 亿m3，调节库容9.92 亿m3，水库总库容15.1 亿m3，工程等级为Ⅰ级。

水库枢纽电站装机4 台，采用一管多机引水，引水隧洞后段至机组蝶阀采用压力钢管结构，管中心高程为EL215 m，设计水头为140.2 m（含水锤），主管段为洞内钢衬。出洞后布置4 个岔管，将水引入4 台机组以及生态基流管，岔管和支管段按明管设计，承受100%的内水压力，压力钢管材料采用Q345C，岔管材料采用WDB620 高强度钢。钢管主管内径为Φ9.5 m，壁厚选用36 mm。4 台机组的支管内径均为Φ4.1 m，钢管壁厚采用25 mm。岔管均采用月牙形内加强肋型式，岔管为“卜”形，分岔角60°，岔管群布置如图1 所示。

图1 岔管群布置图

根据《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141-2001），岔管制作后应进行水压试验。水压试验设计压力为P=1.76 MPa（岔管最大设计内水压1.402 MPa 的1.25 倍）。

2 水压试验的安排

岔管的水压试验根据工程总体进度安排，分为两组岔管组分别分两期进行。2#岔管和3#岔管组成一组为第一期，1#岔管和4#岔管组成一组为第二期，两组岔管共需8 个闷头及相应的连接管，连接管节在试验切割以后留不小于600 mm 无损钢管作永久使用，两组试验组的闷头允许重复使用。本文仅以第一期2#、3#岔管水压试验为例。

3 水压试验的目的

1）岔管水压试验以超载内压暴露结构缺陷、检验结构整体安全度，为岔管的长期安全运行提供可靠保证。

2）通过水压试验可以削减焊接残余应力及不连续部位的峰值应力。

3）通过水压试验，在缓慢加载条件下缺陷尖端发生塑性变形，使缺陷尖端钝化，卸载后产生预压应力。

4 水压试验基本原则

水压试验及闷头的设计应严格按照《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141-2001）、《压力钢管制造安装及验收规范》（DL 5017-2007）等相关规程规范实施。闷头的相关设计还可参照压力容器设计规范GB 150-2011 实施。

由于施工工期较紧，本次试验方案设计不专注于理论研究复核，不进行应力检测及有限元计算结果分析，仅针对岔管运行安全性进行评价，故只对岔管变形进行监测。

5 水压试验前的准备工作

1）2#、3#岔管及中间管段安装完毕并通过验收。

2）在岔管组的对外连接管段末端装设闷头并通过验收。

3）在试验组的对外连接管段上各设置必要的压力表、补排气阀、排水管、大流量低压充水泵接管及高压截止阀，高压打压泵接管及逆止阀。同时，岔管水压试验的观测设备及位移测试装置安装和调试完毕并通过验收。

4）岔管组各部位有可靠的支撑加固并通过验收，且加固方式不应强制约束岔管水压试验中试验引起的变形。

5）岔管各部位及监测设备、压力表安排专人监视、记录，并配有照明设施。

6 水压试验实施过程

根据规程规范要求，水压试验进行分级加载，缓慢增压，现场水压试验最高压力为1.76 MPa，压力等级为0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.05 MPa、1.40 MPa、1.76 MPa，水压试验流程如图2 所示。

图2 水压试验流程图

7 试验结果

7.1 位移检测

测试设备：LH-08 位移传感器；5G103 位移传感器。

测试方法：用位移传感器测量各个压力等级下岔管各测点的位移，并监测试验过程中的变形的异常，防止发生试验危险。

测点布置：在2#和3#岔管的顶、底、腰及月牙肋腰等部位布置位移传感器，具体布置如图3 所示。

图3 位移传感器布置位置图

7.2 岔管体积变形测试

测试设备：电子秤。

测试方法：用电子秤计量各个压力等级下的进水量，然后按1 000 kg/m3换算成体积。

测试目的：用进水量来测量岔管群内部体积变化规律。

8 结果分析

1）水压试验岔管位移变形分析。水压试验过程中，在各个压力等级下，测试部位位移与压力等级成线性关系，2#岔管管外底部A2 位移与压力等级线性关系如图4 所示。

2）水压试验岔管体积变形分析。水压试验过程中，在各个压力等级下，进水量与压力等级成良好的线形关系。水压试验进水量与压力等级关系如图5 所示。

3）水压试验过程中，岔管本体未发生异响及异常变形，未发生渗水和渗漏情况，从位移检测及进水量检测结果来看，各测点的位移量及岔管整体变形量均与试验压力近似成线性关系，说明钢岔管主体结构在水压试验时在弹性变形范围内，故钢岔管能满足工程运行安全要求。

图4 2#岔管管外底部A2 位移与压力等级线性关系图

图5 水压试验进水量与压力等级关系图

9 结 语

本次水压试验采用位移检测及进水量检测来验证岔管安全性，从结果上来看是成功的，水库枢纽电站自2018 年运行以来，从原型观测数据来看，钢岔管运行正常。本次水压试验的检测方法具有操作简单，费用低，耗时短的优点，值得推广。