某抽水蓄能电站输水发电系统压力钢管安装

某抽水蓄能电站输水发电系统压力钢管
安装
摘要：本文对某抽水蓄能电站输水系统压力钢管的安装方案进行了介绍，着
重对隧洞下斜井上直管凑合节及施工支洞口凑合节整管安装的方法进行了详细叙述，分别介绍了两种不同于传统（瓦片式和套管式）的凑合节整管安装方法。

关键词:抽水蓄能电站；输水系统压力钢管安装；专项施工方案；凑合节整
管安装
0前言
某抽水蓄能电站安装4台单机容量为300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机，输水系统采用“一洞两机”平行布置。

引水隧洞均由上平段、上斜井段、中
平段、下斜井段及下平段组成。

两级斜井倾角均为60°。

单条主管长507.93m
（上斜井渐变段起点至高压岔管中心）。

压力钢管安装量约1.36万t。

上斜井段钢管直径6.4/6.0m，长315.72m（包含弯管），材质Q460D；中平
段管径6.0m，长77.00m，材质Q690D；下斜井段管径6.0m/4.8m，长319.34m
（包含弯管），其中下斜井段经10m长渐变段，管径由6m减缩至4.8m，材质
Q690D；下平段管径为4.8m，总长60.70m（至钢岔管中心），材质Q690D。

岔管（800Mpa级钢板）后1#～4#高压支管长度分别为
61.75m/70.37m/103.05m/111.77m（高压岔管中心至厂房上游边墙）。

支管管径
3.4m，在厂房前渐缩为2.4m，渐缩段长度为9m，厂房内至球阀段明管直径2.4m，材质Q460D。

尾水管出口至尾水闸门洞中心线下游25.26m洞段采用钢板衬砌，钢衬段长111.41m，钢板材质采用Q345R，钢衬厚度26～28mm。

其后接钢筋混凝土岔洞。

施工支洞：①1#施工支洞：布置在上平段引水调压室下游侧，城门洞型，净
断面8.0m×8.5m（宽×高）；②3#施工支洞：由上下库连接道路接至两引水隧洞
中平段，城门洞型，净断面8.0m×8.5m（宽×高）；③4#施工支洞：布置在下平洞，城门洞型，净断面8.5m×8.5m（宽×高）；④6#施工支洞：接进厂交通洞至
地下厂房，城门洞型，净断面8.5m×8.5m（宽×高）。

压力钢管共626个安装节，包括2个岔管。

主管安装节长2241mm～3000mm，
中平段凑合节长2000mm、下斜井上弯段凑合节长2000mm、下平段凑合节长1740mm。

支管管节长2239mm～3000mm；尾水支管管节长2500mm～3000mm，凑合节长
1410mm。

下平段引水支管直管与锥管采用2个设计管节组装成1个安装节，其余
钢管均以1个设计管节作为1个安装节。

岔管由主岔管与过渡锥管组焊成岔管安
装节，在厂内进行水压试验。

1 钢管安装总体方案
1.1钢管安装顺序
钢管安装由1#、3#、4#、6#施工支洞同时进行。

每条隧洞钢管安装顺序如下：
图1 压力钢管安装顺序
图2 压力钢管安装顺序示意图
1.2准备工作
钢管安装前，对各施工支洞与主洞交汇处及下斜井上弯处进行扩挖，并在扩挖处洞顶布置100T天锚吊钩；洞内布置5T卷扬机及12倍率的滑轮组。

在中平段及下平段洞内布置5T卷扬机，并相应布置地锚、边锚、地辊、转向装置、滑轮组等；
在洞内铺设台车运输轨道，布置运输台车。

并制造钢管模型，采用运输台车进行全行程试运行。

同时制作斜井及平洞段施工工作台车。

1.3钢管运输方案
钢管在洞外及施工支洞内采用60T平板车以平运方式（管口朝上）运输；在施工支洞与主洞交汇处卸车并进行管节翻身后改为立运方式（管口水平）由轨道台车运输至安装工作面。

支管采用立运方式运输。

2平洞段钢管安装
（1）引水中平洞及下平洞的主管安装：以首节平管作为首装节进行安装，
然后安装下游相邻3节管，调整合格并进行固定后进行混凝土回填施工。

其余平
管在斜管或岔管之后安装。

施工支洞口凑合节最后安装。

（2）引水支管安装：在岔管安装后进行。

在岔管安装前，先将支管从4#施
工支洞拖入洞内。

（3）尾水支管安装：以尾闸室旁两节方变圆管节做为定位节首先进行安装，然后依次分别安装上下游管节。

闸室下游支管先运入洞内临时停放。

（4）钢管安装前，先由测量队在施工现场按设计图纸放出管口上顶、下底、左平、右平四点水平投影点，作为调整依据。

（5）管节运输就位后，用型钢制作门型支撑将钢管支撑好；用千斤顶及手
拉葫芦调整钢管安装位置，用全站仪检测钢管的安装中心、里程及高程，其安装
偏差符合设计图纸和规范要求后，进行钢管加固。

（6）钢管采用管内布置的可旋转的顶杆进行环缝组对。

环缝组装调整时采
取调整好一段即点焊固定一段工艺方法，点焊间距300mm，局部区域可缩短定位
焊间距。

钢管安装时布置压缝、焊接、检查及涂装3部工作台车于管内。

环缝采
用手工焊接。

（7）平洞段钢管每安装4节即进行管外排水管的安装，然后进行混凝土回填。

回填混凝土浇筑时注意控制入仓速度，管口预留长度为1m。

在回填混凝土抗
压强度达到5MPa以上后，继续安装钢管。

3斜井钢管安装
（1）钢管从下弯段开始往上游方向进行安装。

钢管在斜井运输时钢管与运
输台车临时焊为一体，由2台卷扬机配合牵引台车将钢管缓慢下放至安装位置。

为保证管道的就位准确，在各节弯管吊放前，预先根据各节弯管安装后的就位状
态将管道吊装点及起吊后的倾斜角调整好，减少安装时各节弯管就位调整难度；
（2）施工人员通过工作台车及钢管支撑平台进行上下及钢管组对与焊接作业等。

钢管内隔一定距离搭设安全防护网；管外采用架管搭设焊接平台。

（3）钢管组对检查相邻管道管壁错口量、管身倾斜度、管中心精度、管口圆度符合要求后使用加固材料将管节支撑固定；然后进行组装焊缝的焊接。

（4）斜管段每安装6节，即进行混凝土的回填浇筑；钢管安装与混凝土浇筑分段交替进行，钢管外新浇筑的混凝土抗压强度达到5MPa以上，方可继续安装钢管。

4凑合节安装
本工程凑合节根据要求采用整管进行安装。

（1）下斜井凑合节安装
凑合节设在上弯段以下的第二节直管（61#节）位置，采取预装配管整管安装。

施工方案：在斜管段从下往上安装到凑合节时，先将凑合节上游侧相邻管节运入洞内预装（留出凑合节位置）。

按设计将管节中心、里程等调整合格后临时固定。

钢管安装在钢架上，并对上游相邻管节安装位置做出标记，保证该管节在预装完撤出后正式运入安装时能准确恢复到预装时的位置。

然后对凑合节上下游管节进行等分划线。

等分时，以“Y”轴为基准，沿顺时针（面向下游）方向进行等分及编号，将管口周长等分为50份：上游管节编号A1～A50，下游管节编号B1～B50；然后在钢管加工厂内对凑合节进行分点，分点方法同上下游钢管，编号为：上游管口C1～C50，下游管口D1～D50；用盒尺先测出AnBn（n表示点的序号）之间的距离（精确至1mm），再在凑合节上用同一把盒尺量出对应的距离，划线时，凑合节以上游管口一侧为基准，修割下游侧管口。

测量精度≤0.5mm，以上各点均用样冲打冲眼做标记，冲眼打在钢管内壁，距离管口50mm～100mm，冲眼深度≤0.5mm。

然后对凑合节进行配割，采用无轨道式磁力切割机，沿着已划好的线先齐边，再开坡口。

凑合节下游侧管口的坡口制备工序：在齐边后先将凑合节内壁一侧大
坡口用切割机开出，凑合节外壁一侧坡口不开，焊接背缝时用碳弧气刨方式开坡口。

然后将凑合节上游管节撤出，再将加工好的凑合节运入洞内就位，然后将凑
合节上游相邻管节运入并恢复原预装位置，使凑合节与上下游管节对好轴线等标记，然后对钢管进行加固，并对凑合节与下游管节组装缝点焊固定。

然后依次安装完上弯段管节，再对凑合节的组装焊缝进行焊接。

凑合节组装
焊缝的焊接需严格按作业指导书执行。

检查合格后进行回填混凝土的浇筑。

（2）施工支洞口凑合节安装
施工支洞口28#及167#管节为凑合节，采取整管侧推就位安装方式进行安装。

1）施工步骤：
①制作凑合节：将凑合节制成半八字形；
②上下游钢管安装：将凑合节的上游钢管及下游钢管安装固定；
③凑合节就位：将凑合节就位，控制凑合节与上下游管口中心偏差≤2mm；
④凑合节与上下游钢管间间隙的处理：控制凑合节与上下游管口间隙≤2mm；
⑤压缝：控制凑合节与上下游管口错边≤2mm；
⑥焊接：焊接采用分段退步焊接。

2）安装过程
凑合节在工厂内制作并预留一定的现场切割余量。

上游钢管和下游钢管在洞
内安装固定后，预留出凑合节安装位置。

根据凑合节上游钢管和下游钢管之间的
间距对凑合节进行划线和配割。

配割完成后，用台车将凑合节沿轨道侧推入安装。

然后对凑合节下游侧环缝局部间隙较大的部位进行堆焊处理，堆焊前需保持凑合
节无轴向约束。

下游侧环缝（非闭合焊缝）焊接完成后，测记上游侧环缝（闭合
焊缝）的间隙，若局部间隙较大，再进行堆焊处理，堆焊打磨后记录间隙值。

然
后再进行压缝和焊接，压缝采用压缝台车进行。

压缝前复测管口实际周长，均匀
分配错边，严格控制环缝对口径向错边量。

先对闭合焊缝的管口进行调圆处理，
在钢管外壁安装定位板，再对凑合节下游侧管口压缝，压缝的同时对该环缝进行
定位焊。

焊接采用分段退步焊接，先焊接下游管口焊缝，再焊接上游管口焊缝。

对局部间隙过大处先堆焊后再正式焊接。

最后对焊缝采用X射线衍射法作残余应
力测试，测试部位尽量选择在下半圆120°范围内进行。

3）施工工艺
将凑合节靠近下游钢管的管口及其下游钢管靠近凑合节侧的管口在制造时分
别倾斜一定尺寸，凑合节上端向内倾斜500mm，形成半八字形，下游钢管管口下
端向内倾斜500mm。

凑合节制作时预留现场切割余量。

在施工现场，先测量上游钢管的下游管口
和下游钢管的上游管口钝边间距配割凑合节，对凑合节及其上下游钢管进行等分
划线方法及切割方法与下斜井凑合节安装等分划线与切割方法相同，在此不再赘述。

配割完成后，将凑合节用台车沿着轨道侧推就位，就位后的钢管中心比设计
中心位置略低一些，采用倒链或千斤顶进行微调，在侧推时若发生卡塞现象，需
打磨坡口钝边，而非坡口斜面。

焊接前将焊缝坡口两侧油漆、水泥浆以及其他异物打磨干净；控制焊接电流
及预热温度；焊缝附近不应有水源；每焊接一层后仔细打磨，做到焊后不需返修。

在凑合节安装前，上下游侧至少各15m长度内不浇混凝土；在安装时，严格
控制凑合节的上下游钢管管口与隧洞轴线中心偏差、管口中心相对偏差和管口垂
直度。

同时严格控制里程相对差。

（3）尾水支管凑合节安装
尾水支管凑合节安装与下斜段凑合节安装方法相同。

钢衬起始节在钢管厂生
产时留长100mm，以解决凑合节前管节焊接收缩产生的里程偏差，即安装焊接完后，对首节钢管里程进行测量，然后对管节多余长度进行割除。

5岔管的安装
（1）岔管做为定位节进行安装。

（2）岔管安装前根据图纸尺寸将岔管桩号线、安装轴线及中心线可靠地设
置在固定物体上，并根据洞内吊装方案布置天锚起吊装置。

（3）制造岔管模型，采用与实际运输方案相同的方法，在洞室内进行全行
程试运行。

对开挖不足处进行处理，特别是4#施工支洞的转弯处需进行局部扩挖。

（4）岔管采用60T平板车运输。

在4#施工支洞与主洞交汇处采用100T天锚
起吊装置卸车并吊至运输台车上，再用卷扬机牵引台车至安装位置，然后用千斤
顶顶起岔管，退出台车，将岔管落在钢支架上。

（5）岔管调整定位后，将过渡管节拉入洞内按预装配进行组装。

（6）岔管组焊并调整合格后用型钢进行固定，然后浇筑混凝土。

（7）岔管段安装完成并检查合格后，按节序图进行主管及支管的安装。

作者简介:
聂冠群（1970-），男，湖南省隆回县人，高级工程师，长期从事水利水电
工程建筑施工技术与管理工作。

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