芒牙河一级水电站埋藏式压力钢管结构分析

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水电站压力钢管现场焊接工艺及相关思考

水电站压力钢管现场焊接工艺及相关思考摘要：压力钢管是水电站的主要组成部分，它连接着电站进水口和水轮机导水机构、蜗壳及主阀，起着将水由坝前进水口引向蜗壳，进而推动水轮机转动的作用。

现阶段，我国水电站压力钢管现场焊接工艺较以往有了很大提升，但与西方国家相比，仍存在较大的差距。

本文主要就水电站压力钢管现场焊接工艺和技术提出了几点思考，以期达到抛砖引玉之效。

关键词：水电站；压力钢管；焊接压力钢管多用于大、中型水电站，需承受较大的内水压力，且在不稳定的水流条件下工作，一旦出现焊接质量事故会造成严重后果，故对钢管及其焊缝的强度和塑、韧性都有较高要求。

因此，压力钢管通常是根据其承受内水压的特点和所在地的气温条件，选用相应的优质钢板和焊接材料焊接而成。

水电站建设需要使用钢材可达数百吨乃至数千吨，大多时候都是根据实际情况分节到货，在施工现场完成纵、环缝焊接等工序。

水电站压力钢管现场焊接工程量非常大，为此，施工单位必须对压力钢管的安装及现场焊接工艺进行全过程优化与控制，才能解决质量、安全和工期的矛盾，保证建设工期目标的实现。

1压力钢管焊接的特点在水利水电工程建设中，随着高参数、大容量机组的普遍使用，压力钢管的压力等级在升级，结构尺寸变得庞大，使用钢材可达数百吨乃至数千吨。

大型水利水电工程的压力钢管因为制造工程量非常巨大，因而工厂不可能制造成品，通常在工厂分节制造，然后再运输到施工现场，在施工现场完成吊装、纵、环缝焊接等各方面工序。

钢管纵、环缝焊接采用手工电弧焊或全自动气体保护焊完成，必要时也可设置专门的纵缝滚焊台车，在水平状态下完成纵缝焊接。

然后将做好的管节吊装到位，固定在基础支墩上，接着进行环缝焊接。

从这些复杂而又精细的工序中可以看出，水利水电工程压力钢管的焊接特点与制造厂内的焊接生产是有区别的。

此外，由于压力钢管是在现场焊接，所以焊接质量不可避免的就会受到施工环境差，焊接位置复杂多变，作业条件恶劣，对口质量参差等诸多因素的影响。

水电站压力钢管制作安装技术分析

水电站压力钢管制作安装技术分析水电站的运行将直接影响下游群众财产与生命的安全，尤其是建筑物居住的安全，只由合理使用水库调度的工作方式，才能令电站的效益性目标得以实现。

水电站在投产与发电之后，经受了较长时间水利的调度运行。

其基本已经明确了水库工作方式，也基本稳定各项特性的指标，当前水电站有良好的运行状况，本文针对压力钢管的制作、安装等技术展开分析。

标签：水电站；压力钢管；制作；安装技术；分析水电站的压力钢管的制作与安装技术，其具体施工工艺主要是运用三峡工程在施工中的成功经验，且严格执行了国家标准，运用相关技术的创新、制度管理等，确保水电站的压力钢管有较好的制作与安装质量以及进度。

由于水电站的压力钢管有较大的直径，较高的材质强度，故在制作和安装以及焊接之中工艺具有一定复杂性，在施工方面也存在较大的难度，进而决定了施工技术的复杂性。

一、水电站压力钢管的制作（一）划线编号划线之时要运用粉笔将管节所要切割的线和坡口的度以及基准线等划出，运用尤其将水流的方向标出，对分槽或分段与分节以及分块等进行编号，在加强环上标出其厚度和内、外的弧度等参数值，针对较高强度的钢板要严谨使用凿子或是锯予以标记，并在钢管的外部作冲眼。

（二）钢板切割钢板在进行切割之时要选用中性的火焰，同时正确的控制好切割的氧压力和气割的速度以及预热火焰的能率。

其割嘴要离钢板的表面约4mm，但要注意在切割之时务必要掌控好尺度，最大化确保所切割的钢板在尺度上能与规定的标准相符，否则会影响后期制作。

（三）破口制备传统制作的方式主要是利用机械敲打或是升高火焰的温度去对切口进行矫正，但是针对水电站中具有较高性能的钢板等材质而言，该制作方式已然不适用，其对角比较易产生变形，其机械敲打或是升高火焰的温度能令钢板在性能上产生变化。

因此，当前使用的方法就是运用砂轮去抛光与磨平，而后予以无缝式焊接。

（四）对破口进行打磨以及防锈等处理其破口在被切割之时，其板材的表面会因火焰在切割之时的温度升高而形成氧化膜，故具有较高的淬硬性，若不去除却直接予以焊接，就会提升在焊缝所填充的金属自身机械性能实际硬度，而却降低了韧性，同时埋下了质量的隐患。

沉井技术在水电站埋藏式压力管道工程施工中的应用

面上采用主机间与安装间平行于河流呈 “ 一” 字型的布置格局，主厂房尺寸５７．１２￣１６．６￣３４．５ｍ（长× 宽Ｘ高），安装三台单机容量为３０ＭＷ的立轴混流式水轮发电机组，装机容量９０ＭＷ，多年平均年发电量３．６３４亿ｋＷ・ｈ。毛尔盖河是黑水河流强烈下切，多呈“ Ｖ ” 字型峡谷。两岸多为基岩出露，地表植被发育。岸坡以斜坡、陡坡为主，河岸在定高度范围内多有松散堆积体分布。厂址位于西里村下游开阔平缓的 Ⅱ级阶地及洪积堆积体上，厂房后坡布置埋藏式压力管道，主要为土质陡坡，地形坡度一般在２５。一３５。之间。边坡结构松散一稍密，ｆｋ：０．２０ — ０．２５ＭＰａ，Ｅ０＝２５ — ３０ＭＰａ，具较低承载力、较高压缩性特征，弱透水性的特点。２沉井结构介绍沉井技术是在地面上或地坑中，先制作钢筋砼井身，井身砼达
水利期ｌ科技创新与应
沉井技术在水电站埋藏式压力管道工程施工中的应用
王利
（中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都６１００８３）
摘要：四川西里水电站厂房后边坡压力管道为洪积堆积体土质陡坡，该边坡成功地采用沉井支护方式，确保了边坡的稳定和安

三道湾水电站钢岔管和衬砌结构应力分析

第３７卷第３期
２１年３月０１
水力发电
三道湾水电站钢岔管和衬砌结构应力分析
陆誉婷，沈振中，马峰
（．海大学水利水电学院，江苏南京电勘测设计研究院，甘肃．
Ａｂｓｒｔｔａｃ：ＴｈｅＳｎｄｏｎＨｙｏｗｅｔｔ）ｓｌｃｔｄｕｈｅＴａｌｉＲｉｅｎＧａｕＰｒｖｎｃ．ａｈｅｔｃｆｓａｉｎａａｗａｄｒｐｏｒＳａｉｎｉｏａｅｎｔｏａｖｒｉｎｓｏｉｅｎｄｔｅｐｎｓｏｋｏｔｔｏ（ｉｕｒｅｄｅｇ（ｎｄｗｉｈａｄｓｇａｆ３７２ｎ．Ｔｈｅｔｒｅ－ｄｍｅｉａｎｉｌｍｅｔｍｏｅｌＭｒｓｒｓａａｙｉｓｓｂｉｄｕｎｒｒ）ｔｅｉｎｈｅｄｏ７２．１ｕｈｅｉｎｓｏｎｌｆｔｅｅｎｄｔｅｓｎｌｓｓｗａｉｅｅｔｂｌｓｄ．Ｔｈｔｅｓｓｆｂｉｕｃｔｏａｄｕｒｏｎｄｎｃｃｅｅｎｄｒｄｅｉｎｒｓｕｅｎｏｔｃｎｔｏｆｖｒｏｓａｉｈｅｅｓｒｓｅｏｆｒａｉｎｎｓｒｕｉｇｏｎｒｔｕｅｓｇｐｅｓｒａｄｎｈｅｏｄｉｉｎｓｏａｉｕｓ
ｂｆｒａｉｎｔｉｋｅｓｓａｄｌｉｇｓｒｃｕｅｅｅｃｌｕａｅａｅｎｔｅｃｍｂｎｄｂａｉｇｐｉｃｐｅｏｉｒａｉｎａｄｉｃｔｈｃｎｓｅｎｉｎｔｔｒｓｗｒａｃｌｔｄｂｓｄｏｈｏｉｅｅｒｒｉｌｆｂｆｃｔｎｕｏｎｕｎｎｕｏｓｒｏｎｉｇｒｃＦｅｔｉｋｅｓｏｉ【ａｉｎｗｓｓｌｃｅｉａｃｒｉｇｔｅｃｌｕａｉｎａｄｔｅｓｒｓｅｒｈｃｅｏｕｒｕｄｎｏｋ．ｈｈｃｎｓｆｂｆｒｔａｅｅｔ（ｃｏｄｎｈａｃｌｔｎｈｔｓｓｗｅｅｃｅｋｄｆｒｕｅｏｏｅｄｆｒｎｏｅａｉｇｏｄｔｎ．Ｔｅｅｕｔｈｗｈｔｈｒｃｍｍｅｄｄｃｅｏｉｒａｉｎｎｌｎｎｍｅｔｔｅｉｅｅｔｐｒｔｃｎｉｏｓｈｒｓｌｓｏｔａｔｅｅｏｆｎｉｓｎｅｓｈｍｅｆｂｆｃｔａｄｉｉｇｕｏｅｓｈｒｑｉｅｎｓｏｐｅｆａｉｎｎａｅａｅｅｅｃｏｅｇｎｅｉｇｄｓｇｎｏｓｒｃｉｎｅｕｒｍｅｔｆｓｅｉｃｔｓａｄｃｎｂｓｒｆｒｎｅｔｎｉｅｒｎｅｉｎａｄｃｎｔｔ．ｉｕｕｏ

山口水电站工程埋藏式钢岔管管材比较分析

表１
钢材
Ｑ３５４Ｃ
级来减少钢板厚度。
从表２中钢岔管壁厚计算值可知，虽然钢岔管的管径大，但压力水头不高。岔管采用Ｑ９Ｃ钢材的有限元３０结构优化计算的壁厚虽大于８０ａ０ＭＰ的钢岔管，但两方案计算厚度均未超过规范规定范围，满足设计要求．无需提高钢材等级。
净水头（考虑调压井最高涌浪水位）２设计内水压９ｍ，力（加水锤压力）１．水压试验压力１０ｍ１８ｍ，４３．。３
表２
岔管
管壁和肋板厚度
管壁厚度方案一方案二
３０
２８
单位：ｍｍ
肋板厚度方案一
４６
４０
２岔管管材比较分析
管，通过三次分岔，将一根主管分为４根支管接入主厂房内。钢岔管均为地下埋管，厂房附近的支管为明管。１３～
号岔管型式采用 “卜形月牙肋岔管； ” 岔管前接主管内径９ｍ；管为两大两小共４根，中，号、．支０其１２号支管内径３ｍ，号、号支管内径５ｍ见下图）．３４２．（２。
二长片麻岩，围岩分类为Ⅲ类，局部稳定性差。围岩弹性
模量＝６Ｇａ单位弹性抗力Ｋ＝５４Ｍａｍ，４．Ｐ，２ｏ３ — ０Ｐ／膨胀ｃ
系数Ｏ＝．ｌ－￣，ｚ１ｘ０６泊松ｔｇ＝．。ｄ０／ＣＬａ０５２
李
捷等／４，口水电站工程埋藏式钢岔管管材比较分析１
无损探伤检验工作外，更为重要的是必须对焊接线能

水电站压力钢管设计规范(试行)编写说明SD144-85【范本模板】

前言第一章总则第二章布置第三章材料第四章水力计算第五章结构分析第六章岔管（包括附录（四）的说明)第七章构造要求第八章水压试验第九章原型观测和检查维修附录(一）明管结构分析方法附录(二）地下埋管结构分析方法附录(三) 坝内埋管结构分析方法附录（五) 钢管防腐蚀措施主要参考资料打印刷新水电站压力钢管设计规范（试行）SD144-85编写说明前言受水利电力部规划设计院的委托,《水电站压力钢管设计规范》由水电部昆明勘测设计院任主编单位，原水电部安康设计院(现并入水电部西北勘测设计院和北京勘测设计院）和水电部华东勘测设计院任副主编单位，参加协编的单位有:华东水利学院、浙江大学、同济大学、清华大学、三河闸管理处、水电部第十四工程局安装处和长江流域规划办公室等。

在各兄弟单位的共同努力下，于1985年3月完成了该规范的报批稿。

规范编写工作共分四个阶段进行。

1980年10月编写单位在昆明召开了协调分工会议。

这次会议主要研究了规范编写的原则、指导思想、编写提纲，并明确各单位的分工计划等。

具体分工如下：编写内容单位主要编写人员通用部分、明管、地下埋管水电部昆明勘测设计院诸葛睿鉴、金章瑄、及汇编全文黄伟、冯元凯、严云祥坝内埋管水电部西北勘测设计院袁培义水电部北京勘测设计院潘玉华、邱彬如三梁岔、球岔从汇编水电部华东勘测设汁院巫必灵、曾阜南、吕谷生、刘蕴琪岔管部分月牙岔、无梁岔浙江大学力学系洪嘉智、钟秉章贴边岔及明管振动同济大学数学力学系徐次达、张相庭、方平强度理论及抗外华东水利学院河川系刘启钊、刘焕兴压稳定分析清华大学水利系谷兆琪、彭天玫水力计算和地下埋管结构分析构造要求水电部第十四工程局安装处张树森防腐蚀措施江苏省三河闸管理处王宁强伸缩节结构分析长江流域规划办公室刘奕光建国以来，我国尚无《水电站压力钢管设计规范》,一般都是沿用苏联规范.因此，在编制过程中,本规范编写小组收集和总结了三十多年水电站压力钢管设计、施工、安装、科研和运行等方面的建设经验，并参考了国内外有关规范和资料,在广泛征求意见的基础上,于1982年12月编写成第一稿。

漫湾水电站压力钢管弹性垫层的设计与实践

漫湾水电站压力钢管弹性垫层的设计与实践
黄光明;王忠勇
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】1997(000)001
【摘要】漫湾水电站发电压力钢管ＨＤ值达９５７．６ｍ＾２，而下弯段及平段的混凝土覆盖厚度及２．９５ｍ，因此决定设置弹性垫层来解决结构问题。

通过大量的有限元计算确定了垫层的厚度、弹模，控制管内水压力的外传比例。

通过试验选择ＥＰＳ泡沫板作为垫层材料。

投产运行３年来，压力钢管运行正常，管顶混凝土未发现裂缝，说明设计是成功的，对类似工程有一定的参考价值。

【总页数】3页(P25-27)
【作者】黄光明;王忠勇
【作者单位】昆明勘测设计研究院;昆明勘测设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV732.41
【相关文献】
1.某电站压力钢管垫层弹性模量计算 [J], 曾静;訾进甲
2.基于三维非线性有限元法的压力钢管弹性垫层模量优选研究 [J], 邸多民;文斌;吴震宇;张权;刘侠
3.周边设置弹性垫层的坝内压力钢管的试验 [J], 张义林
4.漫湾水电站二期工程引水压力钢管运输及安装技术 [J], 王戈非;钱建波
5.漫湾发电压力钢管设置弹性垫层的计算 [J], 王忠勇;李立年
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水电站埋藏式压力钢管设计准则探讨

Prmax = 3 k0ρr g ( z - rf)
(2)
式中 Prmax ———围岩最大承载能力。在岩层覆盖较薄的情况下 ( Z < 30 ri) , rf 取为 Z/ 10 ;此
外 ,只有岩层覆盖厚度超过 32. 5 m (20 ri) 时 ,才能考虑围岩载力 Pr 达到最大 ; 但对于开裂区更大的情
况 ,围岩地表面的拉应力将会很大。分析表明 ,只有当开裂
区深度不超过覆盖层厚度的 10 %时 ,这些拉应力才可不予考
虑。另外 ,考虑到围岩的不均匀性和具有的初始应力 ,认为
开裂区深度不宜超过隧洞半径 ri 的 3 倍。取 rf = 3 ri ,并考虑到 rf < 0. 1 Z ,代入式 (1) ,可以得到围岩最大承载能力的计算公式如下 :
称的 ,混凝土中至少出现两条裂缝 ,混凝土中最大裂缝宽度预计值等于内水压力作用下围岩洞周切向总变形的一半。
准则 2 :一方面是为了验证假定的荷载分配是否正确 ;另一方面是为了保证围岩不会发生失稳。围岩的最大承载能力等于钢衬 (或回填混凝土) 与围岩的交界面处围岩所能承担的最大荷载。
一般情况下 ,当衬砌与围岩交界面处传给围岩的荷载在围岩中产生的最大拉应力超过岩体中初始的竖直应力时 ,围岩能分担的荷载就达到极限。如果围岩失稳破坏时 ,钢衬也开始屈服 ,那么就可以认为这个钢板衬砌和围岩联合承载结构达到其极限承载力。为了确保管道的安全运行 ,取安全系数为2. 0 。 1. 3 钢板衬砌段的围岩承载力
王金龙 , 丁旭柳 , 伍鹤皋
(武汉水利电力大学 ,湖北武汉 430072)
摘要 :介绍瑞士在地下埋藏式压力钢管设计方面的一些设计准则和方法及其应用情况 ,并与我国现行设计方法进行了比较。以某水电工程埋藏式压力钢管为例 ,着重讨论围岩承载能力的确定和钢衬、围岩之间荷载的分配 ,以及确定钢衬长度的方法。关键词 :地下埋管 ;荷载分配 ;衬砌长度 ;设计准则中图分类号 : TV732. 4 + 1 文献标识码 :B 文章编号 :100129235 (2001) 0220013203

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洞形有压隧洞，长２３５２ｍ；力钢管道采用一总４．压管四机的联合供水方式，主管总长１１．６其１１６ｍ（４中：明管３７２９ｍ，管１５．７）直径为１２７５．７埋３８７ｍ，０．６
根据《国地震动参数区划图》Ｇ１３６－中（Ｂ８０－－
２０）工程区地震动峰值加速度为０１ｇ地震动０１，．５，
反应谱特征周期为０４，．ｓ地震基本烈度Ⅶ度。５电站压力管道地下埋管段岩体以Ⅲ类围岩为主，设计各控制断面（见图１的外水压力、）围岩单位弹性抗力系数、管道埋深等参数详见表ｌ。
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云南水力发电
２Ｏ０７年第３期
计公为ｔ＋０（麦（算式：１０一）１＝０）
２２内水压力．
电站压力钢管道采用明管和埋管联合布置，为管四机的联合供水方式，根据调保计算结果，在正常工作情况下，各控制断面的内水压力值详见表ｌ。
一
表１管道基本资料表
２３初始缝隙值．
初始缝隙值包括施工缝隙、钢管冷缩缝隙、围岩
÷ 收稿日期：０７３２２ｏ一ｏ —０作者简介：番华芬（９７）女，１一，云南陇川人，６工程师，主要从事水利水电工程规划设计工作。
３地下埋管段设计
本工程地下埋管直径较小，但承受的水头非常
图１压力管道纵剖面与埋管段各计算控制断面位置示意图
４规范解析法计算
４１强度设计计算．
钢管承受内压设计主要是在已知内水压力、初
始缝隙、钢管半径、围岩单位弹性抗力系数和钢材允许应力的情况下，采用《电站压力钢管设计规范》水（ＬＴ１１２０）Ｄ／５４ — ０１附录Ｂ确定钢衬所需要的厚度，
（）填混凝土和围岩：凝土强度等级为１回混Ｃ５混凝土和围岩物理力学参数见表２１；。
表２混凝土和围岩物理力学参数表
（）材型号：３５；性模量：＝２００２钢Ｑ４ｃ弹Ｅ１．
Ｇａ泊松比：＝．；Ｐｌ；Ｏ３抗拉强度设计值：＝１Ｍａ３５Ｐ（。６Ｉ１；许应力Ｒ按下式计算：／ ≤１ｎ允ｎ）Ｒ＝ｙ，ｄ式中：０１０持久工况＝１０ｙ取１０，ｙ取．；．；ｄ．３计算得到钢管的允许应力＝２２Ｍａ ≤１，４Ｐ（。６Ｉ）砌。焊缝系数＝．０９５
芒牙河一级水电站位于云南省德宏州盈江县境内，县城７ｍ，昆明８７ｋ芒牙河为大盈江距５ｋ距６ｍ。
ｍ，最大引用流量４４３，．ｍ／平均流速３５／４ｓ．ｍｓ２。
２基本资料
２１工程地质．
上游河段一槟榔江的一级支流，全长２．ｋ落差８０ｍ，１２，均比降４．‰。电站为径流引水式开０ｍ平３７１发，设计水头６４ｍ８。电站装机４台，总容量２．４’ ９Ｍ保证出力５７７Ｍ多年平均发电量１４３Ｗ，．２Ｗ，．５４万ｋｈ为小（）Ｗ・，１型工程，工程等别为Ⅳ等。枢纽工程主要由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽组成。引水系统布置在芒牙河左岸，由引水隧洞和压力钢管道组成。引水隧洞为钢筋混凝土衬砌的城门
摘
要：云南芒牙河一级水电站是一个径流式高水头电站，压力钢管道采用明管和埋管相结合布置形式。对埋管段结构分析，根
据规范解析法的计算结果，并参照类似工程设计经验，用有限元计算方法对埋管段进行优化分析，采确定钢管壁厚和抗外压稳定
的加劲措施。
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云南水力发电
４２
ＹＵＮＮＮ＾ＷＡＩＲＰ０ＷＥＲ
第２卷３第３ பைடு நூலகம்
芒牙河一级水电站埋藏式压力钢管结构分析
番华芬
（云南省德宏州水利电力勘察设计院，云南德宏６８０）７４０
高，大设计内水压力达８０ｍ，且覆盖厚度较最０而浅，图１见所示。电站压力钢管道设计一般采用规范解析法进行计算。根据类似工程设计结果可知，采用有限元法确定的管壁厚度一般要比采用规范解析法确定的管壁厚度小，可以节约工程投资。为在确保工程安全的前提下尽可能节约投资，本工程采用有限元法对埋管段进行优化设计，并参照规范解析法的计算结果，确定管壁厚度和抗外压稳定的加劲措施。
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番华芬
芒牙河一级水电站埋藏式压力钢管结构分析
４３
冷缩缝隙，根据《电站压力钢管设计规范》Ｄ／水（Ｌ＂１１０１分项计算结果，１４ —２０）＂５总缝隙值共计Ｏ４７．０
２４材料参数．
关键词：芒牙河水电站；压力管道；埋管；设计；有限元分析中图分类号：Ｖ２；Ｖ３．Ｔ２２Ｔ７２４１文献标识码：Ｂ文章编号：０ — ９１２ｏ）３０４ — ６１６３５（７０ — ０２０００
１工程概况