水电工程中压力钢管安装质量控制结论

摘要：我国小型水电站建设中压力钢管道施工问题尤为重要，受内水压力与外部压力的双重作用，埋藏式钢管易出现外压失稳与内压承载的问题，本文针对这两方面问题，提出自己的见解。
关键词：小型水电站；压力钢管；措施
在水工建筑中，小型水电站压力钢管道的设计与施工备受人们的关注，因为它是水工建筑中的关键性结构，其施工安全与否直接影响水工建筑的质量。压力钢管道可以分为两类，即明管与埋管。明管与大气接触，通常设置在分开的支座上，而埋管不与大气接触，通常被掩埋在混凝土、岩石或土壤三种介质中。关注压力钢管道稳定设计，并实现安全施工控制，是顺利完成小型水电站建设的有力保证。
1关于埋管的稳定性分析
小型水电站的压力管道，如果采用的是埋藏的形式，压力管道受内水压力与外部压力的双重作用，对其进行稳定性分析时，必须从两个角度来分析。

1.1首先是压力钢管的外压失稳问题。

该问题受多重因素的影响，压力钢管的临界外压与光面钢管的管壁厚度有关，在稳定要求得到满足的情况下，就无需加置加劲环；否则就必须设置加劲环。加劲环的设置还必须考虑到间距与尺寸的因素，加劲环的间距与钢管的临界外压有关，而加劲环的尺寸则受加劲环抗外压失稳要求的影响。压力钢管的外压失稳问题极为复杂，受钢管长度、钢材质量与外压分布等诸多因素的影响。但总的来说，带加劲环的埋藏式钢管，它的外压稳定包括两个方面，即加劲环的稳定与环间管壁的稳定。

1.2其次是压力管道的内压承载问题。

压力管道承受的荷载主要来自于内水压力，作为钢衬及钢筋混凝土衬砌的重要参数，内水压力数值的准确性十分重要。作为整体性结构，钢衬与钢筋混凝土衬砌粘结在一起，二者之间能够实现联合合作。钢衬与钢筋混凝土衬砌之间粘结可以出现被破坏的情况。在两者粘结受破坏之前，混凝图衬砌的内部会出现纵向的裂痕，但这种裂痕是有限的，不影响整个系统的正常运行。在两者粘结受破坏之后，压力管道的应力状态不会有大的波动。对于钢衬与钢筋混凝土

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衬砌而言，应力取值受内水压力的影响，且与环的半径无关。还应对压力管道进行所能承受的强度的计算，对钢衬和钢筋的应力有一定限制，一般而言，指在正常的荷载下，所得结果必须在规定的极限值之内。
2压力钢管道施工中的相关举措
随着科学技术的发展，我国的水电站建设取得了不小的成果，从发展趋势来看，对单机容量和压力管道的载荷提出了更高的要求。外压荷载加大造成的不利后果，往往是钢管的失稳破坏，这样的状况在薄壳结构压力钢管中较为常见。按照以往经验，往往是从两方面着手，即将增加钢衬厚度或增加混凝土衬砌的配筋量，从表面上看，以上措施看似是解决了外压荷载给压力管道造成的不利影响，但实际上，旧有问题得到解决，新的问题随之产生。钢管厚度的增加，压力管道的滚压能力亦发生变化，原有的压力管道设计也随之发生改变，对于施工过程的制造、安装与焊接工作也提出更高要求，这无疑增加了施工难度。钢衬钢筋混凝土联合承载结构是目前为止，我国小型水电站建设过程中最常采用的，也最为实用的承载结构，用昂贵、紧缺的高强合金钢来取代这种承载结构的做法不够明智，增加混凝土衬砌的配筋量亦不合理，因为这种浇筑方式无法保证工程的质量。笔者根据多年工作经验，提出以下举措。

2.1首先是要注重设计的合理性。

小型水电站建设事关重大，各项工作都要在法律、法规的规范下进行。我国关于压力钢管制造方面的法规非常明确，《压力钢管制造安装及验收规范》(DL5017-93)、《压力钢管制造安装施工技术要求》与《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》都能给予相关工作人员技术上的要求，严格按照相关工艺流程操作，确保施工质量。在对压力钢管进行设计时，吸取我国近年来此工作领域的有益经验，采取有限元法计算管壁厚度，此种计算方法的采用，不但科学合理，而且能够节约原料，从而实现资金的最合理应用。

2.2其次是可以采用垫层的形式。

针对埋藏式压力管道中存在的诸多问题，经过多年的实践，现在较常采用的是垫层的形式。垫层设置在钢管和混凝土衬砌中间，有效地将二者分开。垫层管的设置，其优势在于钢管承受内压的能力充分显现出来，通过自身高性能的抗拉作用，对混凝土衬砌和围岩形成一种变相的保护，原有的对混凝土衬砌和围岩形成威胁的内水压力极大减少，从而也在一定程度上降低了二者被破坏的可能性。因为具备了更好的抗裂性，就埋藏式钢管而言，对其配筋量没有必要再特意增加，压力钢管厚度的适中，且钢管的埋藏深度上也相对放松，这是对施工难度的降低。采用垫层的形式，混凝土衬砌中的拉应力相对减小，在混凝土衬砌完好或仅存在极小裂缝的情况之下，能够有效地规避钢管管壁屈曲失稳现象的发生，而此类现象时常发生在钢管放空状态时。

2.3再次是可以采用夹层管的形式。

夹层管包括内、外层的混凝土衬砌以及混凝土衬砌中间的钢板。使用夹层管的优势在于，内水压力不再只作用于压力钢管，而是作用于内外层混凝土、钢衬和围岩，这样即使在混凝土衬砌存在裂缝的情况下，也不会形成大的安全隐患。外水对外层混凝土村砌的直接荷载，消除了对钢衬的属曲临界外压，从而保证了钢衬这种薄壳结构的安全使用。夹层管可以使用在非鼹形隧洞中，也是为一些设计者们喜爱的重要原因。
3所应具备的压力钢管焊接技术
小型水电站压力钢管的焊接技术要求严格，除原有的钢管的设计、安装与加固工作需要监督人员检查合格之外，对钢管进行焊接，也需要专门的工作人员来进行操作。对压力钢管进行焊接，特别讲究焊接人员之间的合作性。对焊接成果要通过超声波与X射线的形式来进行探伤检测，杜绝安全隐患的存在。在笔者工作经验中，以下几点是实施压力钢管焊接工作应注意的问题：

3.1首先是对焊工的严格要求。

焊工技术水平的高低，对整个工程的质量有决定性的影响。小型水电站建设影响深远，对相关工作人员的选拔上要求也更为严格。所有参与到此项工作的焊工都必须接受过专门的培训考核，且在工人劳动强度上，工作时间不能超过8h ，以免影响其工作水准的发挥。

3.2其次对所用材料要求严格。

对小型水电站建设所用材料有严格的标准，对刚才以及焊接材料的选购要严格按照这一标准来执行，对这些材料进行验收时，要注意登记好不同批号材料的相关数据，做到使用时有据可查。对于施工材料的领取与发放，要有专门的工作人员来负责，做到账目明细清楚。在真正施工之前，还应对所用钢材和焊接材料做现场工艺的试验，这种工艺试验可以明确施工所使用的材料性能是否优良，可以对工作的 工艺流程进行验证。对于试验现场进行编制，在得到监理人肯定之后，才能开展下一步工作。

3.3最后是对焊接技术的严格要求。

对于焊接的要求，应该严格按照DL5017-93的规范标准来做。在焊接工作进行之前，事先的清理工作尤为重要。对压力钢管的要求是对坡口及两侧10～20mm范围内进行清理，清理的物质包括铁锈、焊渣、油污等。对钢管的预热与后热工作也必不可少，常用的方式有两种，即远红外式电加热器和吸铁式电加热器。对于温度测定的位置有明确的规定，且使用的应为数字显示的温度计。
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