CN109736275A - 一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构及其施工方法。水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，包括压力钢管，压力钢管开设有灌浆孔，灌浆孔的里侧设置有内坡口；补强板，补强板设置于压力钢管的外壁上，补强板开设有安装孔，安装孔与灌浆孔连通；堵头，堵头设置于灌浆孔和安装孔内，堵头上设置有应力释放槽；填塞环，填塞环嵌设于应力释放槽内。水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，包括以下步骤：将补强板焊接于压力钢管上；清理压力钢管的灌浆孔，将堵头安装于灌浆孔及安装孔内；预热灌浆孔的内坡口；定位点焊灌浆孔与堵头，并清理干净焊渣；在内坡口内进行焊接封堵，分多层完成焊接；将填塞环放入应力释放槽内。
Description
技术领域
本发明涉及水电站引水压力钢管灌浆施工领域，特别是涉及一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构及其施工方法。
背景技术
水电站引水压力钢管灌浆工作完成后，通常需要封堵灌浆孔，以密封灌浆孔。灌浆孔是压力钢管的薄弱部位，其封堵工艺要求严格，且受地下水影响较大，一旦形成缺陷对工程运行将产生不利影响。目前压力钢管灌浆孔封堵方法主要有2种，即焊接封堵法和环氧树脂封堵法，前者是国内工程常用的方案，但由于施工要求高、工艺复杂等原因，易发生质量缺陷；后者在国外多个工程中得到成功应用，国内工程应用经验则很少，目前仅有黄河小浪底工程由于工期紧等原因采用该方案。
目前，国内水电站建设600PMa级引水压力钢管安装已很普遍，灌浆孔封堵普遍采用同级别材料的加工堵头，高强钢的采用对灌浆孔堵头焊接封堵质量提出了更高的要求。在工程实践中，各项目大都是通过改善现场灌浆孔焊接工艺措施，加强焊接工作监督等手段来保障焊接质量。但实际上，引起灌浆孔堵头焊接封堵裂纹的主要原因是焊接残余应力，没有消除堵头封堵焊接残余应力，焊接封堵堵头出现焊接裂纹缺陷的问题也就一直无法到根本解决。
在水电站建设600PMa级引水压力钢管工程实践中，由于钢管管壁厚度较厚，通常为40mm左右，有些高水头电站，钢管壁厚达到50mm-80mm，整体约束钢性大。灌浆孔堵头采用圆钢加工，属小尺、焊接拘束度大条件下进行焊接，焊接过程中，焊接接头因金属材料温度变化膨胀、收缩受到限制，且现场焊接环境条件较为复杂，焊缝裂纹易发且不易检测发现，已有多个项目因灌浆孔堵头出现裂纹引起压力钢管漏水，需排空隧洞进行处理的情况发生，经济损失也较大。
针对这种情况，在国标(GB50766-2012)《水电水利工程压力钢管制作安装及验收规范》条文说明4.2.6条中，对600MPa级钢材灌浆孔焊接裂纹的易发及危害给予了专门说明，并对灌浆孔堵头焊接工艺方面提出了建设性探讨建议，而解决因焊接残余应力引起灌浆孔堵头封焊裂纹的问题一直困扰引水压力钢管建设安装行业，已运行水电站的灌浆孔裂纹缺陷处理问题也得不到彻底解决。
针对引水压力钢管灌浆孔堵头出现焊接裂纹缺陷一直未彻底解决的实际情况，需要开展对堵头的结构研究、设计，通过一些理论分析、评估焊接可行性分析，找到满足今后工程建设需要和灌浆孔裂纹缺陷处理的可靠措施。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构及其施工方法。
本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，包括
压力钢管，所述压力钢管开设有灌浆孔，所述灌浆孔的里侧设置有内坡口；
补强板，所述补强板设置于所述压力钢管的外壁上，所述补强板开设有安装孔，所述安装孔与所述灌浆孔连通；
堵头，所述堵头设置于所述灌浆孔和所述安装孔内，所述堵头上设置有应力释放槽；
填塞环，所述填塞环嵌设于所述应力释放槽内。
本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构通过在灌浆孔和安装孔内设置堵头，在堵头上开设应力释放槽，并在应力释放槽内嵌设填塞环，消除堵头封焊过程中的焊接残余应力，解决了焊接残余应力引起堵头产生焊接裂纹缺陷的问题，消除压力钢管质量和安全隐患，保证压力钢管安全运行。
进一步优选地，所述堵头包括连接为一体的内堵头和外堵头，所述内堵头和所述外堵头共轴线，所述内堵头和所述外堵头分别设置于所述灌浆孔和所述安装孔内；
所述应力释放槽沿所述内堵头内端面周向设置。
所述内堵头和所述外堵头分别用于封堵所述灌浆孔和所述安装孔；将所述应力释放槽沿所述内堵头内端面周向设置，可以消除所述内堵头封焊过程中的焊接残余应力。
进一步优选地，所述应力释放槽与所述内堵头的圆周外壁的距离为6-10mm；
所述应力释放槽的槽宽为4-8mm，其槽深为8-12mm。
将所述应力释放槽设置为上述规格，可以更好地消除封焊过程中的焊接残余应力。
进一步优选地，所述内堵头的内端面上还设置有紧固旋头，所述紧固旋头与所述内堵头、所述外堵头共轴线。可以通过所述紧固旋头将所述堵头进行旋紧紧固。
进一步优选地，所述内堵头的直径大于所述外堵头的直径，所述灌浆孔的孔径大于所述安装孔的孔径。将所述内堵头的直径设置为大于所述外堵头的直径，可以更好地从内侧对所述灌浆孔进行封堵。
进一步优选地，所述安装孔为螺纹孔，所述外堵头上设置有与所述螺纹孔配合的外螺纹。通过将所述安装孔设置为螺纹孔，并在所述外堵头上设置外螺纹，可以通过螺纹连接将所述外堵头固定于所述安装孔内。
进一步优选地，所述填塞环为金属环或环氧树脂环。由于水电站引水压力钢管建设中，各项目灌浆孔设计孔径大小不一，对于孔径较小的灌浆孔，所述应力释放槽可以填入环氧树脂形成环氧树脂环进行封堵；对于孔径较大的灌浆孔，堵头焊接封堵完成后，所述应力释放槽采用金属环进行封堵。
相对于现有技术，本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构通过在灌浆孔和安装孔内设置堵头，在堵头上开设应力释放槽，并在应力释放槽内嵌设填塞环，消除堵头封焊过程中的焊接残余应力，解决了焊接残余应力引起堵头产生焊接裂纹缺陷的问题，消除压力钢管质量和安全隐患，保证压力钢管安全运行。本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构具有结构简单、消除焊接残余应力、安全性高等特点。
本发明还进一步提供了一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，包括以下步骤：
步骤101，将补强板焊接于压力钢管上，并使安装孔与灌浆孔连通；
步骤102，清理压力钢管的灌浆孔，将堵头安装于灌浆孔及安装孔内，并将堵头紧固；
步骤103，预热灌浆孔的内坡口；
步骤104，定位点焊灌浆孔与堵头，对称点焊两点，并清理干净焊渣；
步骤105，在内坡口内进行焊接封堵，分多层完成焊接，逐层检查焊缝并清理焊渣，形成余高为2.5-3.5mm的封焊焊缝；
步骤106，将填塞环放入应力释放槽内。
进一步优选地，所述步骤105与所述步骤106之间还包括步骤105-1，将灌浆孔和堵头的焊接部位自然冷却，利用渗透着色探伤检查焊缝表面质量，确定无裂纹、夹渣和未融合的焊接缺陷。通过渗透着色探伤检查焊缝表面质量，避免出现焊接缺陷而影响封焊效果，从而防止出现安全隐患。
进一步优选地，所述步骤106中，若所述填塞环为金属环，则将填塞环放入应力释放槽内，沿应力释放槽的周向进行表面封焊，打磨灌浆孔的封焊焊缝和填塞环表面至平整，确定无焊接缺陷后进行防腐处理。沿所述应力释放槽的周向进行表面封焊，并打磨平整后进行防腐处理，可以提高封堵效果，防止应力释放槽的封焊出现腐蚀而影响安全性。
相对于现有技术，本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法的有益效果：
(1)预热灌浆孔的内坡口，增强封焊时的封焊效果。
(2)先对灌浆孔和堵头进行定位点焊，将堵头的位置定位准确，提高封焊效果。
(3)分多层对内坡口进行焊接封堵，逐层检查焊缝并清理焊渣，提高封焊效果，避免出现焊接缺陷。
(4)在应力释放槽内设置填塞环，消除堵头封焊过程中的焊接残余应力，解决了焊接残余应力引起堵头产生焊接裂纹缺陷的问题，消除压力钢管质量和安全隐患，保证压力钢管安全运行。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构优选结构的结构示意图。
图2是压力钢管、补强板和堵头优选结构的结构示意图。
图3是填塞环优选结构的俯视图。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
请参阅图1-图3。图1是本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构优选结构的结构示意图。图2是压力钢管、补强板和堵头优选结构的结构示意图。图3是填塞环优选结构的俯视图。
本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，包括
压力钢管1，所述压力钢管1开设有灌浆孔10，所述灌浆孔10的里侧设置有内坡口；
补强板2，所述补强板2设置于所述压力钢管1的外壁上，所述补强板2开设有安装孔20，所述安装孔20与所述灌浆孔10连通；
堵头3，所述堵头3设置于所述灌浆孔10和所述安装孔20内，所述堵头3上设置有应力释放槽30；
填塞环4，所述填塞环4嵌设于所述应力释放槽30内。
进一步优选地，所述堵头3包括连接为一体的内堵头31和外堵头32，所述内堵头31和所述外堵头32共轴线，所述内堵头31和所述外堵头32分别设置于所述灌浆孔10和所述安装孔20内。
所述应力释放槽30沿所述内堵头31内端面周向设置。
所述内堵头31和所述外堵头32分别用于封堵所述灌浆孔10和所述安装孔20；将所述应力释放槽30沿所述内堵头31内端面周向设置，可以消除所述内堵头31封焊过程中的焊接残余应力。
进一步优选地，所述应力释放槽30与所述内堵头31的圆周外壁的距离为6-10mm。所述应力释放槽30的槽宽为4-8mm，其槽深为8-12mm。
将所述应力释放槽30设置为上述规格，可以更好地消除封焊过程中的焊接残余应力。由于各项目灌浆孔10的尺寸有差别，所述应力释放槽30尺寸也可随之改变。
堵头3焊接封焊时，焊接接头金属材料温度分布不均匀，焊接接头出现膨胀变形，应力释放槽30在焊接过程中会随之发生形变，起到降低焊接残余应力作用，防止焊接接头产生裂纹危害的倾向。
进一步优选地，所述内堵头31的内端面上还设置有紧固旋头33，所述紧固旋头33与所述内堵头31、所述外堵头32共轴线。可以通过所述紧固旋头33将所述堵头3进行旋紧紧固。
进一步优选地，所述内堵头31的直径大于所述外堵头32的直径，所述灌浆孔10的孔径大于所述安装孔20的孔径。将所述内堵头31的直径设置为大于所述外堵头32的直径，可以更好地从内侧对所述灌浆孔10进行封堵。
进一步优选地，所述安装孔20为螺纹孔，所述外堵头32上设置有与所述螺纹孔配合的外螺纹。通过将所述安装孔20设置为螺纹孔，并在所述外堵头32上设置外螺纹，可以通过螺纹连接将所述外堵头32固定于所述安装孔20内。
进一步优选地，所述填塞环4为金属环或环氧树脂环。由于水电站引水压力钢管1建设中，各项目灌浆孔10设计孔径大小不一，对于孔径较小的灌浆孔10，所述应力释放槽30可以填入环氧树脂形成环氧树脂环进行封堵；对于孔径较大的灌浆孔10，堵头3焊接封堵完成后，所述应力释放槽30采用金属环进行封堵。
由于应力释放槽30设置填塞环4后的封焊属表面处理工作，焊接线能量较小，对灌浆孔10整体结构没有影响。
本发明的水电站引水压力钢管1灌浆封堵结构通过结构上的改进，相比人为控制工艺更可靠，工厂加工方便，未投入很大成本，质量和经济性都很好。
相对于现有技术，本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构通过在灌浆孔和安装孔内设置堵头，在堵头上开设应力释放槽，并在应力释放槽内嵌设填塞环，消除堵头封焊过程中的焊接残余应力，解决了焊接残余应力引起堵头产生焊接裂纹缺陷的问题，消除压力钢管质量和安全隐患，保证压力钢管安全运行。本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构具有结构简单、消除焊接残余应力、安全性高等特点。
请继续参阅图1，图1是本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构优选结构的结构示意图。本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，包括以下步骤：
步骤101，将补强板2焊接于压力钢管1上，并使安装孔20与灌浆孔10连通。
步骤102，清理压力钢管1的灌浆孔10，将堵头3安装于灌浆孔10及安装孔20内，并将堵头3紧固。
步骤103，预热灌浆孔10的内坡口。
可以优选地使用氧-乙炔火焰预热灌浆孔10的内坡口，预热温度为80℃。
步骤104，定位点焊灌浆孔10与堵头3，对称点焊两点，并清理干净焊渣。
步骤105，在内坡口内进行焊接封堵，分多层完成焊接，逐层检查焊缝A并清理焊渣，形成余高为2.5-3.5mm的封焊焊缝A。
可以优选地分三层完成焊接，逐层检查焊缝并清理焊渣，形成余高为2.8-3.2mm的封焊焊缝A。
另外，可以优选地采用φ3.2mm，CHZ607RH焊条进行焊接。
堵头3焊接封焊时，焊接接头金属材料温度分布不均匀，焊接接头出现膨胀变形，应力释放槽30在焊接过程中会随之发生形变，起到降低焊接残余应力作用，防止焊接接头产生裂纹危害的倾向。
步骤105-1，将灌浆孔10和堵头3的焊接部位自然冷却，利用渗透着色探伤检查焊缝表面质量，确定无裂纹、夹渣和未融合的焊接缺陷。通过渗透着色探伤检查焊缝表面质量，避免出现焊接缺陷而影响封焊效果，从而防止出现安全隐患。
步骤106，将填塞环4放入应力释放槽30内。
若所述填塞环4为金属环，则将填塞环4放入应力释放槽30内，沿应力释放槽30的周向进行表面封焊，打磨灌浆孔10的封焊焊缝A、填塞环4表面和紧固旋头33表面至平整，确定无焊接缺陷后进行防腐处理。沿所述应力释放槽30的周向进行表面封焊，并打磨平整后进行防腐处理，可以提高封堵效果，防止应力释放槽30的封焊出现腐蚀而影响安全性。
相对于现有技术，本发明的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法的有益效果：
(1)预热灌浆孔的内坡口，增强封焊时的封焊效果。
(2)先对灌浆孔和堵头进行定位点焊，将堵头的位置定位准确，提高封焊效果。
(3)分多层对内坡口进行焊接封堵，逐层检查焊缝并清理焊渣，提高封焊效果，避免出现焊接缺陷。
(4)在应力释放槽内设置填塞环，消除堵头封焊过程中的焊接残余应力，解决了焊接残余应力引起堵头产生焊接裂纹缺陷的问题，消除压力钢管质量和安全隐患，保证压力钢管安全运行。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：包括
压力钢管，所述压力钢管开设有灌浆孔，所述灌浆孔的里侧设置有内坡口；
补强板，所述补强板设置于所述压力钢管的外壁上，所述补强板开设有安装孔，所述安装孔与所述灌浆孔连通；
堵头，所述堵头设置于所述灌浆孔和所述安装孔内，所述堵头上设置有应力释放槽；
填塞环，所述填塞环嵌设于所述应力释放槽内。
2.根据权利要求1所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述堵头包括连接为一体的内堵头和外堵头，所述内堵头和所述外堵头共轴线，所述内堵头和所述外堵头分别设置于所述灌浆孔和所述安装孔内；
所述应力释放槽沿所述内堵头内端面周向设置。
3.根据权利要求2所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述应力释放槽与所述内堵头的圆周外壁的距离为6-10mm；
所述应力释放槽的槽宽为4-8mm，其槽深为8-12mm。
4.根据权利要求2所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述内堵头的内端面上还设置有紧固旋头，所述紧固旋头与所述内堵头、所述外堵头共轴线。
5.根据权利要求2所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述内堵头的直径大于所述外堵头的直径，所述灌浆孔的孔径大于所述安装孔的孔径。
6.根据权利要求2-5任一项所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述安装孔为螺纹孔，所述外堵头上设置有与所述螺纹孔配合的外螺纹。
7.根据权利要求1-5任一项所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构，其特征在于：所述填塞环为金属环或环氧树脂环。
8.一种水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，包括以下步骤：
步骤101，将补强板焊接于压力钢管上，并使安装孔与灌浆孔连通；
步骤102，清理压力钢管的灌浆孔，将堵头安装于灌浆孔及安装孔内，并将堵头紧固；
步骤103，预热灌浆孔的内坡口；
步骤104，定位点焊灌浆孔与堵头，对称点焊两点，并清理干净焊渣；
步骤105，在内坡口内进行焊接封堵，分多层完成焊接，逐层检查焊缝并清理焊渣，形成余高为2.5-3.5mm的封焊焊缝；
步骤106，将填塞环放入应力释放槽内。
9.根据权利要求8所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，其特征在于：所述步骤105与所述步骤106之间还包括步骤105-1，将灌浆孔和堵头的焊接部位自然冷却，利用渗透着色探伤检查焊缝表面质量，确定无裂纹、夹渣和未融合的焊接缺陷。
10.根据权利要求8或9所述的水电站引水压力钢管灌浆封堵结构施工方法，其特征在于：所述步骤106中，若所述填塞环为金属环，则将填塞环放入应力释放槽内，沿应力释放槽的周向进行表面封焊，打磨灌浆孔的封焊焊缝和填塞环表面至平整，确定无焊接缺陷后进行防腐处理。
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