民治水電站氣墊式調壓室中的鋼罩閉氣應用

李碩

摘 要：作為一種新技術，將氣墊式調壓室應用在水電站中，能夠起到環境保護，節約成本的作用。與傳統的水電站調壓室不同，氣墊式調壓室能夠很好的保護地表環境，并且將引水道的長度縮短，大大減少了工程量。但是氣墊式調壓室對于防滲閉氣有著很高的要求，文章以民治水電站的氣墊式調壓室為例，分析研究了鋼罩閉氣方案在民治水電站中的施工應用，以供業內人士參考借鑒。

關鍵詞：鋼罩閉氣；民治水電站；氣墊式調壓室

1 氣墊式調壓室特點

首先提出氣墊式調壓室概念的是挪威工程師L·Rathe，并且在1973的年時候，挪威Driva首先運用了氣墊式調壓室。

1.1 氣墊式調壓室優點

（1）氣墊式調壓室的運用，節省了豎井以及斜井的施工，降低了施工成本以及施工難度，縮短了施工周期。（2）氣墊式調壓室的引水隧洞與常規的折線不同，其軸線較短，更趨向于直線。因此，這就大大降低了工程造價，提高了水電站的發電效益，減少了水頭損失。（3）由于氣墊式調壓室是在地下建設的，因此與一般的調壓室不同，它不用進行調壓室頂道路以及壓力管道的道路施工，不但節約了工程成本，還避免了對當地原是地面的破壞，有利于環境保護以及水土保持。（4）氣墊式調壓室可以在廠房附近進行布置，有利于水擊波的反射。因此，不但能夠減少水擊壓力，還能夠增加機組調節的穩定性，有利于水電站的運行。

1.2 氣墊式調壓室缺點

（1）與傳統常規的調壓室相比，氣墊式調壓室體積較大，需要增加挖方量。因此，在施工之前需要進行認真的布置。（2）在停機檢修重新充水的時候，氣墊式調壓室內需要利用空壓機進行充氣，通常情況下由于過大的充氣量，需要3-4天甚至是更長的時間來完成，因此會減少發電的時間。（3）氣墊式調壓室對于防滲閉氣的要求很高，因此如果沒有做好充分的地質勘探以及測試工作，后期進行氣墊式調壓室的防滲閉氣的補強。

2 民治水電站實例

民治水電站位于四川寶興縣境內，為寶興河梯級開發的第二級，電站由首部樞紐、引水隧洞、調壓室、壓力管道、地下廠房系統組成。電站裝機3臺機組，總容量為10.5萬千瓦。該電站于2011年6月7日經四川省發改委核準，工程建設總工期為52個月，計劃于2015年底投產發電。工程靜態總投資10.3億元，動態總投資12.1億元。

民治水電站的氣墊式調壓室位于鄧池溝下游200-500米的東河右岸花崗巖山體內，地面高程1650.00米-1725.00米。氣墊式調壓室由氣室和連接隧洞組成，氣室底板高程比引水隧洞頂拱高程高6.50米，連接隧洞總長度為101.00米。氣室的長度為100米，寬度為10米，高度為15.50米。

造成氣墊式調壓室漏氣的原因有兩個：一是空氣被水溶解，在水庫的水進入氣墊式調壓室之后，氣室的高壓空氣被水溶解并從氣室流出，從而帶走空氣，這是無法避免的氣損，但是這種原因引起的漏氣量很小，可以有通過空壓機進行補氣解決。二是空氣通過氣室周邊的圍巖裂隙滲漏，這種氣損量是很大的。因此，要采取防滲閉氣措施，在民治水電站中主要采用的是鋼罩閉氣方案。與水幕式氣室相比較，鋼罩式閉氣的漏氣量更小，以下將對鋼罩式閉氣方案在民治水電站中的施工應用進行分析探討。

3 鋼罩氣墊式調壓室結構設計

鋼罩式閉氣方案之所以能減少氣體的滲漏，主要是通過鋼筋混凝土以及薄鋼板來對氣體進行封閉。

3.1 鋼罩材料與制作

民治氣墊式調壓室長度為100米，寬度為10米，高度為15.50米，采用16MnR鋼板制作，在氣墊式調壓室內，鋼罩分為兩種形式，一種是鋼板厚度為14mm，寬度為3800mm，另一種是鋼板厚度為18-22mm，寬度為1300mm，均使用搭接焊接的方式。

根據民治水電站的圖紙要求，來進行鋼罩制作，其加工要根據壓力鋼管以及壓力容器的技術要求來進行，焊縫為Ⅱ類，焊縫超聲波探傷為焊縫總長的100%。在進行加工的時候，要對鋼板進行一系列的劃線、下料、切割、打坡口以及卷制成型、防腐等加工之后運輸到作業面。

在鋼罩制作場地內敷設下料切割平臺，其鋼板到貨卸車、下料切割、鋼罩頂拱卷板入槽吊裝作業，采取集中25噸汽車吊完成。鋼罩制作焊縫采用埋弧自動焊和手工焊相結合方式。

3.2 鋼罩安裝

在氣墊式調壓室安裝現場內的17#拱，沿頂部約70°靠近側壁的兩處部位，適當擴挖敷設天錨，敷設兩套滑車組、兩套卷揚機等臨時起吊裝置。沿氣墊式調壓室長度方向敷設跨距約8m的鋼罩運輸軌道，并在其運輸軌道上敷設簡易高架運輸臺車。除銹均按壓力管道和壓力容器的技術要求進行。

鋼罩制作單元從調交洞運入氣墊式調壓室安裝現場，經預先敷設的天錨、滑車組、卷揚機等臨時設施卸車，并在水平狀態下進行適當的組裝；再由天錨、滑車組、卷揚機等臨時設施實現豎立吊裝，并卸在預先敷設的軌道及高架運輸臺車上；在有預先敷設于調壓室地面適當位置的卷揚機等臨時設施，將組裝后的鋼罩通過高架運輸臺車運至具體安裝部位。

（1）鋼罩3800mm寬的安裝。為了方便鋼罩的制作以及安裝，無論是任何不同寬度的鋼罩。例如1300mm寬的鋼罩或者是3800mm的鋼罩，都要分成四個單元來進行制作。包括頂拱為兩個單元，兩側壁分別為一個單元。鋼罩在氣墊式調壓室底平面進行整體的組裝，之后的豎立吊裝組要采用一系列的臨時設施，包括滑車組、天錨以及卷場機等來進行，之后使用高架運輸臺車將鋼罩運輸到具體的安裝位置，利用土建布置的一期混凝土錨筋，布置適當的手拉葫蘆或花籃螺栓以及預先布置于高架運輸臺車上的千斤頂等，實現3800mm寬的鋼罩整體調整和安裝的完全就位。（2）鋼罩1300mm寬的安裝。考慮到氣墊式調壓室的地面，在對1300mm寬的鋼罩進行安裝的時候，需要利用到一些臨時設施，包括滑車組以及天錨等，主要是對半圓弧頂拱制作單元進行卸車，完成組裝半圓整體地面以及豎立吊裝，高架臺車主要是將這些材料運輸到安裝部位。在安裝的時候，首先是安裝半圓弧頂拱，之后安裝兩側壁鋼罩的豎立吊裝，這些都是通過滑車組以及兩套天錨來完成的，除此之外還要將高架運輸臺車上兩側面臨時的固定進行卸載，并運輸到安裝位置。

單面“V”型坡口是在鋼罩的制作、瓶裝以及焊接，包括現場的安裝、焊接過程中都要采用的。在進行安裝鋒的定位焊接之前，首先要將封口的膠布清除掉，然后及時的焊接安裝縫，之后需要檢查焊縫，使用的是超聲波無損探傷技術，在確定合格之后，立即噴刷防腐封閉底漆以及面漆，需要在安裝縫兩側50mm內進行。

4 結束語

民治水電站的發電水頭以及流量條件均符合氣墊式調壓室的施工要求，且采用氣墊式調壓室不僅能夠保護生態環境，還能夠減少工程施工量。由于氣墊式調壓室必須進行防滲閉氣的措施，在經過比較之后民治水電站采用的是鋼罩閉氣式方案。經過研究試驗，鋼罩式閉氣設計能夠大大節省工期，閉氣性能較高，且投入的成本較低。有利于氣墊式調壓室適用范圍的擴大，值得其他水電站推廣借鑒。

參考文獻

[1]方光達.水電站氣墊式調壓室應用現狀和主要設計問題[J].水力發電，2005，2：44-47.

[2]胡建永，張健，王慧清.水電站氣墊式調壓室應用研究綜述[J].水電能源科學，2007，3：60-63+114.

[3]杜鵬俠.氣墊式調壓室在我國的應用研究[D].四川大學，2005.

[4]張羅彬，歐傳奇，劉德有，等.水電站氣墊式調壓室的體型設計[J].水電能源科學，2012，11：61-64+214.

[5]華富剛.氣墊式調壓室設計中的主要問題研究[J].水利科技與經濟，2006，4：221-222+226.

[6]鋼罩式氣墊調壓室施工新技術研究與應用（科技成果 鑒定資料）[Z].