水電站引水隧洞鋼襯段施工技術(shù)

易小英

某水電站壓力鋼管在廠內(nèi)制作成單段，運(yùn)輸?shù)桨惭b室，由橋式起重機(jī)吊到廠房上游墻導(dǎo)流洞出口，通過(guò)平板臺(tái)車(chē)?yán)攵词覍?shí)行組裝，精簡(jiǎn)了運(yùn)送方法，達(dá)到了迅速組裝;壓力鋼管輸送和組裝同同類(lèi)項(xiàng)目比較，不需加強(qiáng)施工支撐洞增挖工程量，節(jié)省了項(xiàng)目投資成本;投入運(yùn)輸后的車(chē)間上游墻體無(wú)滲水現(xiàn)象，充分證明引水隧道設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃科學(xué)且項(xiàng)目質(zhì)量良好。

某水電站? 鋼襯段? 施工技術(shù)? 引水隧道

Abstract： The penstock of a hydropower station is fabricated into a single section in the plant and transported to the installation room. It is lifted to the outlet of the diversion tunnel of the upstream wall of the plant by the bridge crane and pulled into the tunnel by the flat trolley for assembly. The transportation method is simplified and the rapid assembly is achieved; compared with similar projects， the transportation and assembly of penstock do not need to strengthen the construction support tunnel and increase the excavation quantity， which saves the project investment cost; there is no water seepage in the upstream wall of the workshop after being put into transportation， which fully proves that the design and construction plan of the headrace tunnel are scientific and the project quality is good.

Key Words： A hydropower station; Steel lining section; Construction technology; Diversion tunnel

坐落在四川省小金縣境內(nèi)沃日河上的春堂壩水電站，屬于導(dǎo)流電站，在沃日河干流日爾-春堂壩段，屬階梯計(jì)劃和開(kāi)發(fā)的第四層次，它的取水中心在沃日河上，通過(guò)長(zhǎng)大概13 054.20m的導(dǎo)流洞，由左岸取水后到達(dá)小金河上發(fā)電車(chē)間。本電站為引水電站，蓄水庫(kù)日調(diào)。

壓力鋼管的生產(chǎn)是在某電站的鋼管加工廠完成的。采用單管接頭交付安裝，裝配單元最大重量大概25t（不含內(nèi)支撐組織重量）。

壓力管道寬3m，周長(zhǎng)大概25.236m，每段壓力管道由兩塊同樣長(zhǎng)的瓦構(gòu)成，長(zhǎng)度大概12.618m，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行切割。鋼管瓦片生產(chǎn)步驟是：確定板材材質(zhì)、劃線、開(kāi)料前的檢查、開(kāi)料、卷板前的檢查、卷板的檢查、卷板后的檢驗(yàn)等。鋼管瓦片通過(guò)手自一體切割機(jī)進(jìn)行氣割開(kāi)料。瓦片縱向縫和管段裝配周向縫的直邊焊縫坡口的準(zhǔn)備，選擇坡口刀具，或手自一體刀具的火焰切割方法制作準(zhǔn)備，并通過(guò)磨床進(jìn)行研磨。

管道接頭裝配在圓形裝配平臺(tái)上，用自主設(shè)計(jì)的專(zhuān)門(mén)夾具對(duì)瓦片縱向接頭的空隙和錯(cuò)位進(jìn)行調(diào)節(jié)。1～4號(hào)導(dǎo)流洞壓力鋼管設(shè)計(jì)為13個(gè)單管段，單個(gè)單管段為一個(gè)生產(chǎn)單位，每條導(dǎo)流洞共有13個(gè)生產(chǎn)單位段。縱向縫選擇專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行安裝，焊接采取埋弧自主焊接技術(shù)完成焊接工作，兩條裂縫一同進(jìn)行焊接。超聲波探傷儀重點(diǎn)用于焊縫探傷，X射線探傷用于復(fù)驗(yàn)。

噴管內(nèi)壁涂自固化超厚漿狀環(huán)氧瀝青防銹底漆和面漆，燒堿水泥漿均勻噴灑在鋼管外壁上。車(chē)間上游側(cè)有墊層的鋼管段，它的內(nèi)墻防腐和外墻防腐是一樣的。裝配環(huán)縫兩旁各100mm之內(nèi)，提前清理表皮，順著鋼管外墻一圈利用透明膠帶環(huán)繞。環(huán)縫焊接完成后，采用鋼絲輪實(shí)行重復(fù)除銹，最后使用工人涂刷噴管防銹涂層。

壓力鋼管輸送是通過(guò)40t平板拖車(chē)采取平臥的方法完成輸送。在壓力鋼管生產(chǎn)廠內(nèi)安裝32t龍門(mén)吊1臺(tái)，首先龍門(mén)吊把壓力鋼管起吊后放落在40t平板拖車(chē)上，再將壓力鋼管經(jīng)過(guò)道路輸送到裝配位置。壓力鋼管生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)裝車(chē)。

壓力鋼管輸送到裝配位置后，利用主車(chē)間橋式起重機(jī)安排卸載，卸載后，用橋式起重機(jī)翻面，最后利用橋式起重機(jī)將壓力鋼管豎立起進(jìn)行拉運(yùn)，拉運(yùn)到1～4號(hào)導(dǎo)流洞和蝸殼接頭向下為履帶型（每條導(dǎo)流洞底設(shè)置軌距間隔3000mm的P38履帶）輸送平臺(tái)車(chē)上，鞏固后，用5t絞車(chē)和平板車(chē)將壓力鋼管運(yùn)到裝配現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)鞏固和存放。

單根鋼管應(yīng)在初始組裝接頭的基礎(chǔ)上與相鄰的管接頭依次組裝，環(huán)向接頭的安裝應(yīng)采用手工電弧焊。在壓力鋼管灌注砼和澆筑結(jié)束后，撤除壓力鋼管里的支護(hù)，然后將其打磨平展，最后采用防腐措施，結(jié)束工程并進(jìn)行查驗(yàn)，如圖1所示。

手動(dòng)焊接主要用于壓力管道焊縫的現(xiàn)場(chǎng)裝配。采用大西洋牌電焊條進(jìn)行焊接，需根據(jù)焊條的具體使用說(shuō)明實(shí)行烘烤和保溫處置。環(huán)向焊接需要6～8個(gè)人進(jìn)行對(duì)焊，焊接速度維持一致，下面的水平線，先焊接內(nèi)壁，再焊接外壁，最后清理表面;水平線上面，先焊接外壁，再焊接內(nèi)壁，最后清理表面。防止焊接收縮發(fā)生太大的限制力而造成位置轉(zhuǎn)變和變形，所以焊接時(shí)采取風(fēng)鏟進(jìn)行敲打。焊縫內(nèi)部采用超聲波和TOFD探傷方式進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)長(zhǎng)度占焊縫總長(zhǎng)度的百分比需認(rèn)真根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行。先采取超聲波探傷，再實(shí)現(xiàn)TOFD探傷復(fù)檢。

壓力管段混凝土回填后，再安裝鋼襯，每個(gè)壓力管道段從車(chē)間一側(cè)開(kāi)始施工。鋼襯回填砼的長(zhǎng)度由鋼管一次裝配的段數(shù)來(lái)明確，通常每裝配3～4段鋼管（9～12m）充填一次。除壓力管段和漸變過(guò)渡段連接部位采取分層澆筑外，其余部位均選擇全斷面澆筑作業(yè)，鋼襯底部2m處選擇大流量自密實(shí)混凝土（一級(jí)）施工，以上采用泵送混凝土（二級(jí)）施工。

商砼選擇泵送進(jìn)車(chē)間，砼澆筑時(shí)，人孔預(yù)設(shè)在一旁塞模板頂部，工作人員及泵送管理員可由此進(jìn)入車(chē)間。洞壁裝配插筋，并焊接成鋼質(zhì)爬梯，工作人員通過(guò)爬梯進(jìn)入到壓力鋼管兩邊灌注位置，需按照現(xiàn)場(chǎng)狀況，設(shè)置插桿，搭建竹跳板振動(dòng)操作平臺(tái)。砼利用φ50mm和φ70mm軟軸錘擊器進(jìn)行振搗，灌注當(dāng)中，鋼管兩邊砼均勻平衡上升，管理灌漿速度，時(shí)刻觀察鋼襯和封頭模板的變化狀況。

壓力鋼管隧道節(jié)注漿包含固結(jié)注漿（包含一期無(wú)蓋灌漿和二期有蓋灌漿）、回填灌漿和接觸注漿;第二階段采用預(yù)埋注漿管（黑色鑄鐵管）進(jìn)行覆蓋重注漿、回填注漿和接觸注漿施工。壓力鋼管通道節(jié)挖掘支撐結(jié)束后，將沒(méi)有裝配鋼管之前采取5m的無(wú)蓋注漿進(jìn)行固定，鋼襯節(jié)頂拱120°位置需在鋼管填補(bǔ)砼實(shí)現(xiàn)計(jì)劃強(qiáng)度的70%后完成注漿填充，混凝土澆筑完成7d后，再實(shí)行1m深的有蓋注漿進(jìn)行固定，鋼管填補(bǔ)砼達(dá)到60d后，再將鋼襯底部90°的位置實(shí)現(xiàn)接觸注漿。

凝固注漿孔潛入基巖6m深，環(huán)向間隔45°，排距離為2m，分兩段落進(jìn)行施工，第一段落為無(wú)蓋強(qiáng)凝固注漿，限制是5m深圍巖，需在裝配壓力鋼管前和支撐完成后進(jìn)行;第二段落為有蓋強(qiáng)凝固注漿，限制是1m深圍巖，通過(guò)提前鋪設(shè)注漿管道作業(yè)，填充注漿完成后和接觸注漿起始前進(jìn)行。凝固注漿壓力為：裸露重量最大值為0.3MPa，覆蓋重量最大值為0.3～1MPa。

第一段落裸露凝固注漿根據(jù)環(huán)間順序劃分，以及環(huán)向設(shè)密的規(guī)則開(kāi)始作業(yè)，環(huán)之間有一、二序，環(huán)里沒(méi)有，也就是凝固灌漿根據(jù)2個(gè)順序進(jìn)行作業(yè);注漿標(biāo)準(zhǔn)是從低孔向高孔注漿，同一環(huán)內(nèi)注漿可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)注漿，孔數(shù)不能超過(guò)3個(gè)，孔位需對(duì)稱(chēng);一序孔注漿完成且等凝固72h后才可下鉆、澆筑二序孔位。注漿孔不分節(jié)，按照全部孔一次性鉆孔、注漿作業(yè)，注漿塞安排在離孔洞75cm處。

第二段落覆蓋重注漿在填充砼預(yù)備倉(cāng)時(shí)，需提前埋設(shè)注漿管道，預(yù)備管道分為：進(jìn)漿管（1.5″）、回漿管（1.5″）、進(jìn)漿支管（1″）及出氣支管（1″）。每個(gè)注漿孔設(shè)置一根入漿管及一根回漿管兼并出氣管，隧道腰線以上的注漿支管向孔內(nèi)延伸10cm，出氣管向孔內(nèi)延伸75cm，腰線以的下注漿支管向孔內(nèi)延伸75cm，出氣管向孔內(nèi)延伸10cm，洞口10cm領(lǐng)域通過(guò)麻絲將管子纏繞密封。每道鋼襯節(jié)上分2個(gè)注漿區(qū)域：上游和下游，在每個(gè)灌區(qū)，沿孔軸線每排孔內(nèi)設(shè)置兩組注漿主干道（每組含一根注漿管和一根回漿管），每副主管道和此洞支管間隔連續(xù)、出現(xiàn)兩序洞。上游灌溉管道引到上游側(cè)導(dǎo)流隧洞，下游灌溉管道引到主車(chē)間水輪機(jī)基座，灌漿前，將灌漿管的噴嘴密封，防止污物滲入。

回填范圍在頂拱圓心角120°以?xún)?nèi)，回填砼預(yù)備倉(cāng)時(shí)，應(yīng)預(yù)備鋪設(shè)注漿管道，砼強(qiáng)度滿足計(jì)劃強(qiáng)度70%后進(jìn)行作業(yè);提前鋪設(shè)管道有入漿管道（1.5″）、回漿管（1.5″）、進(jìn)漿支管（1″）和回漿管兼排氣支管（1″），入漿支管設(shè)置在導(dǎo)流隧道頂拱挖掘面90°界限之內(nèi)，間隔2m，預(yù)備支管方位預(yù)先開(kāi)挖φ10cm、20cm深的洞，入漿支管向孔內(nèi)延伸10cm，出氣管向孔內(nèi)延伸5cm;順著軸心方向每排孔設(shè)置一組注漿主管道（包含一根入漿管道和一根回漿管道），主管道和此排孔支管串聯(lián);主管道引到主車(chē)間水輪基面，在注漿前把注漿口密封，避免污物進(jìn)入。

鋼襯觸碰注漿用于鋼筋底部砼沒(méi)有填充或混凝土收縮引起的間隙注漿，以確保回填砼和壓力鋼管之間的緊密連接。本工程的接觸注漿范圍為距底部90°以?xún)?nèi)，回填混凝土倉(cāng)時(shí)應(yīng)提前預(yù)埋灌漿管道，60d后進(jìn)行第二階段固結(jié)灌漿;采用濃漿分段注漿，壓力管道鋼襯段每段劃分為一個(gè)注漿分區(qū)。四行接觸注漿分支管道（1″）的底部排列每個(gè)分區(qū)的水渠，行間距1m，3m的上支管間距和底部支管間距為1.5m的出口支管焊接與喇叭狀鐵紙漿出口箱（直徑2.3～8cm，長(zhǎng)15cm，壁厚0.2cm），現(xiàn)場(chǎng)將壓力管內(nèi)壁錘緊，邊緣用少許麻或膠帶紙臨時(shí)封好。

接觸注漿采用循環(huán)注漿法，每個(gè)孔段一次性無(wú)順序充填，底孔和上孔灌漿時(shí)，廢氣和泥漿同時(shí)排出;灌漿前應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)，空隙區(qū)域應(yīng)盡量干燥無(wú)水，通風(fēng)和排水壓力應(yīng)低于灌漿壓力，通風(fēng)及排水時(shí)間不應(yīng)低于1h;灌漿材料采用PO42.5素水泥漿，水泥漿水灰比為0.8∶1和0.5∶1，盡可能多倒稠漿，灌漿時(shí)輕敲振動(dòng)鋼襯，倒至最稠的一級(jí)漿，厚厚的泥漿比重后從排氣孔排出（液體比重計(jì)測(cè)量）是一樣的注入和砂漿吸水率為零，連續(xù)灌漿10min后，關(guān)閉孔板閥和結(jié)束灌漿，記錄排漿數(shù)量和濃度的排放。

在制造廠制作成單節(jié)運(yùn)至安裝間，通過(guò)橋機(jī)吊運(yùn)至引水隧洞在廠房上游墻的出洞口，再用平板臺(tái)車(chē)運(yùn)輸至洞內(nèi)進(jìn)行安裝;工程采用了該方案，優(yōu)簡(jiǎn)化運(yùn)輸方式，能實(shí)現(xiàn)快速安裝，不用增加施工支洞擴(kuò)挖工程量，節(jié)約了投資;每條引水隧洞的壓力鋼管運(yùn)輸共需18d，每天吊運(yùn)占用1臺(tái)橋機(jī)大約半個(gè)工作日，本階段廠房2臺(tái)橋機(jī)主要用來(lái)安裝各機(jī)組段的肘管和錐管，同時(shí)輔助澆筑混凝土，吊運(yùn)工作量不是很大，通過(guò)增加橋機(jī)運(yùn)行人員及有效的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)可以克服上述施工干擾，不會(huì)對(duì)廠房機(jī)組安裝工期造成太大影響。

參考文獻(xiàn)

[1]楊海紅，官忠瑞，鄧擁軍.黃登水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電，2019，45（6）：26-30，55.

[2]賀雙喜，趙繼勇，韓純杰.立洲水電站引水隧洞變形洞段原因分析及處理方案[J].四川水利，2017，38（5）：88-90，97.

[3]劉孟安.基于景觀生態(tài)學(xué)思想的寒地建筑形態(tài)地景化創(chuàng)作方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2020.

[4]毛偉.無(wú)損檢測(cè)相控陣新技術(shù)在焊接鋼橋檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2020.

[5]唐浩偉.超聲TOFD焊縫缺陷檢測(cè)成像技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2020.

[6]張超.工字型鋼-混組合梁橋質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)體系與檢驗(yàn)方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2019.