吉林臺二級水電站尾水管里襯鋼板、混凝土脫落處理研究

王 躍

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 伊犁 835700)

1 工程概況

吉林臺二級水電站位于喀什河中下游，總裝機容量24 MW，為“一廠一站”式分布，實施遠方集中控制。2009年投入運營，尾水管鋼板里襯鋼板厚12 mm，材質為Q235B CHE422焊條焊接。

2 病害情況調查

2019年7月停水檢修發現尾水管底部有14 m2左右，深度為0.28 m鋼板脫落。原運管單位在運行期間也是此處已經處理過一次，采用聽漏儀進行脫落部位滲漏檢測，檢測的基本原理是聲學原理。在管道完整的情況下，流水的聲音主要為低頻、均勻分布的紊流水聲[1-5]。當管涵發生滲漏時，則可出現異常的水聲信號[6-7]。

采用聽漏儀檢測管道滲漏情況的步驟如下：(1)信噪比設置。主要是為了放大電路增益，過濾有害的高頻老板噪音、增大輸入信息與輸出信號的反饋；采取方法：在傳感器與放大電路之間設置一級場效應管即可通過電路提高阻抗；(2)選頻電路。主要通過濾波器來劃分頻段。通過微機設置的判決算法，利用高通、低通濾波器過濾無效頻率；(3)輸出與顯示。聽漏儀輸出兩種信號。一是通過功放后輸出至耳機的聲音結果，可通過檢測人員的工程經驗實時判斷；二是將系統獲取的各項數據分析、去噪后置于顯示屏上顯示[8-10]。

聽漏儀數據處理的主要內容如下：(1)系統增益。傳感器中采集到的信號一般情況下較為微弱，因此，需通過前置放大、功率方法等過程放大采集到的信息。前置放大、功率放大的增益分別為80 dB、40 dB；放大后的信號信息變化將更加明顯，易于判斷[11-12]。(2)信噪比。將儀器自身噪音折算到輸入端，計算可得到極其自身的信噪比大于74 dB。(3)帶通濾波。設置帶通濾波器截止頻率區間為186 Hz～813 Hz。在頻率為200 Hz～400 Hz時，提高增益強度，以保證輸出信號具有低頻音質和聲音厚度，400Hz～800Hz時可降低增益強度，避免高頻層次感的缺失。

根據現場檢測成果，根據設置的檢測區，數據處理完成后，滲漏檢測結果如下：脫落部位混凝土內部結構完整性較好，基本上不存在滲漏現象。

3 病害原因分析

3.1 混凝土澆筑質量差

經過現場查看和了解，運管單位在運行期間也是此處已經處理過一次，根據以上情況來看，可能是初建施工質量的影響，說明尾水管在澆筑混凝土時澆筑質量不高，震動棒震動不充分，質量控制不嚴格，混凝土不密實，在凝固后的混凝土內、混凝土與尾水管里襯之間存在空鼓或者氣泡，在水流的脈動壓力作用下導致尾水管壁破壞、機組尾水管基礎環、補償段鋼板大面積脫落和部分裂紋的出現。

3.2 焊接質量存在缺陷

檢測人員對尾水管里襯鋼板脫落處進行細致的檢查，發現尾水管里襯鋼板僅與鋼板之間僅進行了橫向滿焊連接，而與尾水管預埋橫、豎加強筋的縱向未進行滿焊。機組運行時在尾水管內的旋轉渦帶周期性的撞擊尾水管壁使尾水管里襯鋼板與預埋在混凝土基礎內的橫、豎加強筋剝離，進一步加劇混凝土與里襯鋼板之間的空鼓，在流態最不利部位的鋼板處由于疲勞產生裂縫，里襯鋼板脫空區與裂縫處形成了過水通道，加大了鋼板的脫空面積和脫空長度；在長時間的外力作用下，導致裂縫進一步延伸直至鋼板翻卷破壞，是導致尾水管里襯鋼板脫落的原因。

3.3 機組運轉不穩定

機組不穩定運轉現象時常出現，主要是由于水輪機尾水管補氣方式、機組運行方式、運行工況等造成。制造質量優良的機組，長期在惡劣的工況運行下，也會使尾水錐管、轉輪葉片出現裂紋，產生機組安全隱患。避開振動區運行，尤其是避開尾水管真空度較大的負荷區運行，是保障機組運行安全、避免缺陷再次出現的重要措施。

4 檢修措施

4.1 檢修門圍堰

落下尾水檢修門，因尾水檢修門封閉不嚴，需打好圍堰，圍堰高度大于水位0.5 m以上，確保檢修期間的施工安全。蝸殼內流水管先采取從壓力鋼管閘門控制，若無法實施則采用PVC管引流。打好圍堰之后抽出殘留蝸殼內積水，保持內部干燥。控制好水流入尾水蝸殼底部是植筋和灌漿關鍵工序。

4.2 清理基層

采用送風系統保證蝸殼內通風良好，檢修人員進入蝸殼，現場脫落鋼板為不規則形狀，按照脫落部位形狀人工剔鑿沖刷部位混凝土，深度至沖刷最深位置，用水沖洗干凈剔鑿混凝土表面。

4.3 鉆孔植筋

按照鋼板尺寸確定植筋位置和數量，設計植入鋼筋為32螺紋鋼或32螺紋螺栓，長度150 cm。通過對多種灌漿材料進行對比分析，采用低稠度環氧樹脂作為灌漿材料，植筋灌漿料需密實、以適當外溢為準，植筋完成后對每個植筋進行拉拔實驗，達到要求后再進行下一步工序施工。

4.4 損壞里襯鋼板修復

對損壞的鋼板進行替換。用記號筆標識出將空鼓處，用碳弧氣刨刨掉，里襯鋼板脫落部位直接拆除。植筋完成后安裝鋼筋網片以提高修補混凝土的整體抗沖性能并增強與基礎的連接。混凝土澆筑使用高強度混泥土澆灌修復，添加納米材料二氧化硅，從而提高混凝土強度、抗腐蝕性、抗滲性。滿足檢修工藝要求方可進行下道工序施工。

4.5 基礎處理及灌漿管布置

對尾水管里襯檢修部位進行灌漿，拼接的每塊鋼板處分別設置1個灌漿孔(直徑200 mm)、排氣孔(直徑100 mm)，并安裝灌漿管及排氣管，灌漿管及排氣管應留有閥門，可以對灌漿速度進行控制。對于補焊面積較大的鋼板，為保證灌漿效果，適當多留置灌漿孔及排氣孔，排氣孔設置應高于灌漿孔。安裝灌漿機及輸漿管，通氣法檢查灌漿管、排氣管的通氣情況及裂縫的修補情況，并用水進行試灌，合格后在進行正式灌漿。灌漿料為低稠度環氧樹脂，將灌漿材料的主劑和固化劑的漿液按1∶1的比例(質量比)進行調制，調制過程中采用手持式電動攪拌器材進行均勻攪拌，攪拌時間為3 min，確保灌漿材料攪拌均勻。環氧漿液灌注按從低到高的順序進行灌漿，灌漿機具使用手掀泵，先打開排氣閥進行排氣注漿，并在灌漿過程中敲擊里襯補焊鋼板，待相鄰孔或高處孔排出原漿后再繼續灌注5 min，依次將其孔口關閉進行屏漿，壓力一般選在0.3 MPa～0.5 MPa，屏漿時間為2 min～3 min。灌漿過程中如果出現跑、冒、漏等事故，應及時停止施工，查找原因并處理后方可繼續施工。灌漿結束會及時對其進行養護，確保漿體凝固效果，用敲擊法對里襯鋼板進行灌漿質量檢查，空鼓部位進行補灌，封閉灌漿孔。

5 結論與建議

5.1 結論

吉林臺二級水電站2號機尾水管里襯鋼板及混凝土在運行期間發生脫落，尾水管里襯鋼板及混凝土脫落的原因主要為建設初期混凝土施工質量差，鋼板焊接工藝和焊接質量的缺陷，通過采取植筋，灌漿，損壞里襯鋼板修復維修加固措施，保證水電站的正常運行。

5.2 建議

(1)尾水管是機組重要的組成部分，其施工質量好壞影響到機組的運行安全。由于施工人員的粗心大意造成里襯鋼板底部灌漿密實，混凝土、砂漿強度低等質量缺陷在運行過程中水壓力作用下都可能造成在尾水管里襯鋼板脫落、損壞，因此，運管人員要注意加強在運行中的維護管理工作，及時發現質量缺陷并檢修，提高機組運行效率。

(2)運管單位應使用當前國內外市場上更加先進、補氣范圍更大、更全面的尾水管補氣方法，增加機組補氣的范圍，減小補氣死區，以減小機組尾水管內的氣蝕破壞。運管單位應充分了解機組性能特點，合理控制機組的運行，保證機組在最優狀態下，避免超、低負荷運行，做好機組的維護保養工作，定期進行檢查，提高機組運行壽命。