水電站引水隧洞鋼襯段施工技術

易小英

某水電站壓力鋼管在廠內制作成單段，運輸?shù)桨惭b室，由橋式起重機吊到廠房上游墻導流洞出口，通過平板臺車拉入洞室實行組裝，精簡了運送方法，達到了迅速組裝;壓力鋼管輸送和組裝同同類項目比較，不需加強施工支撐洞增挖工程量，節(jié)省了項目投資成本;投入運輸后的車間上游墻體無滲水現(xiàn)象，充分證明引水隧道設計和施工計劃科學且項目質量良好。

某水電站? 鋼襯段? 施工技術? 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沃日河上的春堂壩水電站，屬于導流電站，在沃日河干流日爾-春堂壩段，屬階梯計劃和開發(fā)的第四層次，它的取水中心在沃日河上，通過長大概13 054.20m的導流洞，由左岸取水后到達小金河上發(fā)電車間。本電站為引水電站，蓄水庫日調。

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（不含內支撐組織重量）。

壓力管道寬3m，周長大概25.236m，每段壓力管道由兩塊同樣長的瓦構成，長度大概12.618m，在現(xiàn)實生產(chǎn)中，應根據(jù)設計圖進行切割。鋼管瓦片生產(chǎn)步驟是：確定板材材質、劃線、開料前的檢查、開料、卷板前的檢查、卷板的檢查、卷板后的檢驗等。鋼管瓦片通過手自一體切割機進行氣割開料。瓦片縱向縫和管段裝配周向縫的直邊焊縫坡口的準備，選擇坡口刀具，或手自一體刀具的火焰切割方法制作準備，并通過磨床進行研磨。

管道接頭裝配在圓形裝配平臺上，用自主設計的專門夾具對瓦片縱向接頭的空隙和錯位進行調節(jié)。1～4號導流洞壓力鋼管設計為13個單管段，單個單管段為一個生產(chǎn)單位，每條導流洞共有13個生產(chǎn)單位段?？v向縫選擇專業(yè)工具進行安裝，焊接采取埋弧自主焊接技術完成焊接工作，兩條裂縫一同進行焊接。超聲波探傷儀重點用于焊縫探傷，X射線探傷用于復驗。

噴管內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。車間上游側有墊層的鋼管段，它的內墻防腐和外墻防腐是一樣的。裝配環(huán)縫兩旁各100mm之內，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，采用鋼絲輪實行重復除銹，最后使用工人涂刷噴管防銹涂層。

壓力鋼管輸送是通過40t平板拖車采取平臥的方法完成輸送。在壓力鋼管生產(chǎn)廠內安裝32t龍門吊1臺，首先龍門吊把壓力鋼管起吊后放落在40t平板拖車上，再將壓力鋼管經(jīng)過道路輸送到裝配位置。壓力鋼管生產(chǎn)車間內裝車。

壓力鋼管輸送到裝配位置后，利用主車間橋式起重機安排卸載，卸載后，用橋式起重機翻面，最后利用橋式起重機將壓力鋼管豎立起進行拉運，拉運到1～4號導流洞和蝸殼接頭向下為履帶型（每條導流洞底設置軌距間隔3000mm的P38履帶）輸送平臺車上，鞏固后，用5t絞車和平板車將壓力鋼管運到裝配現(xiàn)場進行臨時鞏固和存放。

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

手動焊接主要用于壓力管道焊縫的現(xiàn)場裝配。采用大西洋牌電焊條進行焊接，需根據(jù)焊條的具體使用說明實行烘烤和保溫處置。環(huán)向焊接需要6～8個人進行對焊，焊接速度維持一致，下面的水平線，先焊接內壁，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變和變形，所以焊接時采取風鏟進行敲打。焊縫內部采用超聲波和TOFD探傷方式進行無損檢測，無損檢測長度占焊縫總長度的百分比需認真根據(jù)設計標準實行。先采取超聲波探傷，再實現(xiàn)TOFD探傷復檢。

壓力管段混凝土回填后，再安裝鋼襯，每個壓力管道段從車間一側開始施工。鋼襯回填砼的長度由鋼管一次裝配的段數(shù)來明確，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混凝土（一級）施工，以上采用泵送混凝土（二級）施工。

商砼選擇泵送進車間，砼澆筑時，人孔預設在一旁塞模板頂部，工作人員及泵送管理員可由此進入車間。洞壁裝配插筋，并焊接成鋼質爬梯，工作人員通過爬梯進入到壓力鋼管兩邊灌注位置，需按照現(xiàn)場狀況，設置插桿，搭建竹跳板振動操作平臺。砼利用φ50mm和φ70mm軟軸錘擊器進行振搗，灌注當中，鋼管兩邊砼均勻平衡上升，管理灌漿速度，時刻觀察鋼襯和封頭模板的變化狀況。

壓力鋼管隧道節(jié)注漿包含固結注漿（包含一期無蓋灌漿和二期有蓋灌漿）、回填灌漿和接觸注漿;第二階段采用預埋注漿管（黑色鑄鐵管）進行覆蓋重注漿、回填注漿和接觸注漿施工。壓力鋼管通道節(jié)挖掘支撐結束后，將沒有裝配鋼管之前采取5m的無蓋注漿進行固定，鋼襯節(jié)頂拱120°位置需在鋼管填補砼實現(xiàn)計劃強度的70%后完成注漿填充，混凝土澆筑完成7d后，再實行1m深的有蓋注漿進行固定，鋼管填補砼達到60d后，再將鋼襯底部90°的位置實現(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，分兩段落進行施工，第一段落為無蓋強凝固注漿，限制是5m深圍巖，需在裝配壓力鋼管前和支撐完成后進行;第二段落為有蓋強凝固注漿，限制是1m深圍巖，通過提前鋪設注漿管道作業(yè)，填充注漿完成后和接觸注漿起始前進行。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)向設密的規(guī)則開始作業(yè)，環(huán)之間有一、二序，環(huán)里沒有，也就是凝固灌漿根據(jù)2個順序進行作業(yè);注漿標準是從低孔向高孔注漿，同一環(huán)內注漿可實現(xiàn)串聯(lián)注漿，孔數(shù)不能超過3個，孔位需對稱;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備倉時，需提前埋設注漿管道，預備管道分為：進漿管（1.5″）、回漿管（1.5″）、進漿支管（1″）及出氣支管（1″）。每個注漿孔設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延伸10cm，出氣管向孔內延伸75cm，腰線以的下注漿支管向孔內延伸75cm，出氣管向孔內延伸10cm，洞口10cm領域通過麻絲將管子纏繞密封。每道鋼襯節(jié)上分2個注漿區(qū)域：上游和下游，在每個灌區(qū)，沿孔軸線每排孔內設置兩組注漿主干道（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導流隧洞，下游灌溉管道引到主車間水輪機基座，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°以內，回填砼預備倉時，應預備鋪設注漿管道，砼強度滿足計劃強度70%后進行作業(yè);提前鋪設管道有入漿管道（1.5″）、回漿管（1.5″）、進漿支管（1″）和回漿管兼排氣支管（1″），入漿支管設置在導流隧道頂拱挖掘面90°界限之內，間隔2m，預備支管方位預先開挖φ10cm、20cm深的洞，入漿支管向孔內延伸10cm，出氣管向孔內延伸5cm;順著軸心方向每排孔設置一組注漿主管道（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);主管道引到主車間水輪基面，在注漿前把注漿口密封，避免污物進入。

鋼襯觸碰注漿用于鋼筋底部砼沒有填充或混凝土收縮引起的間隙注漿，以確?；靥铐藕蛪毫︿摴苤g的緊密連接。本工程的接觸注漿范圍為距底部90°以內，回填混凝土倉時應提前預埋灌漿管道，60d后進行第二階段固結灌漿;采用濃漿分段注漿，壓力管道鋼襯段每段劃分為一個注漿分區(qū)。四行接觸注漿分支管道（1″）的底部排列每個分區(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15cm，壁厚0.2cm），現(xiàn)場將壓力管內壁錘緊，邊緣用少許麻或膠帶紙臨時封好。

接觸注漿采用循環(huán)注漿法，每個孔段一次性無順序充填，底孔和上孔灌漿時，廢氣和泥漿同時排出;灌漿前應進行通風，空隙區(qū)域應盡量干燥無水，通風和排水壓力應低于灌漿壓力，通風及排水時間不應低于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，灌漿時輕敲振動鋼襯，倒至最稠的一級漿，厚厚的泥漿比重后從排氣孔排出（液體比重計測量）是一樣的注入和砂漿吸水率為零，連續(xù)灌漿10min后，關閉孔板閥和結束灌漿，記錄排漿數(shù)量和濃度的排放。

在制造廠制作成單節(jié)運至安裝間，通過橋機吊運至引水隧洞在廠房上游墻的出洞口，再用平板臺車運輸至洞內進行安裝;工程采用了該方案，優(yōu)簡化運輸方式，能實現(xiàn)快速安裝，不用增加施工支洞擴挖工程量，節(jié)約了投資;每條引水隧洞的壓力鋼管運輸共需18d，每天吊運占用1臺橋機大約半個工作日，本階段廠房2臺橋機主要用來安裝各機組段的肘管和錐管，同時輔助澆筑混凝土，吊運工作量不是很大，通過增加橋機運行人員及有效的現(xiàn)場協(xié)調可以克服上述施工干擾，不會對廠房機組安裝工期造成太大影響。

參考文獻

[1]楊海紅，官忠瑞，鄧擁軍.黃登水電站壓力鋼管設計[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，2020.

[4]毛偉.無損檢測相控陣新技術在焊接鋼橋檢測中的應用研究[D].重慶：重慶交通大學，2020.

[5]唐浩偉.超聲TOFD焊縫缺陷檢測成像技術研究[D].成都：西南交通大學，2020.

[6]張超.工字型鋼-混組合梁橋質量檢驗指標體系與檢驗方法研究[D].西安：長安大學，2019.