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(huán)境保護，節(jié)約成本的作用。與傳統(tǒng)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(huán)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(yè)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(yōu)點

（1）氣墊式調壓室的運用，節(jié)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(guī)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(fā)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?shù)缆芬约皦毫艿赖牡缆肥┕?，不但?jié)約了工程成本，還避免了對當?shù)卦堑孛娴钠茐?，有利于環(huán)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(jié)的穩(wěn)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(tǒng)常規(guī)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(jīng)四川省發(fā)改委核準，工程建設總工期為52個月，計劃于2015年底投產(chǎn)發(fā)電。工程靜態(tài)總投資10.3億元，動態(tài)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(jù)民治水電站的圖紙要求，來進行鋼罩制作，其加工要根據(jù)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?shù)阶鳂I(yè)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(yè)，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(xiàn)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(xiàn)場，經(jīng)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(tài)下進行適當?shù)慕M裝；再由天錨、滑車組、卷揚機等臨時設施實現(xiàn)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?shù)骄唧w的安裝位置，利用土建布置的一期混凝土錨筋，布置適當?shù)氖掷J或花籃螺栓以及預先布置于高架運輸臺車上的千斤頂?shù)?，實現(xiàn)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?？紤]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?shù)桨惭b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?shù)桨惭b位置。

單面“V”型坡口是在鋼罩的制作、瓶裝以及焊接，包括現(xiàn)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(fā)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(tài)環(huán)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(jīng)過比較之后民治水電站采用的是鋼罩閉氣式方案。經(jīng)過研究試驗，鋼罩式閉氣設計能夠大大節(jié)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

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