大壩加高工程電廠通風冷卻系統(tǒng)取水口封堵技術

米斯

摘要：本文介紹了南水北調中線水源工程丹江口大壩加高工程中電廠取水口金屬結構設備的基本情況，分析了取水口封堵的必要性和可行性，并針對封堵技術和水下施工方案展開討論，從具體實施的角度論證取水口封堵對電廠通風冷卻系統(tǒng)改造和整個大壩加高金屬結構安裝工程的影響。

關鍵詞：取水；閘閥；封堵

1 工程概況

丹江口大壩加高工程是南水北調中線水源工程的重要組成部分，大壩加高后水庫正常蓄水位由157m提高到170m，壩頂由162m提高到176.6m。整個混凝土壩總長1141米，分為58個壩段，由右聯(lián)混凝土壩段（7-右13）、深孔壩段（8-13）、溢流壩段（14-24）、廠房壩段（25-33）、左聯(lián)混凝土壩段（33-44）等部分組成。丹江口水利樞紐各類金屬結構自投入運行至今已三十多年，部分金屬結構需要拆卸重新安裝或改造更新，電廠取水口金屬結構是其中之一，位于廠房壩段。

2 取水口封堵技術概述

在25#壩段110.00m高程和115.00m高程各設有一個取水口，引水鋼管為DN200，兩取水口鋼管在閥門室合二為一，由一根DN250鋼管引水，閥門室位于102.00m高程廊道寬縫處。在28# 壩段105.3m和115.7m高程也各有一個取水口，接兩根DN200預埋水管，在108.25m廊道內設有閘閥，其后合并為一根DN250管道。本系統(tǒng)取水口較低，引來的低溫水庫水主要作為廠房空調室噴淋冷卻的水源，同時也是電廠操作樓的消火栓和廁所沖洗用水。

由于原大壩施工時取水系統(tǒng)的管路中只設置了閘閥，而未在壩前設置閘門。管路系統(tǒng)檢修時，需關閉壩內廊道中的閘閥。當該閥本身或閥前的一段明管需檢修時，就得在水庫潛水堵塞取水口，比較麻煩， 萬一檢修不及，則會從破損處漏水淹沒壩內廊道或發(fā)生更嚴重的事故。目前系統(tǒng)已運行了30多年，閘門室閘閥繡蝕嚴重，已經(jīng)無法關閉。在大壩加高后，水壓加大，潛水深度增加，增加了檢修難度，因此本取水口必須進行封堵。

取水口孔口段封堵方案的主要工序為：取水口彎段切除、制作定型堵頭、水下焊接、柔性材料卡塞（利用水壓）。

3 取水口封堵準備工作

3.1 水下準備工作

為徹底弄清楚電廠通風冷卻系統(tǒng)取水口的具體位置、管口結構型式、管徑、鋼管銹蝕情況、取水口周圍混凝土狀況，我們對其進行了水下檢查。檢查結果如下：25#壩段電廠空調系統(tǒng)取水口（一）管口高程110.0m，取水口中心位置距25～26壩段橫縫1.9m，取水口為喇叭形，取水口攔污柵為方鋼形式，喇叭形直徑700 mm，攔污柵與取水管采用法蘭螺栓聯(lián)接；取水管與上游面混凝土接觸部位管徑周長182cm（斜面周長）；垂直測量取水管底部與上游面混凝土接觸部位管徑周長172cm；取水管管口喇叭形攔污柵頂部距上游面混凝土53cm，底部距上游面混凝土22cm。

25#壩段電廠空調系統(tǒng)取水口（二）管口高程115.0m，取水口中心位置距25～26壩段橫縫1.2m，取水管與上游面混凝土接觸部位頂部表面有混凝土，混凝土上下游長度約350mm，左右側寬度約400mm，高度約100mm。取水管管徑、取水管管口喇叭形攔污柵及攔污柵與上游面混凝土間的距離與高程110.0m取水口相同。

25#壩段電廠空調系統(tǒng)取水口管口周邊與壩體混凝土接觸較好，檢查范圍內管口周邊混凝土未發(fā)現(xiàn)裂縫，取水管表面銹蝕嚴重。

3.2 地面準備工作

（1）取水口閘門室現(xiàn)場檢查，包括閘閥的工作狀態(tài)、銹蝕情況、管路走向、內部供電和照明情況、從壩頂至閘門室的可行通道、通道是否通暢、通道尺寸、閘門能否順利關閉、是否具備封堵條件等。為后序管路灌漿、混凝土施工等提供第一手資料。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，閘門室的管路繡蝕比較嚴重，兩個主閘門仍無法關閉和開啟，一個處于關閉狀態(tài)，一個處于開啟狀態(tài)。

（2）根據(jù)水下檢查結果和現(xiàn)場檢查情況，制定封堵施工方案，包括封堵方案、管路灌漿施工方法、閘室混凝土施工等。

（3）加工件的加工制作。根據(jù)封堵方案制作封堵法蘭、閘門處封堵法蘭、灌漿管路制作等。

4 封堵時的其他必備的條件

為保證取水口封堵施工安全順利進行，按照水下作業(yè)的基本要求，在進行25#壩段取水口檢查、水下封堵施工時應具備的基本條件是：26#壩段機組停機并且25#壩段取水口閘門關閉。另外，水下施工應選在枯水期水位較低時進行，封堵前電廠內通風冷卻水系統(tǒng)改造完成。

25#壩段取水口分水下檢查和水下封堵施工兩個階段，所需的停機次數(shù)為兩次，第一次停機時間為1天，第二次停機時間為12天，總停機時間為13天。目前5#和6#機組均處于停機狀態(tài)，已具備封堵施工條件。

5 具體封堵方法

5.1 水下封堵方法

根據(jù)25#壩段取水口的水下檢測結果，取水口結構示意見下圖5-1。

（1）封堵程序

根據(jù)25#壩段取水口水下檢查結果，擬定的封堵程序為：在確保取水口下面閥門關閉的前提下，首先由潛水員沿混凝土表面將取水口切除，將加工好的封堵裝置通過錨栓固定在混凝土表面上，將排氣管引至水面以上，在確認沒有問題的條件下，緩慢小心打開閘門室的閥門排水（此時封堵裝置上的閥門也應打開），閥門宜小開，不能全開，通過在閘門室觀察流量變化和最終滲流量大小即可判斷是否封堵成功，如果最終滲流量較大且無法滿足正常灌漿要求時，要急時關閉閥門（包括封堵裝置上的閥門），查找原因，調整設計。封堵裝置結構見下圖5-2和附圖。

（2）施工準備

①在完成水下檢查、封堵方案編制批準后立即進行封堵裝置細化和制作。

②灌漿設備、機具、材料準備，包括在鋼管上焊接灌漿管和封板等，水下封堵成功后必須立即進行管路水泥灌漿。25#壩段取水口灌漿設備、機具要提前搬運至25#壩段壩后102m高程廠壩平臺上，通過交通廓道將管路接引至施工現(xiàn)場。endprint

③混凝土澆筑設備、機具準備。要考慮好混凝土運輸通道、運輸方法，混凝土通過吊罐卸至25#壩段壩后102m高程廠壩平臺處，然后采用斗車轉運混凝土至施工現(xiàn)場。

④現(xiàn)場照明和施工用電準備。

（3）封堵方法

①取水口外露部分割除。

②水下施工平臺搭設，施工平臺采用膨脹螺栓固定。

③鉆孔。首先加工制作一個鉆模，鉆模上的孔與封堵裝置上的孔配鉆，利用高壓風鉆鉆孔，鉆模采用三個膨脹螺栓固定。

④封堵裝置安裝。在安裝之前將發(fā)泡橡膠板粘貼在封堵法蘭上，用壩頂2#M900塔機吊至水下安裝位置，將喜利得RE500植筋膠注入孔內后安插錨栓，帶上螺帽，固化24h后上緊螺帽。

⑤若需要可用GS水下專用密封膠進行密封處理。

⑥灌漿管路安裝。將排氣管引至水面并固定。

5.2管路灌漿施工方法

采用水泥灌漿方法封堵管路，水泥采用P.O42.5，水灰比0.5：1，漿液通過管路輸送至施工現(xiàn)場，根據(jù)灌漿量的多少，合理準備灌漿材料和制備漿液。按水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范和設計要求進行。

5.3閥門室混凝土澆筑

閥門室混凝土由自卸汽車運輸至壩頂并卸到吊罐內，用2#M900塔機吊至25#壩段102m高程廠壩平臺處，人工轉運至廓道內，在廓道內用斗車輔助運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，人工入倉，振搗器振搗。

6 事故應急處理

閥門無法關閉將會直接影響取水口的正常封堵和水下作業(yè)人員的安全，閥門無法開啟將影響取水口至閥門段的鋼管排水和滲水檢查，無法確定封堵是否成功。閥門的正常開啟和關閉關系到取水口能否成功封堵。

（1）根據(jù)電廠提供的信息，截至目前為止，25#壩段閘門室兩個閘閥均無法開啟和關閉，只是后部的閘閥已經(jīng)關閉，具備封堵條件。確認封堵完成后，立即拆除閘門室兩個閥門，將事先已經(jīng)加工好的封堵法蘭（法蘭的中心焊上DN25的灌漿管，灌漿管另一端安裝球閥）通過螺栓連接到閥門上。

（2）取水口封堵完成后，慢慢開啟已關閉的閥門（封堵法蘭上的閘閥開啟，排氣管引至水面以上），觀察流量變化情況，如果出現(xiàn)大的滲漏則立即關閉閥門。由潛水員水下檢查取水口封堵情況，針對滲水處進行處理直至滿足灌漿要求為止。

（3）在灌漿過程中，由于種種原因，排氣管脫落或斷裂，潛水員將立即下去關閉閘閥，重新連接排氣管，要求在兩個小時內處理完成，重新開始灌漿。

（4）當出現(xiàn)意想不到的最壞情況時，應迅速撤離現(xiàn)場施工人員，立即向業(yè)主、監(jiān)理、電廠報告。

（5）疏通廓道內的排水系統(tǒng)，讓水能及時排走。

7 封堵進度計劃

7.1 封堵步驟

本項目分四步走，第一步為水下檢查，主要是對取水口結構、尺寸、周圍混凝土狀況進行檢查，要保證檢查結果的真實性。第二步為方案編制、細化及審批。第三步為水下安裝封堵裝置和管路灌漿。第四步為閘門室封閉混凝土施工。其中第一步和第三步均有水下作業(yè)，需要停機配合。

當時，庫水位正好處在▽140m高程左右，是取水口封堵的大好時機。5#機和6#機均處于停機狀態(tài)，25#壩段取水口已具備封堵條件。

7.2 封堵進度計劃安排

考慮到25#壩段取水口已具備封堵條件，首先進行25#壩段取水口施工，再行考慮28#壩段和29#壩段取水口施工。25#壩段取水口檢查1天，水下封堵裝置安裝和檢查10天，灌漿2天，混凝土施工2天。

8 封堵技術結論

在整個封堵施工的過程中，我們發(fā)現(xiàn)取水口的結構較復雜，位置各異，取水口的高程均不相同，有水平方向的，也有傾斜向下的，還有位于進水口圓弧段上面的，針對每一個取水口的具體情況，我們制定了相關的封堵方案，例如在管口直接加蓋法蘭的封堵方案，可以減少水下鉆孔和植筋的難度。但是必須摸清管壁的銹蝕情況，確保管道封堵有效。事實證明此舉是方案成功的關鍵。在對25#壩段取水口封堵方案實施的基礎上，及時優(yōu)化了28#、29#壩段取水口的法蘭封堵方案。

管口封堵是否密實、可靠是整個管道封堵施工的關鍵，考慮到管口周圍混凝土表面的不平度，加大封蓋法蘭，加厚、加寬密封膠皮十分有必要，由于水下鉆孔難度大，封蓋法蘭定位孔不宜過多，在上下左右四個方位進行固定的具有一定的可行性。

在取水口至閥門室范圍內澆筑混凝土，需要注意混凝土澆筑的方向，還要考慮混凝土的管徑與混凝土級配配套，由于原管道中有大量的積聚物和附著物（包括泥漿），混凝土無法與鋼管內壁結合在一起，混凝土也無法澆筑密實。采用自下而上的水泥灌漿方法是比較好的方法，可以保證管道水泥漿密實。在灌漿之前，先打開閥門室內的閘門，從取水口的進口用高壓水較長時間地沖洗管道，沖掉積聚物和附著物，然后自下而上灌注水泥漿（濃漿灌注），經(jīng)實踐證明，本方法是可行的。

這次封堵過程包括水下檢查、清理，水下切割，水下植筋、水下安裝法蘭、水下漏水點檢查及堵漏處理，水下灌漿協(xié)助，灌漿管路的安裝拆除，取水口閘門的開與關、管道的清洗與檢查等均經(jīng)歷了較長的時間，存在大量的水下作業(yè)，在封堵施工期間都有電廠停機配合。第一個取水口的封堵，經(jīng)歷了一個艱難的探索過程，隨著25#壩段的成功封堵，28#壩段取水口封堵非常順利，封堵所需的時間越來越短。

最終，在多方的共同努力和協(xié)調配合下，取水口的封堵工作順利完成，這標志著丹江口大壩加高電廠空調取水系統(tǒng)改造取得了圓滿成功。這也為電廠空調系統(tǒng)的穩(wěn)定運行打下了良好的基礎。

參考文獻：

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