廣州抽水蓄能電廠引水隧洞防貝防侵蝕項目的實施與分析

何濤，何直，趙波

（1.廣東蓄能發(fā)電有限公司，廣東省廣州市 510690；2.中國水利水電科學研究院，北京市海淀區(qū) 100038）

廣州抽水蓄能電廠引水隧洞防貝防侵蝕項目的實施與分析

何濤1，何直1，趙波2

（1.廣東蓄能發(fā)電有限公司，廣東省廣州市 510690；2.中國水利水電科學研究院，北京市海淀區(qū) 100038）

廣州抽水蓄能電廠B廠引水隧洞檢修時發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌附著大量淡水殼菜，且混凝土表面存在較嚴重的侵蝕，為保證安全生產(chǎn)和提高輸水效率，決定對隧洞襯砌表面涂覆涂層材料進行防護。從市場上選定的18種常見類別的防護涂層材料委托清華大學在西枝江沼蛤防治試驗站進行自然浸泡附著試驗，基于試驗結(jié)果和專家論證，最終選定YEC環(huán)氧涂層材料作為防護工程的施工材料。本文對防護材料的選定試驗過程和B廠引水隧洞的施工情況進行了介紹，并對施工管理經(jīng)驗進行了總結(jié)。

淡水殼菜；防侵蝕；混凝土表面防護；引水隧洞；YEC環(huán)氧防護涂層

1 前言

廣州抽水蓄能電廠是我國第一座、目前世界上最大容量的抽水蓄能電站之一，在電網(wǎng)中具有調(diào)峰填谷、無功調(diào)節(jié)、事故備用、黑啟動電源功能，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供安全保障。其樞紐工程由上水庫及大壩、下水庫及大壩、引水系統(tǒng)、地下廠房等組成。2012年10月，廣蓄電廠對B廠尾水隧洞檢修時發(fā)現(xiàn)大量淡水殼菜附著。淡水殼菜的大量滋生對水電廠的運行有較大影響，它能增大糙率，縮小過水斷面，降低引水發(fā)電效率，侵蝕管壁混凝土，威脅工程運行，導致工程的維護費用大大增加。此外淡水殼菜大量消耗水中溶解氧，并代謝產(chǎn)生氨氮和營養(yǎng)鹽，惡化水質(zhì)[1]。

為此，廣蓄電廠組織多個專題小組對水庫水質(zhì)及貝類污染技術(shù)開展了調(diào)研，針對引水隧洞內(nèi)淡水殼菜的污染分布和腐蝕情況進行了細致的調(diào)查和危害分析，認為B廠現(xiàn)有的防治方案并不理想。根據(jù)常見的淡水殼菜防治技術(shù)，結(jié)合廣蓄電廠的實際情況分析，項目組認為采用涂料防附和生物防治雙管齊下的綜合治理方案，是目前所掌握的信息基礎上較為合理、有效的處理方法。2013年10月廣蓄電廠又組織專家咨詢會探討減輕和防止生物及水質(zhì)侵蝕，延長襯砌混凝土耐久性的技術(shù)和方案，會議建議委托第三方對隧洞襯砌混凝土防淡水殼菜防水質(zhì)侵蝕材料進行實驗室試驗。通過實驗方案的競標，最終廣蓄電廠委托清華大學對隧洞襯砌混凝土防淡水殼菜附著、防水質(zhì)侵蝕材料進行試驗研究。在此基礎上，選擇理想的材料對B廠引水隧洞進行防護施工。

2 防淡水殼菜附著涂層材料的選擇

針對廣蓄電廠引水隧洞防護工程項目，要求選定的防護材料符合國家衛(wèi)生標準，滿足環(huán)保要求，具有良好的潮濕基面黏接性能和耐久性，具有抗水質(zhì)侵蝕和防淡水殼菜附著性，材料施工工藝能夠適應現(xiàn)場環(huán)境要求。

對修補材料性能的篩選標準進行具體化：①安全性能：要求材料符合GB/T 17219—1998《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》及JC 1066—2008《建筑防水涂料中有害物質(zhì)限量》的要求；②施工性能：具有良好的施工性能，可在潮濕混凝土基面施工、養(yǎng)護，施工效率高，固化時間短，對于操作人員無傷害；③耐候性能：材料與混凝土基面結(jié)合緊密，抗沖刷性與抗剝離性好，抗水流侵蝕及防淡水殼菜附著性好，能滿足一定的耐久性要求；④具有較好的經(jīng)濟性指標。

試驗材料收集階段即要參照以上標準對材料進行初步篩選。

2.1 防護材料的收集和試件準備

混凝土表面防護材料按照涂覆形態(tài)分為3類：浸漬型材料，疏水性浸漬型材料及涂料。試驗中根據(jù)環(huán)保性、安全性、施工性的選擇原則，選定了基本能夠覆蓋市場上現(xiàn)有所有類別的防護材料，具體種類如下：

（1）浸漬滲透型（4種）：改性硅酸鹽、水玻璃、DPS+TS、水泥基滲透結(jié)晶材料；

（2）疏水浸漬型（2種）：液體浸漬硅烷、膏狀浸漬硅烷；

（3）覆蓋型涂料（12種）：純聚脲、有機無機雜化材料、改性丙烯酸樹脂涂料、改性彈性環(huán)氧樹脂涂料、乙烯基樹脂涂料、氟碳樹脂涂料、SK-聚脲1、SK-聚脲2、聚氨酯涂料、SK-環(huán)氧YEC、SK-環(huán)氧D50、陶瓷漆。

試驗中采用統(tǒng)一規(guī)格的混凝土試塊，由實驗室統(tǒng)一提供給材料生產(chǎn)商，由材料生產(chǎn)商完成材料的涂覆和養(yǎng)護，每種材料涂2～3個試塊，然后寄回實驗室進行附著性試驗。

2.2 試驗研究方法

試驗采用的研究方法有文獻調(diào)研、實驗室試驗和現(xiàn)場試驗。實驗室試驗選擇在淡水殼菜分布廣泛的東江支流西枝江泵站的清華大學沼蛤防治試驗站，試驗水槽中的水與西枝江水保持聯(lián)通，以保證江水中的充足的懸浮藻類及微生物進入試驗水槽，從而保證淡水殼菜良好的生長條件。

同種試件在試驗水槽中的位置分散放置進行淡水殼菜自然附著和人工附著試驗，以避免擺放位置對附著結(jié)果的影響，用未涂覆任何防護涂料的混凝土試塊作為空白組進行試驗對比。試驗周期持續(xù)9個月，覆蓋了一年的2次產(chǎn)卵期，待附著穩(wěn)定后定期觀測附著密度、生物量、附著率、致死率、逃逸率、足絲數(shù)、附著力等指標來量化評價防護材料的抗淡水殼菜附著性，再結(jié)合材料的安全性、施工性、耐久性和經(jīng)濟性推薦最優(yōu)的1～2種防護材料。

現(xiàn)場工藝試驗在廣蓄電廠進行，主要考察材料的施工性能，結(jié)合實驗室結(jié)果，確定最終的材料方案。

2.3 試驗結(jié)果與結(jié)論

附著試驗過程中分別在自然附著2個月、4個月、6個月和9個月時檢查各種材料試件的附著密度。從實際結(jié)果上看，在2個月的試驗時間內(nèi)暫時看不出不同材料的附著效果的優(yōu)劣，而4個月后的試驗可以明顯發(fā)現(xiàn)不同材料殼菜附著密度的區(qū)別，將4個月、6個月和9個月的附著結(jié)果進行歸納、對比，發(fā)現(xiàn)三次檢查結(jié)果都排在第一梯隊（附著密度為空白組的15%以內(nèi)）的材料有硅烷浸漬、氟碳樹脂、SK-聚脲1和SK-環(huán)氧YEC，排在第二梯隊（附著密度為空白組的15%～30%）的材料有SK-聚脲2、改性硅酸鹽和改性丙烯酸樹脂涂料。

結(jié)合涂料的耐久性考慮，氟碳樹脂和硅烷浸漬的耐久性相對較差，最后推薦SK-聚脲1和SK-環(huán)氧YEC作為廣蓄隧洞混凝土防護工程的推薦材料[2]。

基于附著性試驗的結(jié)論，選擇了3種防護材料在廣蓄電廠進行了工藝試驗，由于YEC環(huán)氧防護材料一次施工厚度可達到2mm，對潮濕環(huán)境具有較好的適應性，黏接性能出色，耐水、耐久性好等優(yōu)點，最終確定YEC環(huán)氧防護涂層材料作為廣蓄隧洞混凝土的防護材料。

3 YEC環(huán)氧防護涂層材料簡介

中國水利水電科學研究院在2008年針對環(huán)氧樹脂材料在水工混凝土修補防護應用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，如涂層開裂和脫空、進而脫落等現(xiàn)象，開展了環(huán)氧薄層防護材料環(huán)境適用性的專項研究，系統(tǒng)地研究了開裂機理，斷裂韌性與溫度相關(guān)性等問題[3，4，5]。在此基礎上，結(jié)合水利工程施工特點開發(fā)了YEC環(huán)氧防護涂層材料，基本性能見表1[6]。

YEC涂層材料先后在安徽白蓮崖水庫排沙洞閘門、云南騰沖松山河口電站引水隧洞、厄瓜多爾科卡科多辛克雷（CCS）首部沖沙閘消力池、南水北調(diào)中線京石段PCCP管加固防護等工程中得到應用，應用效果良好。其中白蓮崖水庫排沙洞閘門防護已運行6年，云南騰沖松山河口電站隧洞已運行5年，檢查發(fā)現(xiàn)涂層完好無損，未出現(xiàn)任何損壞現(xiàn)象。實踐應用表明，YEC環(huán)氧防護涂層材料是一種性能可靠的水工混凝土防護材料[7]。

表1 YEC環(huán)氧防護涂層材料基本性能Tab.1 The Properties of YEC Protective Coating

4 廣蓄B廠引水隧洞涂層防護施工情況

廣蓄B廠引水系統(tǒng)隧洞全長約3800m，經(jīng)隧洞排空檢查發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌表面普遍存在侵蝕及大量淡水殼菜附著，其中上游隧洞、上下游（尾水）調(diào)壓井混凝土表面缺陷需要進行修補找平，并涂覆1.5～2.0mm YEC環(huán)氧防護涂層材料進行防護，預期涂覆量約45000m2；下游（尾水）隧洞混凝土在2012年噴涂過環(huán)氧涂料，狀態(tài)尚可，僅對表面附著的淡水殼菜進行清理，工程量約50000m2，另外高壓岔管及1號支洞滲水部位進行灌漿防滲處理。工程施工從2015年10月開始，工期為80天。

隧洞混凝土表明修補防護工程主要施工內(nèi)容包括基面清理、裂縫灌漿、腐蝕混凝土表面修補找平及涂覆YEC環(huán)氧防護涂層材料，各部分施工過程介紹如下：

（1）基面清理。大部分區(qū)域采用高壓水清理表面附著的淡水殼菜，對于混凝土孔洞處重點沖洗，隧洞腰線下局部先采用鋼絲刷人工清理，然后再用高壓水沖洗。大部分區(qū)域能清理潔凈，局部孔洞部位有少量殼菜殘留，需要采用人工二次重點清理。清理后的表面基本為潔凈、堅實的混凝土表面，能滿足后續(xù)修補施工的要求；圖1和圖2為清理前后表面狀態(tài)。

圖1 隧洞表面淡水殼菜附著情況Fig.1 Adhesion status of Limnoperna fortunei

（2）裂縫灌漿止水。引水隧洞的部分施工縫或裂縫有滲水現(xiàn)象，雖然對隧洞的引水功能影響不大，但會造成混凝土表面較大范圍的水漬，影響表面防護施工，因此需要對滲水裂縫做止水處理。實際施工中根據(jù)不同的情況采用了不同的方法，對裂縫采用化學灌漿的方法進行止?jié)B處理，對施工縫和個別滲水點采用了導管引水的方式，為表面修補和防護提供基本干燥的基面條件。

（3）基面修補和找平。隧洞混凝土長期運行中受到腐蝕和軟水侵蝕作用，表面剝蝕比較嚴重，大部分區(qū)域骨料裸露，嚴重的地方骨料消失，出現(xiàn)較大的孔洞，在進行涂層防護前，需要對基面進行修補和找平。工程針對頂部缺陷較大的區(qū)域，采用了觸變型環(huán)氧砂漿進行修復，而缺陷相對較小的區(qū)域采用了環(huán)氧膩子進行找平，基本滿足了后續(xù)施工的平整度要求。

（4）涂覆YEC環(huán)氧防護涂層。YEC環(huán)氧防護涂層材料采用刮涂的方式進行施工，一次作業(yè)厚度可達到設計要求的2mm，保證了防護的施工效率，也保證了施工質(zhì)量，避免多次施工可能出現(xiàn)的層間薄弱的問題。

該項目在執(zhí)行過程中克服工期緊張、方案調(diào)整、施工組織等多方面困難后，于12月按計劃順利結(jié)束并按時完成驗收，施工完成后整體效果良好。圖3和圖4為防護施工現(xiàn)場和防護后整體效果。

5 結(jié)束語

廣蓄B廠隧洞的防護項目集科研試驗與施工一體，施工工程量大、工期短、難度大，并且采用了新材料、新工藝，給施工組織和管理提出了較高的要求，回顧項目執(zhí)行的過程，有許多經(jīng)驗值得總結(jié)：

圖2 高壓水沖洗后的表面Fig.2 Coucrete Surface Status after High-pressure Water Jet

圖3 隧洞修復防護施工Fig.3 Repaired Procedure

圖4 修復后整體效果Fig.4 Repaired tunnel

（1）淡水殼菜附著是電站引水系統(tǒng)中較為普遍的現(xiàn)象，涂層防護是適用性比較廣泛的方法，但目前非常缺乏防護材料、工藝等方面的系統(tǒng)研究，該項目開展的隧洞貝類防護試驗選擇市場有代表性的材料，進行了較為系統(tǒng)、全面的工作，為防護施工工程的實施提供了技術(shù)支持和保障，對其他輸水工程也有很好的借鑒意義。

（2）該工程施工的工期短，任務量大，前期對引水隧洞狀況的調(diào)研工作非常重要。由于引水系統(tǒng)的特點，運行過程中人員無法進行現(xiàn)場情況勘察，為此采用了水下機器人對隧洞內(nèi)的貝類附著情況進行了水下觀察，為工程的實施提供了第一手的資料，但由于水下條件的限制，對殼菜附著的混凝土基面狀況觀察不清，有部分區(qū)域的破壞程度超出了預想，導致工程難度有所增加，因此，應進一步加強新技術(shù)、新設備的應用，加強隧洞的狀態(tài)勘察。

（3）隧洞防護工程部分工序為隱蔽工程，如隧洞表面清理、裂縫處理、基面找平等，這些前期工序?qū)罄m(xù)施工及整體工程質(zhì)量有重要影響。針對這種情況，組織業(yè)主管理人員、監(jiān)理及施工單位現(xiàn)場管理人員加強對現(xiàn)場施工的監(jiān)督管理，并明確工序驗收節(jié)點，嚴格做到前道工序未驗收不得進行后續(xù)工序的施工，促進了施工質(zhì)量的提高，保證了工程的順利驗收。

（4）隧洞防護是電廠檢修工程的重要部分，施工進度關(guān)系到公司的整體生產(chǎn)計劃的實施。由于施工期非常緊張，為保證工程進度和工程質(zhì)量，定期進行項目進展碰頭會，監(jiān)理和施工單位負責人匯報施工進展情況和出現(xiàn)的問題，業(yè)主管理人員進行協(xié)調(diào)解決，對工程進度按計劃進行起到了重要作用。

（5）隧洞施工工程按計劃工期80天完成，并順利驗收，防貝防侵蝕效果還有待更長時間的跟蹤觀察和評價。

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The Concrete Protective Project of Diversion Tunnel of Guangzhou Pumped Storage Power Station

HE Tao1, HE Zhi1, ZHAO Bo2
(1. Guangdong Pumped Storage Power Generation co., LTD.,Guangzhou 510690, China; 2. China Institute of Water Resource and Hydropower Research， Beijing 100038, China)

Severe corrosion and adhesion of Limnoperna fortune were exist in the diversion tunnel concrete surface of the Guangzhou pumped storage power station， and a repair and coating protection project were decided to carry out for safety. A adhesiveness experiment of Limnoperna fortune on the concrete surface of 18 kinds protective coatings was made by Tsinghua university in the test station of Xizhijiang river. Based on the experimental result and expert opinions， the YEC epoxy coating was chosen to apply in the protective project. The experiment and protective work progress of the diversion tunnel are introduced in this paper.

limnoperna fortunei；anti-corrosion；concrete surface protection；divesion tunnels；YEC protective coating

TV221.2

A

570.3510

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.014

2016-05-25

2016-06-30

何濤（1982—），男，四川南充人，大學本科，主要研究方向：水工建筑物監(jiān)測維護管理工作。