淺析金窩水電站壓力管道缺陷及其處理方法

李永民　張繼祥

摘 要：金窩水電站壓力管道（以下簡稱壓力管道）為地下埋藏式，采用斜井布置。根據(jù)壓力管道監(jiān)測成果的分析表明：壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。通過對壓力管道的放空檢查，發(fā)現(xiàn)壓力管道2-2斷面附近（上游位置）有一環(huán)縫存在，是一條長約330mm的裂縫，有明顯的滲水現(xiàn)象，說明此裂縫為貫穿性裂縫，須進(jìn)行修復(fù)處理，處理后的焊縫效果良好，滿足壓力管道的安全運(yùn)行要求。

關(guān)鍵詞：金窩水電站；壓力管道；缺陷；分析；處理

中圖分類號(hào)：TV732.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程概況

金窩水電站位于四川省雅安市石棉縣境內(nèi)的田灣河中段，是田灣河規(guī)劃梯級(jí)中的第三級(jí)。工程主要任務(wù)以單一發(fā)電為主，無供水、灌溉、防洪等綜合利用要求。

金窩水電站壩址以上流域面積1060km2，多年平均流量32.2m3/s，正常蓄水位2315.4m，最低運(yùn)行水位2309.47m，調(diào)節(jié)庫容7.0萬m3，具有日調(diào)節(jié)能力；電站水輪機(jī)安裝高程1696.30m，最大引用流量46.9m3/s；電站最大水頭619.1m，最小水頭594.3m，額定水頭595.0m，安裝兩臺(tái)120MW水斗式水輪發(fā)電機(jī)組。電站枯水年枯水期平均出力73.6MW，多年平均年發(fā)電電量11.24億kW·h（梯級(jí)聯(lián)合）。

金窩水電站壓力管道（以下簡稱壓力管道）為地下埋藏式，采用斜井布置，上平段中心高程2256.30m，下平段中心高程1696.30m，高差560.00m。為便于壓力管道的施工及施工臨時(shí)道路的布置，在斜井中部2080.00m和1840.00m高程處分別設(shè)置中一、中二平段，平段直段長分別約為35m、40m。斜井段傾角57°以利于施工期開挖出碴。壓力管道主管長約1102.00m，主管內(nèi)徑3.6m，主管末端采用卜型岔管連接兩條支管，分岔角60°，1#、2#支管長分別約24m、33m，內(nèi)徑2.40m，支管末端管徑由2.40m漸變至2.00m與廠房內(nèi)球閥連接。

2 監(jiān)測成果分析

（1）監(jiān)測儀器布置情況

①壓力管道2-2斷面監(jiān)測儀器布置情況

按設(shè)計(jì)要求，壓力管道2-2斷面安裝了3套多點(diǎn)位移計(jì)（M13～M15）、3支錨桿應(yīng)力計(jì)（R13～R15）、3支測縫計(jì)（J04～J06）和3支鋼板計(jì)（GB04～GB06）。多點(diǎn)位移計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)圍巖內(nèi)，測縫計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)圍巖與砼接觸部位，鋼板計(jì)位于鋼管的左下30°、右下30°及頂拱中心（見表1和如圖1所示）。

②壓力管道3-3斷面監(jiān)測儀器布置情況

按設(shè)計(jì)要求，壓力管道3-3斷面安裝了3支單向應(yīng)變計(jì)（S1～S3）、2支無應(yīng)力計(jì)（N1、N2）和4支滲壓計(jì)（P5～P8）。滲壓計(jì)位于頂拱、底板、左上30°、右上30°圍巖內(nèi)，應(yīng)變計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)砼內(nèi)，無應(yīng)力計(jì)位于左上角45°、右下角45°砼內(nèi)（見表2和如圖2所示）。分別用以監(jiān)測壓力管道混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化以及壓力管道外水壓力的變化情況。

（2）監(jiān)測成果分析

壓力管道3-3斷面滲壓計(jì)監(jiān)測成果表明：在金窩引水系統(tǒng)充水前，該部位4支滲壓計(jì)所測得的揚(yáng)壓力約30kPa；充水試驗(yàn)期間，隨著壓力管道內(nèi)水壓力的增大，各支滲壓計(jì)測值均有所增大，尤其P5、P6和P8揚(yáng)壓力增大明顯，說明壓力管道存在滲漏現(xiàn)象（如圖3所示）。

壓力管道2-2斷面多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測成果表明：在金窩引水系統(tǒng)充水試驗(yàn)過程中，多點(diǎn)位移計(jì)測值變化明顯，說明金窩壓力管道2-2斷面在2008年12月充水運(yùn)行后存在局部巖體變形。充水運(yùn)行后，M13的3.5m深處測點(diǎn)在2009年出現(xiàn)3次跳躍變化，在2011年8月19日再次發(fā)生突變，突變情況為11.30mm→16.15mm，并保持突變后的狀態(tài)穩(wěn)定下來，分析該部位可能存在裂隙、局部破碎的松動(dòng)變形。2009年1月～3月及7月～9月，M15測值出現(xiàn)逐步小量增加，說明充水后由于滲漏作用，滲水入侵圍巖裂隙引起局部變形，與M13的3.5m測點(diǎn)變化一致（如圖4所示）。

壓力管道2-2斷面鋼板計(jì)監(jiān)測成果表明：各鋼板計(jì)測值為負(fù)應(yīng)變，即壓力鋼管沿環(huán)向表現(xiàn)為受壓；在2008年12月的充水試驗(yàn)中，在高水壓作用下，壓力鋼管向外擴(kuò)張，在環(huán)向上表現(xiàn)為拉應(yīng)變增強(qiáng)，測值上由負(fù)應(yīng)變逐漸向正應(yīng)變轉(zhuǎn)化；此后可能由于外水壓力增加，逐步回彈，GB05在2009年1月后表現(xiàn)穩(wěn)定，于2010年4月9日觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)GB05讀數(shù)不穩(wěn)定，分析可能是由于儀器本身出現(xiàn)問題（比如電壓不穩(wěn)定等），GB06則持續(xù)受壓增加，至2009年7月后才基本穩(wěn)定。在充水試驗(yàn)過程中，GB04失效無讀數(shù)（如圖5所示）。綜合以上監(jiān)測成果分析，壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。

3 現(xiàn)場檢查情況

通過對壓力管道的放空檢查，發(fā)現(xiàn)壓力管道2-2斷面附近（上游位置）有一環(huán)縫存在一條長約330mm的裂縫，有明顯的滲水現(xiàn)象，說明此裂縫為貫穿性裂縫（如圖6所示）。

4 裂縫處理情況

根據(jù)現(xiàn)場有一定外水壓力的實(shí)際情況和焊接施工環(huán)境條件要求，認(rèn)為對于滲透水點(diǎn)的處理關(guān)鍵是封水，因此必須首先對滲透水點(diǎn)進(jìn)行封水處理，否則無法進(jìn)行下一步的焊接施工和得到可靠的質(zhì)量保證。具體施工程序和步驟如下：

抽排管內(nèi)積水→照明鋪設(shè)→卷揚(yáng)機(jī)布置→臺(tái)車制作→鉆制灌漿孔（鉆制灌漿孔時(shí)，注意射水傷人和損壞電氣設(shè)備）→灌漿處理（達(dá)到管外無滲水進(jìn)入管內(nèi)）→焊縫進(jìn)行打磨→超聲波探傷檢測→刨縫清根（隨時(shí)注意檢查：防止焊縫裂縫的擴(kuò)展和在其他部位產(chǎn)生新的裂紋）→打磨清縫層厚不小于2mm——清除滲碳層、過熱組織等刨縫缺陷→PT（滲透檢驗(yàn)）或MT（磁粉檢測）→預(yù)熱120℃～150℃→焊接（隨時(shí)檢測：每焊接一層均進(jìn)行MT（磁粉檢測），防止在其他部位產(chǎn)生新的裂紋）→焊后立即進(jìn)行緊急后熱150℃～200℃、后熱恒溫時(shí)間不小于1h，焊接完畢24h后對焊補(bǔ)部位和其他（焊接收縮應(yīng)力傳遞）相關(guān)部位進(jìn)行超聲波探傷檢測。

超聲波探傷檢測成果表明：處理后的焊縫效果良好，滿足壓力管道的安全運(yùn)行要求（如圖7所示）。

結(jié)語

根據(jù)水工監(jiān)測成果分析地下埋藏式壓力管道運(yùn)行情況是對壓力管道缺陷分析的一種經(jīng)濟(jì)而有效的分析方式。通過對壓力管道的水工監(jiān)測成果分析，發(fā)現(xiàn)缺陷，然后進(jìn)行現(xiàn)場檢查，確定缺陷進(jìn)而進(jìn)行處理的方式，可供類似工程借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]南京水利科學(xué)研究院勘測設(shè)計(jì)院，常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監(jiān)測手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[2]徐志英.巖石力學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]DL/T5141—2001，水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]SL281—2003，水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]SL191—2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].