民治水电站气垫式调压室中的钢罩闭气应用

李硕

摘 要：作为一种新技术，将气垫式调压室应用在水电站中，能够起到环境保护，节约成本的作用。与传统的水电站调压室不同，气垫式调压室能够很好的保护地表环境，并且将引水道的长度缩短，大大减少了工程量。但是气垫式调压室对于防渗闭气有着很高的要求，文章以民治水电站的气垫式调压室为例，分析研究了钢罩闭气方案在民治水电站中的施工应用，以供业内人士参考借鉴。

关键词：钢罩闭气；民治水电站；气垫式调压室

1 气垫式调压室特点

首先提出气垫式调压室概念的是挪威工程师L·Rathe，并且在1973的年时候，挪威Driva首先运用了气垫式调压室。

1.1 气垫式调压室优点

（1）气垫式调压室的运用，节省了竖井以及斜井的施工，降低了施工成本以及施工难度，缩短了施工周期。（2）气垫式调压室的引水隧洞与常规的折线不同，其轴线较短，更趋向于直线。因此，这就大大降低了工程造价，提高了水电站的发电效益，减少了水头损失。（3）由于气垫式调压室是在地下建设的，因此与一般的调压室不同，它不用进行调压室顶道路以及压力管道的道路施工，不但节约了工程成本，还避免了对当地原是地面的破坏，有利于环境保护以及水土保持。（4）气垫式调压室可以在厂房附近进行布置，有利于水击波的反射。因此，不但能够减少水击压力，还能够增加机组调节的稳定性，有利于水电站的运行。

1.2 气垫式调压室缺点

（1）与传统常规的调压室相比，气垫式调压室体积较大，需要增加挖方量。因此，在施工之前需要进行认真的布置。（2）在停机检修重新充水的时候，气垫式调压室内需要利用空压机进行充气，通常情况下由于过大的充气量，需要3-4天甚至是更长的时间来完成，因此会减少发电的时间。（3）气垫式调压室对于防渗闭气的要求很高，因此如果没有做好充分的地质勘探以及测试工作，后期进行气垫式调压室的防渗闭气的补强。

2 民治水电站实例

民治水电站位于四川宝兴县境内，为宝兴河梯级开发的第二级，电站由首部枢纽、引水隧洞、调压室、压力管道、地下厂房系统组成。电站装机3台机组，总容量为10.5万千瓦。该电站于2011年6月7日经四川省发改委核准，工程建设总工期为52个月，计划于2015年底投产发电。工程静态总投资10.3亿元，动态总投资12.1亿元。

民治水电站的气垫式调压室位于邓池沟下游200-500米的东河右岸花岗岩山体内，地面高程1650.00米-1725.00米。气垫式调压室由气室和连接隧洞组成，气室底板高程比引水隧洞顶拱高程高6.50米，连接隧洞总长度为101.00米。气室的长度为100米，宽度为10米，高度为15.50米。

造成气垫式调压室漏气的原因有两个：一是空气被水溶解，在水库的水进入气垫式调压室之后，气室的高压空气被水溶解并从气室流出，从而带走空气，这是无法避免的气损，但是这种原因引起的漏气量很小，可以有通过空压机进行补气解决。二是空气通过气室周边的围岩裂隙渗漏，这种气损量是很大的。因此，要采取防渗闭气措施，在民治水电站中主要采用的是钢罩闭气方案。与水幕式气室相比较，钢罩式闭气的漏气量更小，以下将对钢罩式闭气方案在民治水电站中的施工应用进行分析探讨。

3 钢罩气垫式调压室结构设计

钢罩式闭气方案之所以能减少气体的渗漏，主要是通过钢筋混凝土以及薄钢板来对气体进行封闭。

3.1 钢罩材料与制作

民治气垫式调压室长度为100米，宽度为10米，高度为15.50米，采用16MnR钢板制作，在气垫式调压室内，钢罩分为两种形式，一种是钢板厚度为14mm，宽度为3800mm，另一种是钢板厚度为18-22mm，宽度为1300mm，均使用搭接焊接的方式。

根据民治水电站的图纸要求，来进行钢罩制作，其加工要根据压力钢管以及压力容器的技术要求来进行，焊缝为Ⅱ类，焊缝超声波探伤为焊缝总长的100%。在进行加工的时候，要对钢板进行一系列的划线、下料、切割、打坡口以及卷制成型、防腐等加工之后运输到作业面。

在钢罩制作场地内敷设下料切割平台，其钢板到货卸车、下料切割、钢罩顶拱卷板入槽吊装作业，采取集中25吨汽车吊完成。钢罩制作焊缝采用埋弧自动焊和手工焊相结合方式。

3.2 钢罩安装

在气垫式调压室安装现场内的17#拱，沿顶部约70°靠近侧壁的两处部位，适当扩挖敷设天锚，敷设两套滑车组、两套卷扬机等临时起吊装置。沿气垫式调压室长度方向敷设跨距约8m的钢罩运输轨道，并在其运输轨道上敷设简易高架运输台车。除锈均按压力管道和压力容器的技术要求进行。

钢罩制作单元从调交洞运入气垫式调压室安装现场，经预先敷设的天锚、滑车组、卷扬机等临时设施卸车，并在水平状态下进行适当的组装；再由天锚、滑车组、卷扬机等临时设施实现竖立吊装，并卸在预先敷设的轨道及高架运输台车上；在有预先敷设于调压室地面适当位置的卷扬机等临时设施，将组装后的钢罩通过高架运输台车运至具体安装部位。

（1）钢罩3800mm宽的安装。为了方便钢罩的制作以及安装，无论是任何不同宽度的钢罩。例如1300mm宽的钢罩或者是3800mm的钢罩，都要分成四个单元来进行制作。包括顶拱为两个单元，两侧壁分别为一个单元。钢罩在气垫式调压室底平面进行整体的组装，之后的竖立吊装组要采用一系列的临时设施，包括滑车组、天锚以及卷场机等来进行，之后使用高架运输台车将钢罩运输到具体的安装位置，利用土建布置的一期混凝土锚筋，布置适当的手拉葫芦或花篮螺栓以及预先布置于高架运输台车上的千斤顶等，实现3800mm宽的钢罩整体调整和安装的完全就位。（2）钢罩1300mm宽的安装。考虑到气垫式调压室的地面，在对1300mm宽的钢罩进行安装的时候，需要利用到一些临时设施，包括滑车组以及天锚等，主要是对半圆弧顶拱制作单元进行卸车，完成组装半圆整体地面以及竖立吊装，高架台车主要是将这些材料运输到安装部位。在安装的时候，首先是安装半圆弧顶拱，之后安装两侧壁钢罩的竖立吊装，这些都是通过滑车组以及两套天锚来完成的，除此之外还要将高架运输台车上两侧面临时的固定进行卸载，并运输到安装位置。

单面“V”型坡口是在钢罩的制作、瓶装以及焊接，包括现场的安装、焊接过程中都要采用的。在进行安装锋的定位焊接之前，首先要将封口的胶布清除掉，然后及时的焊接安装缝，之后需要检查焊缝，使用的是超声波无损探伤技术，在确定合格之后，立即喷刷防腐封闭底漆以及面漆，需要在安装缝两侧50mm内进行。

4 结束语

民治水电站的发电水头以及流量条件均符合气垫式调压室的施工要求，且采用气垫式调压室不仅能够保护生态环境，还能够减少工程施工量。由于气垫式调压室必须进行防渗闭气的措施，在经过比较之后民治水电站采用的是钢罩闭气式方案。经过研究试验，钢罩式闭气设计能够大大节省工期，闭气性能较高，且投入的成本较低。有利于气垫式调压室适用范围的扩大，值得其他水电站推广借鉴。

参考文献

[1]方光达.水电站气垫式调压室应用现状和主要设计问题[J].水力发电，2005，2：44-47.

[2]胡建永，张健，王慧清.水电站气垫式调压室应用研究综述[J].水电能源科学，2007，3：60-63+114.

[3]杜鹏侠.气垫式调压室在我国的应用研究[D].四川大学，2005.

[4]张罗彬，欧传奇，刘德有，等.水电站气垫式调压室的体型设计[J].水电能源科学，2012，11：61-64+214.

[5]华富刚.气垫式调压室设计中的主要问题研究[J].水利科技与经济，2006，4：221-222+226.

[6]钢罩式气垫调压室施工新技术研究与应用（科技成果 鉴定资料）[Z].