水电站调压井设计优化与主要施工技术研究

蔡泽东

（惠州市弘基水利工程有限公司 广东惠州 516008）

水电站调压井设计优化与主要施工技术研究

蔡泽东

（惠州市弘基水利工程有限公司 广东惠州 516008）

调压井是用于水电站等地的机械设备，其主要作用在于调节水压。随着我国经济的快速发展，我国水电工程的规模也在日渐增大，人们对于水电工程的质量也有了更高的要求。在现实生活中调压井工程对水电工程的建设有着重大影响，基于此，本文对水电站调压井设计优化与施工技术进行研究。

水电站；调压井；设计优化

水力发电作为我国重要的电力生产来源，有着很大的优势。①能源资源较丰富而且是可再生资源。②开发技术较成熟且可开发的装机容量也比较大。现阶段我国的一些水电工程由于受到地形及水力条件等因素的影响需要采取引水式的开发方式，所以，一些大型的调压井工程就会不可避免的介入，而且调压井工程的质量会严重影响整个水电工程建设的总体进度。因此，对于调压井工程的优化设计以及施工技术我们应该要做更深层次的研究。

1 水电站调压井的作用和工作原理

如果水电站的引水道比较长时，就可以在压力管道和隧道的交界处设置一个调压室。调压室主要有三种形式，它们分别是调压塔、调压井以及它们两者混合组成的结构。调压塔主要就是在地面建立的塔式结构，调压井就是在山体中挖出来的井式结构。如果机组运行的过程中突然出现甩负荷关闭导叶的情况，就会很容易损坏发电设备，因为水流的惯性作用会产生很强的水锤效应，如果没有调压井，水锤就会损坏导水叶以及其它的过流部件。调井压的设置可以有效地缓和水击的压强，也可以缩短管道的长度，给水锤提供一个可以释放的通道，这样就能改善机组的运行条件[1]。

一般调压室它的容积比较大，它能将水电站因为负荷变化而引发的有压系统非恒定流现象转化为不同性质但是又紧密联系的两个部分：①压力管道的水击现象；②水库到引水道再到调压室之间的水流波动现象。这两种现象的本质有很大的差别。管道水击现象就是指水击波的传播，它的变化是非常快的，一般会在很短时间内迅速消失，而调压室的水位波动通常都持续几百秒甚至更长的时间，它主要是由于水体的往复运动而引起的，特点就是变化慢且振幅小。

当电站丢弃全部负荷之后的短时间里，水轮机的流量会变成零，压力管道中就会有水击的现象发生，当水流经过很短的时间后就会停止流动，这时候因为惯性作用引水道中的水流就会流向调压室，使得调压室水位变高，引水道两端的水位减小，所以，流速就会逐渐的减小。当调压室的水位到达库水位的时候，引水道两边的水位差就变成了零，但之中的水流还是会因为惯性向调压室中流，这时调压室的水位在引水道流速为零之前会不断地升高，一直达到最高点。这主要是因为调压室水位比库水位要高，水流直接流入水库，引水道的末端又有新的水位差形成，这样就形成了相反的流动，使调压室的水位逐渐降低[2]。

2 水电站调压井的施工技术

水电站调压井施工之前应该在其中央的位置打检查钻孔，这样做的原因是可以提前了解到调压井穿过的岩层以及表土的性质、构造以及涌水量等因素的信息，不仅如此它还有利于改善调压井的通风条件，可以作为输水管道以及升降钢丝等的通道，还能当掏槽的空心眼，这样有利于提高爆破的效率。水电站调压井的施工有几个主要的方面。它们分别是表土施工、钻孔施工、反井施工、扩井以及砌壁。

表土施工首先就是要了解到表土层的岩性，可以使用取样钻机进行钻进，之后再用十字标桩法标出调压井的中心，这个中心一定要是很精确的，之后就可以做掘进工作了。随后对混凝土井颈壁进行浇注，浇注的时候要注意是从下往上的，最后再挖一个防水沟，这个防护沟必须要在地表沿井筒的周围而且还要是环形的。钻孔施工就是用钻机钻进，钻进去的长度大概在7m左右，然后开始下套管，套管的长度跟型号根据工程来定，最后用钢砂钻头换径一直到终孔，孔深也是根据工程来定，在钻进的过程中一定要注意不能让钻孔偏斜，而且在此过程中要及时的编录岩心。反井掘进的反井断面要设计成长方形，它的尺寸就根据相关规格来界定。在扩井的时候工作人员一定要注意自身的安全，一般扩井工作都是从上到下进行的，先用卷扬机悬着吊起吊盘，然后再把它下降到工作面进行转眼、装药以及爆破，这个操作最好要一次成型。调压井可以使用的年限很长，砌壁就是根据工程的地质条件、岩性以及水文地质来采用不同的材料和不同的施工方法。关于调压井系统施工程序如图1所示。

图1 调压井系统施工程序

3 水电站调压井的工程质量的要求

3.1 对反井钻机成孔质量的要求

水电站调压井工程一般都是很复杂的，它包含的程序也比较多，在水电站调压井工程的每个环节中都有着不一样的要求。在开泵钻孔前一定要做一个空载压力试验，要保证泵压在规定的范围之内；在最开始的时候要采用开孔扶正器帮助矫正；要合理有效的布置钻具，选好合适的钻速与钻压；对于主钻机架的安装要要保证其精度；当出现卡钻或是塌穴等现象的时候要采用深孔灌浆法或是泥浆固壁法来应对；在空洞的开孔与终孔周围3～ 5cm之间应该采用低压钻进，这样可以防止钻杆内丝以及刀具等

的损坏。

3.2 对开挖质量的要求

在布控测量各施工控制点的时候一定要注意控制点的精度；在爆破的时候，爆破的参数必须要结合实际情况来确定；对于一些地质条件不好的地段，要加强支护的质量；要根据相关的方针与规定来建设调压井的穹顶。

3.3 对支护质量的要求

一般孔位偏差要小于100mm，孔向偏差不能超过2%，孔深偏差要大于或是等于50mm；安装好锚杆注浆滞后要静置3d；在进行喷射混凝土之前一定要把被喷射面清理干净，这样有利于混凝土的粘结，而且在喷射的过程中，每一个环节都应该严格按照相关的要求来进行，保障风压的正常稳定以及供料的充足。

3.4 对于施工监测的要求

在调压井工程建设的过程中一定要注意对施工的监测，可以多埋设一点锚杆应力计和多点位移计在调压井断面固定的位置，一般可以从检测计量仪上看出施工过程的问题，而后再根据这些问题制定出相应的应对措施[3]。

4 结束语

综上所诉，水电工程对于我国的发展有着十分重要的意义，随着我国经济的快速发展，日常生活中人们对于水电工程的质量也有了更高的要求。现阶段我国很多的水电工程都需要融入大型的调压井工程，调压井工程的建设质量直接影响着整个水电工程的进度，所以我们还需要继续完善调压井工程的施工质量与施工技术，希望在未来我国大型水电工程中的调压井工程能引进更先进的施工技术，它的设计也能够不断的完善优化。

[1]李兵.宝兴水电站调压井设计优化与主要施工技术研究[D].西安理工大学，2007，09.

[2]江启升.大内径调压井结构及洞室围岩稳定三维有限元分析[D].四川大学，2004，05.

[3]吴昊.水电站调压井设计与施工技术研究[J].河南水利与南水北调，2013（07）：51～52.

TV732.51

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1673-0038（2015）46-0201-02

2015-10-28

蔡泽东（1993-），男，广东惠州人，施工员，专科，从事水利施工管理工作。