吉林台二级水电站尾水管里衬钢板、混凝土脱落处理研究

王 跃

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊犁 835700)

1 工程概况

吉林台二级水电站位于喀什河中下游，总装机容量24 MW，为“一厂一站”式分布，实施远方集中控制。2009年投入运营，尾水管钢板里衬钢板厚12 mm，材质为Q235B CHE422焊条焊接。

2 病害情况调查

2019年7月停水检修发现尾水管底部有14 m2左右，深度为0.28 m钢板脱落。原运管单位在运行期间也是此处已经处理过一次，采用听漏仪进行脱落部位渗漏检测，检测的基本原理是声学原理。在管道完整的情况下，流水的声音主要为低频、均匀分布的紊流水声[1-5]。当管涵发生渗漏时，则可出现异常的水声信号[6-7]。

采用听漏仪检测管道渗漏情况的步骤如下：(1)信噪比设置。主要是为了放大电路增益，过滤有害的高频老板噪音、增大输入信息与输出信号的反馈；采取方法：在传感器与放大电路之间设置一级场效应管即可通过电路提高阻抗；(2)选频电路。主要通过滤波器来划分频段。通过微机设置的判决算法，利用高通、低通滤波器过滤无效频率；(3)输出与显示。听漏仪输出两种信号。一是通过功放后输出至耳机的声音结果，可通过检测人员的工程经验实时判断；二是将系统获取的各项数据分析、去噪后置于显示屏上显示[8-10]。

听漏仪数据处理的主要内容如下：(1)系统增益。传感器中采集到的信号一般情况下较为微弱，因此，需通过前置放大、功率方法等过程放大采集到的信息。前置放大、功率放大的增益分别为80 dB、40 dB；放大后的信号信息变化将更加明显，易于判断[11-12]。(2)信噪比。将仪器自身噪音折算到输入端，计算可得到极其自身的信噪比大于74 dB。(3)带通滤波。设置带通滤波器截止频率区间为186 Hz～813 Hz。在频率为200 Hz～400 Hz时，提高增益强度，以保证输出信号具有低频音质和声音厚度，400Hz～800Hz时可降低增益强度，避免高频层次感的缺失。

根据现场检测成果，根据设置的检测区，数据处理完成后，渗漏检测结果如下：脱落部位混凝土内部结构完整性较好，基本上不存在渗漏现象。

3 病害原因分析

3.1 混凝土浇筑质量差

经过现场查看和了解，运管单位在运行期间也是此处已经处理过一次，根据以上情况来看，可能是初建施工质量的影响，说明尾水管在浇筑混凝土时浇筑质量不高，震动棒震动不充分，质量控制不严格，混凝土不密实，在凝固后的混凝土内、混凝土与尾水管里衬之间存在空鼓或者气泡，在水流的脉动压力作用下导致尾水管壁破坏、机组尾水管基础环、补偿段钢板大面积脱落和部分裂纹的出现。

3.2 焊接质量存在缺陷

检测人员对尾水管里衬钢板脱落处进行细致的检查，发现尾水管里衬钢板仅与钢板之间仅进行了横向满焊连接，而与尾水管预埋横、竖加强筋的纵向未进行满焊。机组运行时在尾水管内的旋转涡带周期性的撞击尾水管壁使尾水管里衬钢板与预埋在混凝土基础内的横、竖加强筋剥离，进一步加剧混凝土与里衬钢板之间的空鼓，在流态最不利部位的钢板处由于疲劳产生裂缝，里衬钢板脱空区与裂缝处形成了过水通道，加大了钢板的脱空面积和脱空长度；在长时间的外力作用下，导致裂缝进一步延伸直至钢板翻卷破坏，是导致尾水管里衬钢板脱落的原因。

3.3 机组运转不稳定

机组不稳定运转现象时常出现，主要是由于水轮机尾水管补气方式、机组运行方式、运行工况等造成。制造质量优良的机组，长期在恶劣的工况运行下，也会使尾水锥管、转轮叶片出现裂纹，产生机组安全隐患。避开振动区运行，尤其是避开尾水管真空度较大的负荷区运行，是保障机组运行安全、避免缺陷再次出现的重要措施。

4 检修措施

4.1 检修门围堰

落下尾水检修门，因尾水检修门封闭不严，需打好围堰，围堰高度大于水位0.5 m以上，确保检修期间的施工安全。蜗壳内流水管先采取从压力钢管闸门控制，若无法实施则采用PVC管引流。打好围堰之后抽出残留蜗壳内积水，保持内部干燥。控制好水流入尾水蜗壳底部是植筋和灌浆关键工序。

4.2 清理基层

采用送风系统保证蜗壳内通风良好，检修人员进入蜗壳，现场脱落钢板为不规则形状，按照脱落部位形状人工剔凿冲刷部位混凝土，深度至冲刷最深位置，用水冲洗干净剔凿混凝土表面。

4.3 钻孔植筋

按照钢板尺寸确定植筋位置和数量，设计植入钢筋为32螺纹钢或32螺纹螺栓，长度150 cm。通过对多种灌浆材料进行对比分析，采用低稠度环氧树脂作为灌浆材料，植筋灌浆料需密实、以适当外溢为准，植筋完成后对每个植筋进行拉拔实验，达到要求后再进行下一步工序施工。

4.4 损坏里衬钢板修复

对损坏的钢板进行替换。用记号笔标识出将空鼓处，用碳弧气刨刨掉，里衬钢板脱落部位直接拆除。植筋完成后安装钢筋网片以提高修补混凝土的整体抗冲性能并增强与基础的连接。混凝土浇筑使用高强度混泥土浇灌修复，添加纳米材料二氧化硅，从而提高混凝土强度、抗腐蚀性、抗渗性。满足检修工艺要求方可进行下道工序施工。

4.5 基础处理及灌浆管布置

对尾水管里衬检修部位进行灌浆，拼接的每块钢板处分别设置1个灌浆孔(直径200 mm)、排气孔(直径100 mm)，并安装灌浆管及排气管，灌浆管及排气管应留有阀门，可以对灌浆速度进行控制。对于补焊面积较大的钢板，为保证灌浆效果，适当多留置灌浆孔及排气孔，排气孔设置应高于灌浆孔。安装灌浆机及输浆管，通气法检查灌浆管、排气管的通气情况及裂缝的修补情况，并用水进行试灌，合格后在进行正式灌浆。灌浆料为低稠度环氧树脂，将灌浆材料的主剂和固化剂的浆液按1∶1的比例(质量比)进行调制，调制过程中采用手持式电动搅拌器材进行均匀搅拌，搅拌时间为3 min，确保灌浆材料搅拌均匀。环氧浆液灌注按从低到高的顺序进行灌浆，灌浆机具使用手掀泵，先打开排气阀进行排气注浆，并在灌浆过程中敲击里衬补焊钢板，待相邻孔或高处孔排出原浆后再继续灌注5 min，依次将其孔口关闭进行屏浆，压力一般选在0.3 MPa～0.5 MPa，屏浆时间为2 min～3 min。灌浆过程中如果出现跑、冒、漏等事故，应及时停止施工，查找原因并处理后方可继续施工。灌浆结束会及时对其进行养护，确保浆体凝固效果，用敲击法对里衬钢板进行灌浆质量检查，空鼓部位进行补灌，封闭灌浆孔。

5 结论与建议

5.1 结论

吉林台二级水电站2号机尾水管里衬钢板及混凝土在运行期间发生脱落，尾水管里衬钢板及混凝土脱落的原因主要为建设初期混凝土施工质量差，钢板焊接工艺和焊接质量的缺陷，通过采取植筋，灌浆，损坏里衬钢板修复维修加固措施，保证水电站的正常运行。

5.2 建议

(1)尾水管是机组重要的组成部分，其施工质量好坏影响到机组的运行安全。由于施工人员的粗心大意造成里衬钢板底部灌浆密实，混凝土、砂浆强度低等质量缺陷在运行过程中水压力作用下都可能造成在尾水管里衬钢板脱落、损坏，因此，运管人员要注意加强在运行中的维护管理工作，及时发现质量缺陷并检修，提高机组运行效率。

(2)运管单位应使用当前国内外市场上更加先进、补气范围更大、更全面的尾水管补气方法，增加机组补气的范围，减小补气死区，以减小机组尾水管内的气蚀破坏。运管单位应充分了解机组性能特点，合理控制机组的运行，保证机组在最优状态下，避免超、低负荷运行，做好机组的维护保养工作，定期进行检查，提高机组运行寿命。