水电站引水隧洞钢衬段施工技术

易小英

某水电站压力钢管在厂内制作成单段，运输到安装室，由桥式起重机吊到厂房上游墙导流洞出口，通过平板台车拉入洞室实行组装，精简了运送方法，达到了迅速组装;压力钢管输送和组装同同类项目比较，不需加强施工支撑洞增挖工程量，节省了项目投资成本;投入运输后的车间上游墙体无渗水现象，充分证明引水隧道设计和施工计划科学且项目质量良好。

某水电站  钢衬段  施工技术  引水隧道

Abstract： The penstock of a hydropower station is fabricated into a single section in the plant and transported to the installation room. It is lifted to the outlet of the diversion tunnel of the upstream wall of the plant by the bridge crane and pulled into the tunnel by the flat trolley for assembly. The transportation method is simplified and the rapid assembly is achieved; compared with similar projects， the transportation and assembly of penstock do not need to strengthen the construction support tunnel and increase the excavation quantity， which saves the project investment cost; there is no water seepage in the upstream wall of the workshop after being put into transportation， which fully proves that the design and construction plan of the headrace tunnel are scientific and the project quality is good.

Key Words： A hydropower station; Steel lining section; Construction technology; Diversion tunnel

坐落在四川省小金县境内沃日河上的春堂坝水电站，属于导流电站，在沃日河干流日尔-春堂坝段，属阶梯计划和开发的第四层次，它的取水中心在沃日河上，通过长大概13 054.20m的导流洞，由左岸取水后到达小金河上发电车间。本电站为引水电站，蓄水库日调。

压力钢管的生产是在某电站的钢管加工厂完成的。采用单管接头交付安装，装配单元最大重量大概25t（不含内支撑组织重量）。

压力管道宽3m，周长大概25.236m，每段压力管道由两块同样长的瓦构成，长度大概12.618m，在现实生产中，应根据设计图进行切割。钢管瓦片生产步骤是：确定板材材质、划线、开料前的检查、开料、卷板前的检查、卷板的检查、卷板后的检验等。钢管瓦片通过手自一体切割机进行气割开料。瓦片纵向缝和管段装配周向缝的直边焊缝坡口的准备，选择坡口刀具，或手自一体刀具的火焰切割方法制作准备，并通过磨床进行研磨。

管道接头装配在圆形装配平台上，用自主设计的专门夹具对瓦片纵向接头的空隙和错位进行调节。1～4号导流洞压力钢管设计为13个单管段，单个单管段为一个生产单位，每条导流洞共有13个生产单位段。纵向缝选择专业工具进行安装，焊接采取埋弧自主焊接技术完成焊接工作，两条裂缝一同进行焊接。超声波探伤仪重点用于焊缝探伤，X射線探伤用于复验。

喷管内壁涂自固化超厚浆状环氧沥青防锈底漆和面漆，烧碱水泥浆均匀喷洒在钢管外壁上。车间上游侧有垫层的钢管段，它的内墙防腐和外墙防腐是一样的。装配环缝两旁各100mm之内，提前清理表皮，顺着钢管外墙一圈利用透明胶带环绕。环缝焊接完成后，采用钢丝轮实行重复除锈，最后使用工人涂刷喷管防锈涂层。

压力钢管输送是通过40t平板拖车采取平卧的方法完成输送。在压力钢管生产厂内安装32t龙门吊1台，首先龙门吊把压力钢管起吊后放落在40t平板拖车上，再将压力钢管经过道路输送到装配位置。压力钢管生产车间内装车。

压力钢管输送到装配位置后，利用主车间桥式起重机安排卸载，卸载后，用桥式起重机翻面，最后利用桥式起重机将压力鋼管竖立起进行拉运，拉运到1～4号导流洞和蜗壳接头向下为履带型（每条导流洞底设置轨距间隔3000mm的P38履带）输送平台车上，巩固后，用5t绞车和平板车将压力钢管运到装配现场进行临时巩固和存放。

单根钢管应在初始组装接头的基础上与相邻的管接头依次组装，环向接头的安装应采用手工电弧焊。在压力钢管灌注砼和浇筑结束后，撤除压力钢管里的支护，然后将其打磨平展，最后采用防腐措施，结束工程并进行查验，如图1所示。

手动焊接主要用于压力管道焊缝的现场装配。采用大西洋牌电焊条进行焊接，需根据焊条的具体使用说明实行烘烤和保温处置。环向焊接需要6～8个人进行对焊，焊接速度维持一致，下面的水平线，先焊接内壁，再焊接外壁，最后清理表面;水平线上面，先焊接外壁，再焊接内壁，最后清理表面。防止焊接收缩发生太大的限制力而造成位置转变和变形，所以焊接时采取风铲进行敲打。焊缝内部采用超声波和TOFD探伤方式进行无损检测，无损检测长度占焊缝总长度的百分比需认真根据设计标准实行。先采取超声波探伤，再实现TOFD探伤复检。

压力管段混凝土回填后，再安装钢衬，每个压力管道段从车间一侧开始施工。钢衬回填砼的长度由钢管一次装配的段数来明确，通常每装配3～4段钢管（9～12m）充填一次。除压力管段和渐变过渡段连接部位采取分层浇筑外，其余部位均选择全断面浇筑作业，钢衬底部2m处选择大流量自密实混凝土（一级）施工，以上采用泵送混凝土（二级）施工。

商砼选择泵送进车间，砼浇筑时，人孔预设在一旁塞模板顶部，工作人员及泵送管理员可由此进入车间。洞壁装配插筋，并焊接成钢质爬梯，工作人员通过爬梯进入到压力钢管两边灌注位置，需按照现场状况，设置插杆，搭建竹跳板振动操作平台。砼利用φ50mm和φ70mm软轴锤击器进行振捣，灌注当中，钢管两边砼均匀平衡上升，管理灌浆速度，时刻观察钢衬和封头模板的变化状况。

压力钢管隧道节注浆包含固结注浆（包含一期无盖灌浆和二期有盖灌浆）、回填灌浆和接触注浆;第二阶段采用预埋注浆管（黑色铸铁管）进行覆盖重注浆、回填注浆和接触注浆施工。压力钢管通道节挖掘支撑结束后，将没有装配钢管之前采取5m的无盖注浆进行固定，钢衬节顶拱120°位置需在钢管填补砼实现计划强度的70%后完成注浆填充，混凝土浇筑完成7d后，再实行1m深的有盖注浆进行固定，钢管填补砼达到60d后，再将钢衬底部90°的位置实现接触注浆。

凝固注浆孔潜入基岩6m深，环向间隔45°，排距离为2m，分两段落进行施工，第一段落为无盖强凝固注浆，限制是5m深围岩，需在装配压力钢管前和支撑完成后进行;第二段落为有盖强凝固注浆，限制是1m深围岩，通过提前铺设注浆管道作业，填充注浆完成后和接触注浆起始前进行。凝固注浆压力为：裸露重量最大值为0.3MPa，覆盖重量最大值为0.3～1MPa。

第一段落裸露凝固注浆根据环间顺序划分，以及环向设密的规则开始作业，环之间有一、二序，环里没有，也就是凝固灌浆根据2个顺序进行作业;注浆标准是从低孔向高孔注浆，同一环内注浆可实现串联注浆，孔数不能超过3个，孔位需对称;一序孔注浆完成且等凝固72h后才可下钻、浇筑二序孔位。注浆孔不分节，按照全部孔一次性钻孔、注浆作业，注浆塞安排在离孔洞75cm处。

第二段落覆盖重注浆在填充砼预备仓时，需提前埋设注浆管道，预备管道分为：进浆管（1.5″）、回浆管（1.5″）、进浆支管（1″）及出气支管（1″）。每个注浆孔设置一根入浆管及一根回浆管兼并出气管，隧道腰线以上的注浆支管向孔内延伸10cm，出气管向孔内延伸75cm，腰线以的下注浆支管向孔内延伸75cm，出气管向孔内延伸10cm，洞口10cm领域通过麻丝将管子缠绕密封。每道钢衬节上分2个注浆区域：上游和下游，在每个灌区，沿孔轴线每排孔内设置两组注浆主干道（每组含一根注浆管和一根回浆管），每副主管道和此洞支管间隔连续、出现两序洞。上游灌溉管道引到上游侧导流隧洞，下游灌溉管道引到主车间水轮机基座，灌浆前，将灌浆管的喷嘴密封，防止污物渗入。

回填范围在顶拱圆心角120°以内，回填砼预备仓时，应预备铺设注浆管道，砼强度满足计划强度70%后进行作业;提前铺设管道有入浆管道（1.5″）、回浆管（1.5″）、进浆支管（1″）和回浆管兼排气支管（1″），入浆支管设置在导流隧道顶拱挖掘面90°界限之内，间隔2m，预备支管方位预先开挖φ10cm、20cm深的洞，入浆支管向孔内延伸10cm，出气管向孔内延伸5cm;顺着轴心方向每排孔设置一组注浆主管道（包含一根入浆管道和一根回浆管道），主管道和此排孔支管串联;主管道引到主车间水轮基面，在注浆前把注浆口密封，避免污物进入。

钢衬触碰注浆用于钢筋底部砼没有填充或混凝土收缩引起的间隙注浆，以确保回填砼和压力钢管之间的紧密连接。本工程的接触注浆范围为距底部90°以内，回填混凝土仓时应提前预埋灌浆管道，60d后进行第二阶段固结灌浆;采用浓浆分段注浆，压力管道钢衬段每段划分为一个注浆分区。四行接触注浆分支管道（1″）的底部排列每个分区的水渠，行间距1m，3m的上支管间距和底部支管间距为1.5m的出口支管焊接与喇叭状铁纸浆出口箱（直径2.3～8cm，长15cm，壁厚0.2cm），现场将压力管内壁锤紧，边缘用少许麻或胶带纸临时封好。

接触注浆采用循环注浆法，每个孔段一次性无顺序充填，底孔和上孔灌浆时，废气和泥浆同时排出;灌浆前应进行通风，空隙区域应尽量干燥无水，通风和排水压力应低于灌浆压力，通风及排水时间不应低于1h;灌浆材料采用PO42.5素水泥浆，水泥浆水灰比为0.8∶1和0.5∶1，尽可能多倒稠浆，灌浆时轻敲振动钢衬，倒至最稠的一级浆，厚厚的泥浆比重后从排气孔排出（液体比重计测量）是一样的注入和砂浆吸水率为零，连续灌浆10min后，关闭孔板阀和结束灌浆，记录排浆数量和浓度的排放。

在制造厂制作成单节运至安装间，通过桥机吊运至引水隧洞在厂房上游墙的出洞口，再用平板台车运输至洞内进行安装;工程采用了该方案，优简化运输方式，能实现快速安装，不用增加施工支洞扩挖工程量，节约了投资;每条引水隧洞的压力钢管运输共需18d，每天吊运占用1台桥机大约半个工作日，本阶段厂房2台桥机主要用来安装各机组段的肘管和锥管，同时辅助浇筑混凝土，吊运工作量不是很大，通过增加桥机运行人员及有效的现场协调可以克服上述施工干扰，不会对厂房机组安装工期造成太大影响。

参考文献

[1]杨海红，官忠瑞，邓拥军.黄登水电站压力钢管设计[J].水力发电，2019，45（6）：26-30，55.

[2]贺双喜，赵继勇，韩纯杰.立洲水电站引水隧洞变形洞段原因分析及处理方案[J].四川水利，2017，38（5）：88-90，97.

[3]刘孟安.基于景观生态学思想的寒地建筑形态地景化创作方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2020.

[4]毛伟.无损检测相控阵新技术在焊接钢桥检测中的应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2020.

[5]唐浩伟.超声TOFD焊缝缺陷检测成像技术研究[D].成都：西南交通大学，2020.

[6]张超.工字型钢-混组合梁桥质量检验指标体系与检验方法研究[D].西安：长安大学，2019.