| 标题 | 浅析金窝水电站压力管道缺陷及其处理方法 |
| 范文 | 李永民 张继祥 摘 要：金窝水电站压力管道（以下简称压力管道）为地下埋藏式，采用斜井布置。根据压力管道监测成果的分析表明：压力管道可能存在着裂缝或者其他的缺陷。通过对压力管道的放空检查，发现压力管道2-2断面附近（上游位置）有一环缝存在，是一条长约330mm的裂缝，有明显的渗水现象，说明此裂缝为贯穿性裂缝，须进行修复处理，处理后的焊缝效果良好，满足压力管道的安全运行要求。 关键词：金窝水电站；压力管道；缺陷；分析；处理 中图分类号：TV732.4 文献标志码：A 1 工程概况 金窝水电站位于四川省雅安市石棉县境内的田湾河中段，是田湾河规划梯级中的第三级。工程主要任务以单一发电为主，无供水、灌溉、防洪等综合利用要求。 金窝水电站坝址以上流域面积1060km2，多年平均流量32.2m3/s，正常蓄水位2315.4m，最低运行水位2309.47m，调节库容7.0万m3，具有日调节能力；电站水轮机安装高程1696.30m，最大引用流量46.9m3/s；电站最大水头619.1m，最小水头594.3m，额定水头595.0m，安装两台120MW水斗式水轮发电机组。电站枯水年枯水期平均出力73.6MW，多年平均年发电电量11.24亿kW·h（梯级联合）。 金窝水电站压力管道（以下简称壓力管道）为地下埋藏式，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。为便于压力管道的施工及施工临时道路的布置，在斜井中部2080.00m和1840.00m高程处分别设置中一、中二平段，平段直段长分别约为35m、40m。斜井段倾角57°以利于施工期开挖出碴。压力管道主管长约1102.00m，主管内径3.6m，主管末端采用卜型岔管连接两条支管，分岔角60°，1#、2#支管长分别约24m、33m，内径2.40m，支管末端管径由2.40m渐变至2.00m与厂房内球阀连接。 2 监测成果分析 （1）监测仪器布置情况 ①压力管道2-2断面监测仪器布置情况 按设计要求，压力管道2-2断面安装了3套多点位移计（M13～M15）、3支锚杆应力计（R13～R15）、3支测缝计（J04～J06）和3支钢板计（GB04～GB06）。多点位移计和锚杆应力计位于左侧、顶拱及右侧围岩内，测缝计位于左侧、顶拱及右侧围岩与砼接触部位，钢板计位于钢管的左下30°、右下30°及顶拱中心（见表1和如图1所示）。 ②压力管道3-3断面监测仪器布置情况 按设计要求，压力管道3-3断面安装了3支单向应变计（S1～S3）、2支无应力计（N1、N2）和4支渗压计（P5～P8）。渗压计位于顶拱、底板、左上30°、右上30°围岩内，应变计位于左侧、顶拱及右侧砼内，无应力计位于左上角45°、右下角45°砼内（见表2和如图2所示）。分别用以监测压力管道混凝土的应力应变变化以及压力管道外水压力的变化情况。 （2）监测成果分析 压力管道3-3断面渗压计监测成果表明：在金窝引水系统充水前，该部位4支渗压计所测得的扬压力约30kPa；充水试验期间，随着压力管道内水压力的增大，各支渗压计测值均有所增大，尤其P5、P6和P8扬压力增大明显，说明压力管道存在渗漏现象（如图3所示）。 压力管道2-2断面多点位移计监测成果表明：在金窝引水系统充水试验过程中，多点位移计测值变化明显，说明金窝压力管道2-2断面在2008年12月充水运行后存在局部岩体变形。充水运行后，M13的3.5m深处测点在2009年出现3次跳跃变化，在2011年8月19日再次发生突变，突变情况为11.30mm→16.15mm，并保持突变后的状态稳定下来，分析该部位可能存在裂隙、局部破碎的松动变形。2009年1月～3月及7月～9月，M15测值出现逐步小量增加，说明充水后由于渗漏作用，渗水入侵围岩裂隙引起局部变形，与M13的3.5m测点变化一致（如图4所示）。 压力管道2-2断面钢板计监测成果表明：各钢板计测值为负应变，即压力钢管沿环向表现为受压；在2008年12月的充水试验中，在高水压作用下，压力钢管向外扩张，在环向上表现为拉应变增强，测值上由负应变逐渐向正应变转化；此后可能由于外水压力增加，逐步回弹，GB05在2009年1月后表现稳定，于2010年4月9日观测时发现GB05读数不稳定，分析可能是由于仪器本身出现问题（比如电压不稳定等），GB06则持续受压增加，至2009年7月后才基本稳定。在充水试验过程中，GB04失效无读数（如图5所示）。综合以上监测成果分析，压力管道可能存在着裂缝或者其他的缺陷。 3 现场检查情况 通过对压力管道的放空检查，发现压力管道2-2断面附近（上游位置）有一环缝存在一条长约330mm的裂缝，有明显的渗水现象，说明此裂缝为贯穿性裂缝（如图6所示）。 4 裂缝处理情况 根据现场有一定外水压力的实际情况和焊接施工环境条件要求，认为对于渗透水点的处理关键是封水，因此必须首先对渗透水点进行封水处理，否则无法进行下一步的焊接施工和得到可靠的质量保证。具体施工程序和步骤如下： 抽排管内积水→照明铺设→卷扬机布置→台车制作→钻制灌浆孔（钻制灌浆孔时，注意射水伤人和损坏电气设备）→灌浆处理（达到管外无渗水进入管内）→焊缝进行打磨→超声波探伤检测→刨缝清根（随时注意检查：防止焊缝裂缝的扩展和在其他部位产生新的裂纹）→打磨清缝层厚不小于2mm——清除渗碳层、过热组织等刨缝缺陷→PT（渗透检验）或MT（磁粉检测）→预热120℃～150℃→焊接（随时检测：每焊接一层均进行MT（磁粉检测），防止在其他部位产生新的裂纹）→焊后立即进行紧急后热150℃～200℃、后热恒温时间不小于1h，焊接完毕24h后对焊补部位和其他（焊接收缩应力传递）相关部位进行超声波探伤检测。 超声波探伤检测成果表明：处理后的焊缝效果良好，满足压力管道的安全运行要求（如图7所示）。 结语 根据水工监测成果分析地下埋藏式压力管道运行情况是对压力管道缺陷分析的一种经济而有效的分析方式。通过对压力管道的水工监测成果分析，发现缺陷，然后进行现场检查，确定缺陷进而进行处理的方式，可供类似工程借鉴。 参考文献 [1]南京水利科学研究院勘测设计院，常州金土木工程仪器有限公司.岩土工程安全监测手册[M].北京：中国水利水电出版社，2008. [2]徐志英.岩石力学[M].北京：中国水利水电出版社，2007. [3]DL/T5141—2001，水电站压力钢管设计规范[S]. [4]SL281—2003，水电站压力钢管设计规范[S]. [5]SL191—2008，水工混凝土结构设计规范[S]. |
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