分析抽水蓄能電站尾水隧洞內襯鋼板的穩(wěn)定性

李作舟

摘要：現(xiàn)階段，隨著社會經濟和科學技術的不斷發(fā)展，隧洞在水利水電工程中得到了廣泛的應用。在本文所提到的某抽水蓄能電站中，由于長時間的運行導致其自身的尾水隧洞出現(xiàn)了環(huán)、縱向裂縫以及滲漏問題，對電站隧洞的正常穩(wěn)定運行造成了嚴重的影響。另外，在某些工程中無法對原洞涇進行大范圍縮小，否則會對隧洞的使用功能造成不良影響。因此，需要我們對尾水隧洞的內襯鋼板進行加固處理，促進其穩(wěn)定性的提高。為此，本文將對內襯鋼板的加固技術進行分析，希望能夠為相關人員提供一些有價值的經驗。

關鍵詞：抽水蓄能電站；尾水隧洞；內襯鋼板；穩(wěn)定性分析

隧洞的襯砌形式較多，其主要包括鋼筋混凝土、素混凝土以及鋼板等形式，其中，素混凝土和鋼筋混凝土襯砌都是通過圍巖受力來進行具體作業(yè)的，它們均無法承受過多的荷載，在某抽水蓄能電站中，因其受自身所具有的高水頭和大直徑等特點，以及電站所在區(qū)域地質因素的影響，其尾水隧洞采用了的鋼板襯砌，然而這種鋼襯通常都會在長時間運行之后出現(xiàn)滲漏問題，因此，需要對其進行加固處理，以便提高抽水蓄能電站尾水隧洞內襯鋼板的穩(wěn)定性。下面以某抽水蓄能電站尾水隧洞內襯鋼板穩(wěn)定性的設計為例，對此進行簡要說明與分析。

一、抽水蓄能電站的相關概述

某抽水蓄能電站的主要任務是對電網起到調峰填谷的作用，同時還要承擔調頻、旋轉以及備用等多種其它功能。該抽水蓄能電站的建成發(fā)電時間是2005年，其主要由多個建筑物組成，主要有上庫主壩、上庫副壩、下庫大壩以及地下廠房等，具有2*60兆瓦的電站裝機容量。該地段有一段新建高速公路與其相交叉，公路隧道山體以下在電站的下庫蓄水位以及尾水洞交叉位置穿過。

以結構的有限元分析為依據(jù)，可以得知，原來的襯砌在尾水洞內有兩種工況，即有水和無水，襯砌所具有的拉應力在小于設計襯砌混凝土的抗拉強度時，是不會發(fā)生裂縫現(xiàn)象的；在開挖公路隧道施工之后，在近距離交叉的影響下，如果忽略不計開挖施工對襯砌和圍巖情況造成的不良影響，那么襯砌就會出現(xiàn)寬度為0.34毫米的裂縫現(xiàn)象，此數(shù)值已經超過了相關標準所規(guī)定的0.25毫米的寬度要求。由于尾水洞四周巖體會受到爆破振動的影響而產生削弱的現(xiàn)象，所以襯砌所產生的裂縫寬度會隨著襯砌范圍的擴大而變大。公路隧道與尾水洞交叉地段的圍巖具有較為明顯的強風化與弱風化特點，原尾水洞主要是利用襯砌與固結灌漿圈來進行防滲工作的，公路隧道的開挖施工已經進入到此防滲工作的范圍內，產生影響是不可避免的。因此，在對公路隧道的開挖施工方法和手段進行有效的控制的同時，還需要采取有效措施對襯砌結構進行加固。

二、對襯砌的加固方案進行合理選擇

在二十世紀七十年代興起的結構加固行業(yè)，在八十年代就已經被我國引進并得到應用，其在建筑物中進行加固的方法有很多種，例如外包鋼、增大截面、預應力以及化學灌漿等十多種方法，在實際的應用過程中需要根據(jù)不同的實際情況來選擇采不同的方法，其中裂縫封閉灌漿補強、內部涂抹環(huán)氧砂漿以及噴射高強混凝土等是現(xiàn)階段最為常見的集中加固方法。

在該抽水蓄能電站中，其尾水洞具有789米的長度，3.2米的洞涇，這就需要在襯砌的過程中采用厚度為40厘米的C30型號的鋼筋混凝土。根據(jù)該電站的實際情況，可以綜合利用裂縫封閉灌漿補強和內部涂抹環(huán)氧砂漿兩種加固方法，取長補短形成一種新型的加固處理方法：內襯鋼板灌膠方法。此方法需要采用錨栓對吊裝定位完成的具有4.2平方米單塊面積的鋼板進行固定，之后將結構膠灌入鋼板和襯砌混凝土之間的縫隙中，緊密結合鋼板和混凝土，使它們能夠進行共同受力，進而實現(xiàn)結構加固和抗?jié)B性能改善的目的。

三、設計加固方案中的各項參數(shù)

對加固方案進行完善之后，還需要對尾水隧洞的各種工況進行綜合的考慮，例如運行、施工以及檢修等方面，這就要求對設計的主要參數(shù)進行詳細的分析，其主要包括以下幾個方面：

利用有限元分析進行計算，對作用于內水壓力下的鋼板襯砌和鋼筋混凝土襯砌的共同受力進行綜合考慮，在將2毫米設置為鋼板厚度時，會出現(xiàn)0.22毫米的充水運行最大裂縫寬度，其比相關標準所規(guī)定的0.25毫米寬度要小，由此可見，厚度為2毫米的作用于內水壓力下的鋼板完全符合設計要求。

對尾水洞的結構膠灌注入及其檢修過程中鋼板的屈曲抗外壓能力以及鋼板的厚度、錨栓的直徑等進行綜合、全面的考慮，利用有限元方法分析鋼板厚度不同對錨桿艱巨的影響作用，分別將4、6、8毫米設置成鋼板厚度，將0.4、0.5、0.6米設置成錨桿間距。在對施工成本、工藝等多方面因素進行綜合考慮和分析的情況下，可以最終確定6毫米為鋼板厚度、0.5米為錨桿間距以及0.6MPa為灌膠壓力。

四、襯砌加固的具體施工工藝

（一）施工的準備工作

對鋼板進行規(guī)格為3.35米*1.25米小片的剪裁并進行打孔，其中起到固定鋼板作用的充當植化學錨栓孔的是Ф20圓孔，起到方便攻絲進行螺桿與灌膠嘴安裝的能夠兼顧調位和注漿的使Ф10圓孔。進行現(xiàn)場的卷板工作，完成之后的弧形直徑需要是3.2米，然后再對鋼板進行除銹和防腐的噴涂處理。

（二）處理混凝土的表面

利用混凝土平整機械對襯砌混凝土的表面進行鑿毛和打磨，在新面完全暴露出來之后再利用壓縮空氣的連接進行粉塵的吹除工作。

（三）裝配鋼板并進行焊接工作

利用小車將鋼板運送到施工作業(yè)面，在頂升設備上對鋼板的位置進行調整，以確保鋼板和尾水洞軸線能夠處于一個平行的狀態(tài)，在洞壁上進行鋼板的自制螺桿頂緊操作，套打鋼板的植化學錨栓孔，然后進行高強Ф14錨栓的植入操作，10分鐘-15分鐘之后再對螺母進行擰緊操作，同時可以進行支撐裝置拆除作業(yè)。另外，在上述作業(yè)完成之后還需要進行錨栓頭和鋼板之間以及鋼板和鋼板之間的焊接。

（四）灌注的具體施工過程

灌注施工需要采用分倉的方式來進行，每倉具有兩段鋼板，2.5米的分倉長度，25平方米的分倉面積，使用結構密封膠對分倉之間的縫隙進行封堵，然后采用壓氣試驗的方法對密封情況進行檢查。將灌漿壓力設置為0.6MPa，然后利用小錘對鋼板進行敲打檢查，如有空洞位置需要進行補膠處理。

（五）打磨防腐

結構膠固化之后，可以割掉化學錨栓的螺栓頭并對其進行清理打磨以及焊縫等操作，同時還需要在焊接處進行防腐涂料的涂抹。

結語：

綜上所述，本文對某抽水蓄能電站的具體情況進行了詳細的介紹，并對其內襯鋼板的加固設計方案以及具體的施工工藝進行了詳細的分析。在加固處理內襯鋼板之后，可以使內襯鋼板與襯砌混凝土的共同受力，適應尾水洞的結構受力，進而提高該電站運行中的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]王美.宋修昌.南陽回龍電站尾水鋼筋混凝土隧洞內襯鋼板加固新技術的研究與實踐[A].2011全國水工泄水建筑物安全與病害處理技術應用會刊[C].2011.

[2]朱俊杰.三峽地下電站尾水洞連接段襯砌混凝土施工技術[J].葛洲壩集團科技，2010（04）.

[3]宋修昌，陳曉年.回龍電站尾水洞內襯鋼板加固抗外壓穩(wěn)定分析[J].中國農村水利水電，2012（10）.