吉林臺(tái)二級(jí)水電站尾水管里襯鋼板、混凝土脫落處理研究

王 躍

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁 835700)

1 工程概況

吉林臺(tái)二級(jí)水電站位于喀什河中下游，總裝機(jī)容量24 MW，為“一廠一站”式分布，實(shí)施遠(yuǎn)方集中控制。2009年投入運(yùn)營(yíng)，尾水管鋼板里襯鋼板厚12 mm，材質(zhì)為Q235B CHE422焊條焊接。

2 病害情況調(diào)查

2019年7月停水檢修發(fā)現(xiàn)尾水管底部有14 m2左右，深度為0.28 m鋼板脫落。原運(yùn)管單位在運(yùn)行期間也是此處已經(jīng)處理過(guò)一次，采用聽(tīng)漏儀進(jìn)行脫落部位滲漏檢測(cè)，檢測(cè)的基本原理是聲學(xué)原理。在管道完整的情況下，流水的聲音主要為低頻、均勻分布的紊流水聲[1-5]。當(dāng)管涵發(fā)生滲漏時(shí)，則可出現(xiàn)異常的水聲信號(hào)[6-7]。

采用聽(tīng)漏儀檢測(cè)管道滲漏情況的步驟如下：(1)信噪比設(shè)置。主要是為了放大電路增益，過(guò)濾有害的高頻老板噪音、增大輸入信息與輸出信號(hào)的反饋；采取方法：在傳感器與放大電路之間設(shè)置一級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管即可通過(guò)電路提高阻抗；(2)選頻電路。主要通過(guò)濾波器來(lái)劃分頻段。通過(guò)微機(jī)設(shè)置的判決算法，利用高通、低通濾波器過(guò)濾無(wú)效頻率；(3)輸出與顯示。聽(tīng)漏儀輸出兩種信號(hào)。一是通過(guò)功放后輸出至耳機(jī)的聲音結(jié)果，可通過(guò)檢測(cè)人員的工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)判斷；二是將系統(tǒng)獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析、去噪后置于顯示屏上顯示[8-10]。

聽(tīng)漏儀數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容如下：(1)系統(tǒng)增益。傳感器中采集到的信號(hào)一般情況下較為微弱，因此，需通過(guò)前置放大、功率方法等過(guò)程放大采集到的信息。前置放大、功率放大的增益分別為80 dB、40 dB；放大后的信號(hào)信息變化將更加明顯，易于判斷[11-12]。(2)信噪比。將儀器自身噪音折算到輸入端，計(jì)算可得到極其自身的信噪比大于74 dB。(3)帶通濾波。設(shè)置帶通濾波器截止頻率區(qū)間為186 Hz～813 Hz。在頻率為200 Hz～400 Hz時(shí)，提高增益強(qiáng)度，以保證輸出信號(hào)具有低頻音質(zhì)和聲音厚度，400Hz～800Hz時(shí)可降低增益強(qiáng)度，避免高頻層次感的缺失。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成果，根據(jù)設(shè)置的檢測(cè)區(qū)，數(shù)據(jù)處理完成后，滲漏檢測(cè)結(jié)果如下：脫落部位混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性較好，基本上不存在滲漏現(xiàn)象。

3 病害原因分析

3.1 混凝土澆筑質(zhì)量差

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看和了解，運(yùn)管單位在運(yùn)行期間也是此處已經(jīng)處理過(guò)一次，根據(jù)以上情況來(lái)看，可能是初建施工質(zhì)量的影響，說(shuō)明尾水管在澆筑混凝土?xí)r澆筑質(zhì)量不高，震動(dòng)棒震動(dòng)不充分，質(zhì)量控制不嚴(yán)格，混凝土不密實(shí)，在凝固后的混凝土內(nèi)、混凝土與尾水管里襯之間存在空鼓或者氣泡，在水流的脈動(dòng)壓力作用下導(dǎo)致尾水管壁破壞、機(jī)組尾水管基礎(chǔ)環(huán)、補(bǔ)償段鋼板大面積脫落和部分裂紋的出現(xiàn)。

3.2 焊接質(zhì)量存在缺陷

檢測(cè)人員對(duì)尾水管里襯鋼板脫落處進(jìn)行細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)尾水管里襯鋼板僅與鋼板之間僅進(jìn)行了橫向滿焊連接，而與尾水管預(yù)埋橫、豎加強(qiáng)筋的縱向未進(jìn)行滿焊。機(jī)組運(yùn)行時(shí)在尾水管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)渦帶周期性的撞擊尾水管壁使尾水管里襯鋼板與預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的橫、豎加強(qiáng)筋剝離，進(jìn)一步加劇混凝土與里襯鋼板之間的空鼓，在流態(tài)最不利部位的鋼板處由于疲勞產(chǎn)生裂縫，里襯鋼板脫空區(qū)與裂縫處形成了過(guò)水通道，加大了鋼板的脫空面積和脫空長(zhǎng)度；在長(zhǎng)時(shí)間的外力作用下，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步延伸直至鋼板翻卷破壞，是導(dǎo)致尾水管里襯鋼板脫落的原因。

3.3 機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定

機(jī)組不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，主要是由于水輪機(jī)尾水管補(bǔ)氣方式、機(jī)組運(yùn)行方式、運(yùn)行工況等造成。制造質(zhì)量?jī)?yōu)良的機(jī)組，長(zhǎng)期在惡劣的工況運(yùn)行下，也會(huì)使尾水錐管、轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生機(jī)組安全隱患。避開(kāi)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，尤其是避開(kāi)尾水管真空度較大的負(fù)荷區(qū)運(yùn)行，是保障機(jī)組運(yùn)行安全、避免缺陷再次出現(xiàn)的重要措施。

4 檢修措施

4.1 檢修門圍堰

落下尾水檢修門，因尾水檢修門封閉不嚴(yán)，需打好圍堰，圍堰高度大于水位0.5 m以上，確保檢修期間的施工安全。蝸殼內(nèi)流水管先采取從壓力鋼管閘門控制，若無(wú)法實(shí)施則采用PVC管引流。打好圍堰之后抽出殘留蝸殼內(nèi)積水，保持內(nèi)部干燥?？刂坪盟魅胛菜仛さ撞渴侵步詈凸酀{關(guān)鍵工序。

4.2 清理基層

采用送風(fēng)系統(tǒng)保證蝸殼內(nèi)通風(fēng)良好，檢修人員進(jìn)入蝸殼，現(xiàn)場(chǎng)脫落鋼板為不規(guī)則形狀，按照脫落部位形狀人工剔鑿沖刷部位混凝土，深度至沖刷最深位置，用水沖洗干凈剔鑿混凝土表面。

4.3 鉆孔植筋

按照鋼板尺寸確定植筋位置和數(shù)量，設(shè)計(jì)植入鋼筋為32螺紋鋼或32螺紋螺栓，長(zhǎng)度150 cm。通過(guò)對(duì)多種灌漿材料進(jìn)行對(duì)比分析，采用低稠度環(huán)氧樹(shù)脂作為灌漿材料，植筋灌漿料需密實(shí)、以適當(dāng)外溢為準(zhǔn)，植筋完成后對(duì)每個(gè)植筋進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)，達(dá)到要求后再進(jìn)行下一步工序施工。

4.4 損壞里襯鋼板修復(fù)

對(duì)損壞的鋼板進(jìn)行替換。用記號(hào)筆標(biāo)識(shí)出將空鼓處，用碳弧氣刨刨掉，里襯鋼板脫落部位直接拆除。植筋完成后安裝鋼筋網(wǎng)片以提高修補(bǔ)混凝土的整體抗沖性能并增強(qiáng)與基礎(chǔ)的連接?；炷翝仓褂酶邚?qiáng)度混泥土澆灌修復(fù)，添加納米材料二氧化硅，從而提高混凝土強(qiáng)度、抗腐蝕性、抗?jié)B性。滿足檢修工藝要求方可進(jìn)行下道工序施工。

4.5 基礎(chǔ)處理及灌漿管布置

對(duì)尾水管里襯檢修部位進(jìn)行灌漿，拼接的每塊鋼板處分別設(shè)置1個(gè)灌漿孔(直徑200 mm)、排氣孔(直徑100 mm)，并安裝灌漿管及排氣管，灌漿管及排氣管應(yīng)留有閥門，可以對(duì)灌漿速度進(jìn)行控制。對(duì)于補(bǔ)焊面積較大的鋼板，為保證灌漿效果，適當(dāng)多留置灌漿孔及排氣孔，排氣孔設(shè)置應(yīng)高于灌漿孔。安裝灌漿機(jī)及輸漿管，通氣法檢查灌漿管、排氣管的通氣情況及裂縫的修補(bǔ)情況，并用水進(jìn)行試灌，合格后在進(jìn)行正式灌漿。灌漿料為低稠度環(huán)氧樹(shù)脂，將灌漿材料的主劑和固化劑的漿液按1∶1的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制過(guò)程中采用手持式電動(dòng)攪拌器材進(jìn)行均勻攪拌，攪拌時(shí)間為3 min，確保灌漿材料攪拌均勻。環(huán)氧漿液灌注按從低到高的順序進(jìn)行灌漿，灌漿機(jī)具使用手掀泵，先打開(kāi)排氣閥進(jìn)行排氣注漿，并在灌漿過(guò)程中敲擊里襯補(bǔ)焊鋼板，待相鄰孔或高處孔排出原漿后再繼續(xù)灌注5 min，依次將其孔口關(guān)閉進(jìn)行屏漿，壓力一般選在0.3 MPa～0.5 MPa，屏漿時(shí)間為2 min～3 min。灌漿過(guò)程中如果出現(xiàn)跑、冒、漏等事故，應(yīng)及時(shí)停止施工，查找原因并處理后方可繼續(xù)施工。灌漿結(jié)束會(huì)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保漿體凝固效果，用敲擊法對(duì)里襯鋼板進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查，空鼓部位進(jìn)行補(bǔ)灌，封閉灌漿孔。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

吉林臺(tái)二級(jí)水電站2號(hào)機(jī)尾水管里襯鋼板及混凝土在運(yùn)行期間發(fā)生脫落，尾水管里襯鋼板及混凝土脫落的原因主要為建設(shè)初期混凝土施工質(zhì)量差，鋼板焊接工藝和焊接質(zhì)量的缺陷，通過(guò)采取植筋，灌漿，損壞里襯鋼板修復(fù)維修加固措施，保證水電站的正常運(yùn)行。

5.2 建議

(1)尾水管是機(jī)組重要的組成部分，其施工質(zhì)量好壞影響到機(jī)組的運(yùn)行安全。由于施工人員的粗心大意造成里襯鋼板底部灌漿密實(shí)，混凝土、砂漿強(qiáng)度低等質(zhì)量缺陷在運(yùn)行過(guò)程中水壓力作用下都可能造成在尾水管里襯鋼板脫落、損壞，因此，運(yùn)管人員要注意加強(qiáng)在運(yùn)行中的維護(hù)管理工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷并檢修，提高機(jī)組運(yùn)行效率。

(2)運(yùn)管單位應(yīng)使用當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上更加先進(jìn)、補(bǔ)氣范圍更大、更全面的尾水管補(bǔ)氣方法，增加機(jī)組補(bǔ)氣的范圍，減小補(bǔ)氣死區(qū)，以減小機(jī)組尾水管內(nèi)的氣蝕破壞。運(yùn)管單位應(yīng)充分了解機(jī)組性能特點(diǎn)，合理控制機(jī)組的運(yùn)行，保證機(jī)組在最優(yōu)狀態(tài)下，避免超、低負(fù)荷運(yùn)行，做好機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)工作，定期進(jìn)行檢查，提高機(jī)組運(yùn)行壽命。