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        淺析金窩水電站壓力管道缺陷及其處理方法

        2018-10-22 11:40:46李永民張繼祥
        關(guān)鍵詞:缺陷處理分析

        李永民 張繼祥

        摘 要:金窩水電站壓力管道(以下簡(jiǎn)稱壓力管道)為地下埋藏式,采用斜井布置。根據(jù)壓力管道監(jiān)測(cè)成果的分析表明:壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。通過對(duì)壓力管道的放空檢查,發(fā)現(xiàn)壓力管道2-2斷面附近(上游位置)有一環(huán)縫存在,是一條長(zhǎng)約330mm的裂縫,有明顯的滲水現(xiàn)象,說(shuō)明此裂縫為貫穿性裂縫,須進(jìn)行修復(fù)處理,處理后的焊縫效果良好,滿足壓力管道的安全運(yùn)行要求。

        關(guān)鍵詞:金窩水電站;壓力管道;缺陷;分析;處理

        中圖分類號(hào):TV732.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        1 工程概況

        金窩水電站位于四川省雅安市石棉縣境內(nèi)的田灣河中段,是田灣河規(guī)劃梯級(jí)中的第三級(jí)。工程主要任務(wù)以單一發(fā)電為主,無(wú)供水、灌溉、防洪等綜合利用要求。

        金窩水電站壩址以上流域面積1060km2,多年平均流量32.2m3/s,正常蓄水位2315.4m,最低運(yùn)行水位2309.47m,調(diào)節(jié)庫(kù)容7.0萬(wàn)m3,具有日調(diào)節(jié)能力;電站水輪機(jī)安裝高程1696.30m,最大引用流量46.9m3/s;電站最大水頭619.1m,最小水頭594.3m,額定水頭595.0m,安裝兩臺(tái)120MW水斗式水輪發(fā)電機(jī)組。電站枯水年枯水期平均出力73.6MW,多年平均年發(fā)電電量11.24億kW·h(梯級(jí)聯(lián)合)。

        金窩水電站壓力管道(以下簡(jiǎn)稱壓力管道)為地下埋藏式,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。為便于壓力管道的施工及施工臨時(shí)道路的布置,在斜井中部2080.00m和1840.00m高程處分別設(shè)置中一、中二平段,平段直段長(zhǎng)分別約為35m、40m。斜井段傾角57°以利于施工期開挖出碴。壓力管道主管長(zhǎng)約1102.00m,主管內(nèi)徑3.6m,主管末端采用卜型岔管連接兩條支管,分岔角60°,1#、2#支管長(zhǎng)分別約24m、33m,內(nèi)徑2.40m,支管末端管徑由2.40m漸變至2.00m與廠房?jī)?nèi)球閥連接。

        2 監(jiān)測(cè)成果分析

        (1)監(jiān)測(cè)儀器布置情況

        ①壓力管道2-2斷面監(jiān)測(cè)儀器布置情況

        按設(shè)計(jì)要求,壓力管道2-2斷面安裝了3套多點(diǎn)位移計(jì)(M13~M15)、3支錨桿應(yīng)力計(jì)(R13~R15)、3支測(cè)縫計(jì)(J04~J06)和3支鋼板計(jì)(GB04~GB06)。多點(diǎn)位移計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)圍巖內(nèi),測(cè)縫計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)圍巖與砼接觸部位,鋼板計(jì)位于鋼管的左下30°、右下30°及頂拱中心(見表1和如圖1所示)。

        ②壓力管道3-3斷面監(jiān)測(cè)儀器布置情況

        按設(shè)計(jì)要求,壓力管道3-3斷面安裝了3支單向應(yīng)變計(jì)(S1~S3)、2支無(wú)應(yīng)力計(jì)(N1、N2)和4支滲壓計(jì)(P5~P8)。滲壓計(jì)位于頂拱、底板、左上30°、右上30°圍巖內(nèi),應(yīng)變計(jì)位于左側(cè)、頂拱及右側(cè)砼內(nèi),無(wú)應(yīng)力計(jì)位于左上角45°、右下角45°砼內(nèi)(見表2和如圖2所示)。分別用以監(jiān)測(cè)壓力管道混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化以及壓力管道外水壓力的變化情況。

        (2)監(jiān)測(cè)成果分析

        壓力管道3-3斷面滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)成果表明:在金窩引水系統(tǒng)充水前,該部位4支滲壓計(jì)所測(cè)得的揚(yáng)壓力約30kPa;充水試驗(yàn)期間,隨著壓力管道內(nèi)水壓力的增大,各支滲壓計(jì)測(cè)值均有所增大,尤其P5、P6和P8揚(yáng)壓力增大明顯,說(shuō)明壓力管道存在滲漏現(xiàn)象(如圖3所示)。

        壓力管道2-2斷面多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果表明:在金窩引水系統(tǒng)充水試驗(yàn)過程中,多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值變化明顯,說(shuō)明金窩壓力管道2-2斷面在2008年12月充水運(yùn)行后存在局部巖體變形。充水運(yùn)行后,M13的3.5m深處測(cè)點(diǎn)在2009年出現(xiàn)3次跳躍變化,在2011年8月19日再次發(fā)生突變,突變情況為11.30mm→16.15mm,并保持突變后的狀態(tài)穩(wěn)定下來(lái),分析該部位可能存在裂隙、局部破碎的松動(dòng)變形。2009年1月~3月及7月~9月,M15測(cè)值出現(xiàn)逐步小量增加,說(shuō)明充水后由于滲漏作用,滲水入侵圍巖裂隙引起局部變形,與M13的3.5m測(cè)點(diǎn)變化一致(如圖4所示)。

        壓力管道2-2斷面鋼板計(jì)監(jiān)測(cè)成果表明:各鋼板計(jì)測(cè)值為負(fù)應(yīng)變,即壓力鋼管沿環(huán)向表現(xiàn)為受壓;在2008年12月的充水試驗(yàn)中,在高水壓作用下,壓力鋼管向外擴(kuò)張,在環(huán)向上表現(xiàn)為拉應(yīng)變?cè)鰪?qiáng),測(cè)值上由負(fù)應(yīng)變逐漸向正應(yīng)變轉(zhuǎn)化;此后可能由于外水壓力增加,逐步回彈,GB05在2009年1月后表現(xiàn)穩(wěn)定,于2010年4月9日觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)GB05讀數(shù)不穩(wěn)定,分析可能是由于儀器本身出現(xiàn)問題(比如電壓不穩(wěn)定等),GB06則持續(xù)受壓增加,至2009年7月后才基本穩(wěn)定。在充水試驗(yàn)過程中,GB04失效無(wú)讀數(shù)(如圖5所示)。綜合以上監(jiān)測(cè)成果分析,壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。

        3 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

        通過對(duì)壓力管道的放空檢查,發(fā)現(xiàn)壓力管道2-2斷面附近(上游位置)有一環(huán)縫存在一條長(zhǎng)約330mm的裂縫,有明顯的滲水現(xiàn)象,說(shuō)明此裂縫為貫穿性裂縫(如圖6所示)。

        4 裂縫處理情況

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)有一定外水壓力的實(shí)際情況和焊接施工環(huán)境條件要求,認(rèn)為對(duì)于滲透水點(diǎn)的處理關(guān)鍵是封水,因此必須首先對(duì)滲透水點(diǎn)進(jìn)行封水處理,否則無(wú)法進(jìn)行下一步的焊接施工和得到可靠的質(zhì)量保證。具體施工程序和步驟如下:

        抽排管內(nèi)積水→照明鋪設(shè)→卷?yè)P(yáng)機(jī)布置→臺(tái)車制作→鉆制灌漿孔(鉆制灌漿孔時(shí),注意射水傷人和損壞電氣設(shè)備)→灌漿處理(達(dá)到管外無(wú)滲水進(jìn)入管內(nèi))→焊縫進(jìn)行打磨→超聲波探傷檢測(cè)→刨縫清根(隨時(shí)注意檢查:防止焊縫裂縫的擴(kuò)展和在其他部位產(chǎn)生新的裂紋)→打磨清縫層厚不小于2mm——清除滲碳層、過熱組織等刨縫缺陷→PT(滲透檢驗(yàn))或MT(磁粉檢測(cè))→預(yù)熱120℃~150℃→焊接(隨時(shí)檢測(cè):每焊接一層均進(jìn)行MT(磁粉檢測(cè)),防止在其他部位產(chǎn)生新的裂紋)→焊后立即進(jìn)行緊急后熱150℃~200℃、后熱恒溫時(shí)間不小于1h,焊接完畢24h后對(duì)焊補(bǔ)部位和其他(焊接收縮應(yīng)力傳遞)相關(guān)部位進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。

        超聲波探傷檢測(cè)成果表明:處理后的焊縫效果良好,滿足壓力管道的安全運(yùn)行要求(如圖7所示)。

        結(jié)語(yǔ)

        根據(jù)水工監(jiān)測(cè)成果分析地下埋藏式壓力管道運(yùn)行情況是對(duì)壓力管道缺陷分析的一種經(jīng)濟(jì)而有效的分析方式。通過對(duì)壓力管道的水工監(jiān)測(cè)成果分析,發(fā)現(xiàn)缺陷,然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查,確定缺陷進(jìn)而進(jìn)行處理的方式,可供類似工程借鑒。

        參考文獻(xiàn)

        [1]南京水利科學(xué)研究院勘測(cè)設(shè)計(jì)院,常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

        [2]徐志英.巖石力學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.

        [3]DL/T5141—2001,水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [4]SL281—2003,水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [5]SL191—2008,水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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