張曉哲

(四川省工程咨詢研究院，成都，610016)

1 氣墊式調(diào)壓室簡(jiǎn)介

氣墊式調(diào)壓室是一種特殊型式的水電站調(diào)壓室，應(yīng)用于高水頭水電站的首例工程為挪威Driva電站，于1973年建成。運(yùn)行原理大致與常規(guī)調(diào)壓室相同，區(qū)別是利用調(diào)壓室上部氣室內(nèi)的高壓空氣形成“氣墊”，抑制室內(nèi)水位高度和水位波動(dòng)幅值，控制水電站水錘和涌波性能優(yōu)越。

我國(guó)首個(gè)采用氣墊式調(diào)壓室的電站為2000年7月建成的青海省大干溝水電站，而更多應(yīng)用、推廣和發(fā)展該技術(shù)的則為華能集團(tuán)四川分公司所屬的綿陽(yáng)市平武縣境內(nèi)火溪河流域、甘孜州康定縣境內(nèi)瓦斯河流域上的多個(gè)水電項(xiàng)目。目前四川省已建成投產(chǎn)的氣墊式調(diào)壓室水電站有自一里、小天都、金康、木座、陰坪、金平、民治、龍洞、達(dá)阿果、虎牙等10個(gè)水電站。

氣墊式調(diào)壓室主要具備以下優(yōu)勢(shì)：布置于山體內(nèi)部、深埋于地下，省掉了常規(guī)調(diào)壓室常有的山坡明挖、施工支洞、壓力管道上下斜井、豎井等工程，減少施工對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的不利影響，縮短了工期，降低了施工難度和工程投資。

四川省部分氣墊式調(diào)壓室特性參數(shù)見表1。

表1 四川省部分水電站氣墊式調(diào)壓室特性參數(shù)

2 氣墊式調(diào)壓室存在的主要問題

2.1 設(shè)計(jì)方面

(1)氣墊式調(diào)壓室對(duì)圍巖的氣體密閉性要求極高，如何有效封閉氣室中的高壓氣體仍是設(shè)計(jì)中的一大難題。如自一里電站采用的氣墊式調(diào)壓室是我國(guó)首次引進(jìn)的新技術(shù)，由于是在國(guó)內(nèi)水電工程中首次應(yīng)用，缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范和施工經(jīng)驗(yàn)，初期運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了漏氣、漏水較為嚴(yán)重的狀況，影響了電站的安全滿發(fā)。

(2)受結(jié)構(gòu)特性、現(xiàn)場(chǎng)條件限制，氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)、施工缺陷處理、修復(fù)難度極大，消缺投資、發(fā)電損失及社會(huì)影響較大，因此氣墊式調(diào)壓室各部設(shè)計(jì)質(zhì)量要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)安全系數(shù)取值一般較保守，相應(yīng)地提高了工程造價(jià)。如虎牙電站2018年1月至2019年12月共進(jìn)行了4次消缺處理，增加投資8000余萬(wàn)元。

(3)氣墊式調(diào)壓室及隧道充水放水過(guò)程中，鋼板、混凝土與巖體聯(lián)合受力，因承受內(nèi)外壓力差，稍有不慎，就可能造成鋼板、混凝土等破壞，因此，充水放水過(guò)程必須采用小幅度水位變化方式。此外，充水放水時(shí)間長(zhǎng)，特別是地質(zhì)較差地段控制較難，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別關(guān)注。

(4)繼續(xù)推進(jìn)高壓不襯砌隧洞理論及結(jié)構(gòu)布置方式研究，例如小天都水電站，其引水隧洞地質(zhì)條件較好，部分采用高壓不襯砌隧洞，節(jié)省了投資。

2.2 施工方面

(1)施工環(huán)境差、質(zhì)量控制難度較大。各施工支洞和調(diào)壓室施工過(guò)程中空間狹小、通風(fēng)條件差，成為施工粉塵、爆破硝煙的聚集場(chǎng)所，施工環(huán)境惡劣，影響施工進(jìn)度。鋼罩施工中存在大量的焊接作業(yè)，背板焊接施工空間狹小，焊接煙塵難以排除、鋼罩內(nèi)氣溫高，施工難度極大，特別是平壓腔內(nèi)兩條豎縫的焊接較困難，質(zhì)量控制難度較大。

(2)調(diào)壓室深埋地下，不利于空氣補(bǔ)給及量測(cè)、傳感等各種管線埋設(shè)布置。由于距離較長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎較多，管線埋設(shè)施工難度較大。

(3)巖爆問題。由于采用了“一坡到底”的引水系統(tǒng)布置，使隧洞沿線的埋藏深度大大增加，初始地應(yīng)力變大，巖爆發(fā)生的幾率亦大大增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小天都水電站引水隧洞埋深一般400m～500m，最大埋深達(dá)780m，約5000m洞段有不同程度的巖爆發(fā)生，約3000m洞段巖爆強(qiáng)烈，由于巖爆的突發(fā)性和隨機(jī)性，防范難度大，給施工造成了極大的安全隱患。

2.3 運(yùn)行方面

(1)調(diào)壓室內(nèi)襯鋼板與回填混凝土的連接縫由于混凝土收縮或溫度應(yīng)力變化而脫開形成縫隙，雖然鋼板內(nèi)外靜壓力在平壓腔(平壓孔、平壓管)的作用下基本相同，但由于水擊作用產(chǎn)生的動(dòng)壓力的同步性存在差異，易造成鋼板的徑向震動(dòng)而加大縫隙寬度，甚至局部完全脫開，造成局部破壞。

(2)氣墊式調(diào)壓室及引水隧洞充放水過(guò)程中，鋼板、混凝土因承受內(nèi)外壓力差，致使充放水過(guò)程只能采用小幅度水位變化方式，時(shí)間長(zhǎng)且控制較難，有可能造成鋼板、焊接縫、混凝土等破壞。如民治水電站輸水系統(tǒng)進(jìn)行首次充放水試驗(yàn)時(shí)水位下降速度較快，在整個(gè)放水過(guò)程的最后階段，由于調(diào)壓室內(nèi)氣體總量不足，調(diào)壓室內(nèi)絕對(duì)氣體壓力低于1個(gè)大氣壓，產(chǎn)生了負(fù)壓，從而使鋼罩受負(fù)壓作用變形脫空。

3 氣墊式調(diào)壓室運(yùn)用建議

針對(duì)氣墊式調(diào)壓室在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行過(guò)程中存在的問題，建議如下。

3.1 設(shè)計(jì)方面

(1)我省參照《水電站氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB/T 35080—2016)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的達(dá)阿果、金平、陰坪、木座、金康水電站氣墊式調(diào)壓室運(yùn)行效果較好，建議氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格參照?qǐng)?zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，加強(qiáng)地質(zhì)勘探、測(cè)試工作。

(2)氣墊式調(diào)壓室多采用平面長(zhǎng)條形布置方案，圍巖條件存在不均一性，因此應(yīng)特別注意試驗(yàn)、測(cè)試工作、測(cè)試成果的代表性，且對(duì)局部圍巖條件較差部位加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作。

3.2 施工方面

(1)氣墊式調(diào)壓室總體上對(duì)施工技術(shù)要求較高，應(yīng)選擇專業(yè)性且具有一定施工經(jīng)驗(yàn)的施工單位。

(2)開挖過(guò)程中，應(yīng)盡量減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)、破壞，采取短進(jìn)尺、弱爆破措施；對(duì)局部巖石條件變差的部位，應(yīng)采取加強(qiáng)處理措施。

(3)對(duì)采用鋼罩(包)閉氣型式的氣墊式調(diào)壓室，鋼板安裝、焊接質(zhì)量尤為關(guān)鍵，除保證施工人員數(shù)量、水平外，必須嚴(yán)格對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查、探傷，確保鋼板焊接安裝質(zhì)量。

(4)氣墊式調(diào)壓室施工環(huán)境條件較差，相應(yīng)的通風(fēng)、防護(hù)、安全工作需高度重視。

3.3 運(yùn)行方面

(1)在充水投運(yùn)、放水檢查過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)提供的運(yùn)行要求，控制充水、放空速度。

(2)氣墊式調(diào)壓室監(jiān)測(cè)、供氣管路較多，應(yīng)注意保護(hù)、加強(qiáng)維護(hù)，確保各項(xiàng)功能正常。建議選用知名品牌穩(wěn)定性較好的監(jiān)測(cè)儀器和耐壓、水密性較好的電纜。