钢罩式气垫室在阴坪水电站的应用与施工工法

摘要：阴坪水电站气垫室采用钢板防止气室漏气，克服了气室闭气难的问题，实现了工期省、投资省、调压室运行可靠的目标。钢罩式气垫室的成功应用，将对引水式电站具有较大的推广价值。

关键词：阴坪水电站；钢罩式气垫室；引水式电站

中图分类号：TV642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0034-02

对于高水头引水式电站，由于地形陡峻，如果采用常规调压室方案，势必要修建较长的施工道路，难度大、成本高。一方面导致调压室建设工期长；另一方面造成对植被和生态的破坏。由于上述缺点，国内从挪威引进了气垫式调压室技术，并相继建造运行了气垫式调压室（自一里、金康、小天都电站等），有得有失，取得了一定的经验，国外及国内已建成的气垫式调压室都是利用经过处理的围岩自身式再辅以在其周边设置的水幕来防止气

室漏气。

气垫式调压室又称封闭调压室、压气式调压室，是一种性能优越的水锤和涌波控制措施。它的工作原理是：调压室内一部分充水，在水面之上的密闭空间中充满高压空气，形成一个气垫，利用空气的压缩和膨胀性能来减小调压室内水位的涨落幅度。施工时采用钢模台车、组合小钢模、汽车吊联合进行的施工方法，保证了工程质量和施工安全，加快施工进度，取得较好的经济效益和社会效益。

1 不同钢罩方案的比较和选择

钢板如何设置是一个需要研究的问题，项目业主和设计院一共提出了三种设置方案：

（1）夹心方案：将钢罩设置在衬砌结构内部，钢板与两侧的钢筋混凝土通过“U”型锚筋连接成整体，共同承扣内、外水作用。

（2）外挂紧贴方案：将钢罩设置于钢筋混凝土内侧，钢罩与钢筋混凝土紧贴。

（3）钢罩外挂架空方案：将钢罩置于钢筋混凝土内侧，钢罩与钢筋混凝土间架空，钢罩通过型钢（工字钢等）与外层钢筋混凝土连接。

经过理论分析和比较，借鉴于自一里、金康、小天都电站气垫式调压室的经验，阴坪电站采用外挂紧贴方案。

2 钢罩气垫式调压室结构设计

钢罩气垫式调压室的防渗设计是依靠钢筋混凝土和一层薄钢板封闭气体，以此大幅减小气体的渗漏，依靠平压系统平衡调压室钢筋混凝土外侧水压力和调压室气体压力，以确保结构安全。

3 主要施工技术措施

为确保钢板和平压系统钢管焊接质量，对钢板焊缝做100%探伤检测，钢板的转角处受力较大，因此要求在转角处采用角钢进行焊接加固，顶拱钢板采用弧形带肋，所有焊缝必须交叉错缝，混凝土结构施工完成并待混凝土达到一定龄期后，对拱顶进行回填灌浆。

4 工法特点

（1）施工场地受限，各工序之间相互干扰大。

（2）施工组织严密，协调性强。

（3）能保证工程质量，施工安全，施工速度快。

（4）施工工艺简单，重复施工，便于施工人员掌握。

（5）需较完整的配套机械设备，机械化程度高。

（6）与传统的调压井相比，自然环境得到了有效的

保护。

5 钢罩的制安

阴坪气垫式调压室钢罩总长100m，宽12m，高17.3m。采用16MnR钢板制作，在气垫式调压室内，钢罩分为以板厚14mm、宽3800mm和板厚18～22mm、宽1300mm的两种形式，并采用搭接焊接方式，罩外层与洞壁间混凝土后700mm，侧壁钢罩距气垫室底板高度为1.5m，侧壁钢罩总高为11.3m，顶拱钢罩为半圆弧形，半径为5293mm和5289mm，顶拱距地面高度17300mm，边墙与端墙内侧采用∠100×100×10的角钢加强连接方式。

根据图纸要求钢罩制造按压力钢管和压力容器的技术要求加工，焊缝为Ⅱ类，焊缝超声波探伤为焊缝总长的100%，并在加工场对钢板进行划线、下料、切割、打坡口、卷制成型、防腐之后用汽车运进作业面，由于气垫式调压室内施工场地狭窄、高度大，且底板以下又有一条斜坡中槽，给钢板安装增加了困难。

在钢罩制作场地内敷设下料切割平台，其钢板到货卸车、下料切割、钢罩顶拱卷板入槽吊装作业，采取集中25t汽车吊完成。钢罩制作焊缝采用埋弧自动焊和手工焊相结合方式。

在气垫式调压室安装现场内的17#拱，沿顶部约70°靠近侧壁的两处部位，适当扩挖敷设天锚，敷设两套滑车组、两套卷扬机等临时起吊装置。沿气垫式调压室长度方向敷设跨距约8m的钢罩运输轨道，并在其运输轨道上敷设简易高架运输台车。除锈均按压力管道和压力容器的技术要求进行。

钢罩制作单元从调交洞运入气垫式调压室安装现场，经预先敷设的天锚、滑车组、卷扬机等临时设施卸车，并在水平状态下进行适当的组装；再由天锚、滑车组、卷扬机等临时设施实现竖立吊装，并卸在预先敷设的轨道及高架运输台车上；在有预先敷设于调压室地面适当位置的卷扬机等临时设施，将组装后的钢罩通过高架运输台车运至具体安装部位。

为了钢罩制作和安装方便，无论是3800mm宽的钢罩，还是1300mm宽的钢罩，每个钢罩分为4个制作单元，即两侧壁分别为1个单元、顶拱分为2个单元。3800mm宽的钢罩，在气垫式调压室底平面进行整体组装，经天锚、滑车组、卷扬机等临时设施实现整体竖立吊装，再由敷设的高架运输台车等临时设施，将钢罩整体运至具体安装位置，利用土建布置的一期混凝土锚筋，布置适当的手拉葫芦或花篮螺栓以及预先布置于高架运输台车上的千斤顶等，实现3800mm宽的钢罩整体调整和安装的完全就位。

在安装现场对于1300mm宽的钢罩，考虑在气垫式调压室地面，用敷设的两套天锚和滑车组等临时设施，进行半圆弧顶拱制作单元的卸车、半圆整体地面组装和竖立吊装，并用敷设的高架台车等临时设施运至安装部位，先进行半圆弧顶拱的安装后；再用两套天锚和滑车组等临时设施，分别完成两侧壁钢罩的竖立吊装、卸在高架运输台车上两侧面临时固定，并运至安装位置，利用土建一期混凝土锚筋，布置手拉葫芦和花篮螺栓等，分别实现1300mm宽的钢罩两侧壁安装就位和调整。

无论钢罩的制作拼装焊缝，还是现场安装焊缝，均采用单面“V”型坡口。当安装缝定位焊施焊前，先清除封口胶布，并及时进行安装缝的焊接，待焊缝在规定的时间内，进行超声波无损探伤检查符合要求后，迅速及时地进行安装焊缝两侧50mm内防腐封闭底漆和面漆的喷刷。

6 质量控制

（1）坚持对原材料进行到货检验和进场后试验，确保使用优质材料。

（2）砼施工符合《混凝土结构工程施工及验收规程（GB50204-92）》、《混凝土质量（GB/T50164-92）》。

（3）砼强度合格，表面平整，无蜂窝、麻面，接头错台不大于5mm。

（4）模板工程：采用标准的定型钢模板，单块模板对角误差不大于1mm，相邻模板面错台小于2mm，相邻模板面上口高差小于1.5mm，支撑加固牢靠。

（5）钢罩施工符合《压力钢管制造安装及验收规范（DL5017-93）》、《钢制压力容器（GB150-1998）》、《压力容器用钢板超声波探伤标准（ZBJ74003-88）》。

（6）钢罩的加工及拼装尺寸不大于设计要求的偏

差值。

（7）钢罩安装纵缝误差不大于2mm，横缝误差不大

于3mm。

（8）焊缝设计为Ⅱ类焊缝，其内部缺陷用超声波探伤合格率为100%。

（9）钢罩施工人员需持证上岗，无证人员不得上岗操作，尤其是焊工。

（10）对全部上岗人员进行岗前质量培训，做好工前技术交底，做到人人心中有数，全员重视质量。

阴坪电站钢罩式气垫室工期省、经济、闭气可靠、运行成本低，扩展了气垫调压室的适用范围，对山区中小型引水式电站具有很好的借鉴和推动价值。

参考文献

[1] 四川水力发电.

[2] 钢罩式气垫调压室施工新技术研究与应用（科技成果

鉴定资料）.

作者简介：卢仁端（1979—），男，四川遂宁人，中国水利水电第十工程局有限公司机电安装分局助理工程师，研究方向：水利水电技术和管理。