分析抽水蓄能电站尾水隧洞内衬钢板的稳定性

李作舟

摘要：现阶段，随着社会经济和科学技术的不断发展，隧洞在水利水电工程中得到了广泛的应用。在本文所提到的某抽水蓄能电站中，由于长时间的运行导致其自身的尾水隧洞出现了环、纵向裂缝以及渗漏问题，对电站隧洞的正常稳定运行造成了严重的影响。另外，在某些工程中无法对原洞泾进行大范围缩小，否则会对隧洞的使用功能造成不良影响。因此，需要我们对尾水隧洞的内衬钢板进行加固处理，促进其稳定性的提高。为此，本文将对内衬钢板的加固技术进行分析，希望能够为相关人员提供一些有价值的经验。

关键词：抽水蓄能电站；尾水隧洞；内衬钢板；稳定性分析

隧洞的衬砌形式较多，其主要包括钢筋混凝土、素混凝土以及钢板等形式，其中，素混凝土和钢筋混凝土衬砌都是通过围岩受力来进行具体作业的，它们均无法承受过多的荷载，在某抽水蓄能电站中，因其受自身所具有的高水头和大直径等特点，以及电站所在区域地质因素的影响，其尾水隧洞采用了的钢板衬砌，然而这种钢衬通常都会在长时间运行之后出现渗漏问题，因此，需要对其进行加固处理，以便提高抽水蓄能电站尾水隧洞内衬钢板的稳定性。下面以某抽水蓄能电站尾水隧洞内衬钢板稳定性的设计为例，对此进行简要说明与分析。

一、抽水蓄能电站的相关概述

某抽水蓄能电站的主要任务是对电网起到调峰填谷的作用，同时还要承担调频、旋转以及备用等多种其它功能。该抽水蓄能电站的建成发电时间是2005年，其主要由多个建筑物组成，主要有上库主坝、上库副坝、下库大坝以及地下厂房等，具有2*60兆瓦的电站装机容量。该地段有一段新建高速公路与其相交叉，公路隧道山体以下在电站的下库蓄水位以及尾水洞交叉位置穿过。

以结构的有限元分析为依据，可以得知，原来的衬砌在尾水洞内有两种工况，即有水和无水，衬砌所具有的拉应力在小于设计衬砌混凝土的抗拉强度时，是不会发生裂缝现象的；在开挖公路隧道施工之后，在近距离交叉的影响下，如果忽略不计开挖施工对衬砌和围岩情况造成的不良影响，那么衬砌就会出现宽度为0.34毫米的裂缝现象，此数值已经超过了相关标准所规定的0.25毫米的宽度要求。由于尾水洞四周岩体会受到爆破振动的影响而产生削弱的现象，所以衬砌所产生的裂缝宽度会随着衬砌范围的扩大而变大。公路隧道与尾水洞交叉地段的围岩具有较为明显的强风化與弱风化特点，原尾水洞主要是利用衬砌与固结灌浆圈来进行防渗工作的，公路隧道的开挖施工已经进入到此防渗工作的范围内，产生影响是不可避免的。因此，在对公路隧道的开挖施工方法和手段进行有效的控制的同时，还需要采取有效措施对衬砌结构进行加固。

二、对衬砌的加固方案进行合理选择

在二十世纪七十年代兴起的结构加固行业，在八十年代就已经被我国引进并得到应用，其在建筑物中进行加固的方法有很多种，例如外包钢、增大截面、预应力以及化学灌浆等十多种方法，在实际的应用过程中需要根据不同的实际情况来选择采不同的方法，其中裂缝封闭灌浆补强、内部涂抹环氧砂浆以及喷射高强混凝土等是现阶段最为常见的集中加固方法。

在该抽水蓄能电站中，其尾水洞具有789米的长度，3.2米的洞泾，这就需要在衬砌的过程中采用厚度为40厘米的C30型号的钢筋混凝土。根据该电站的实际情况，可以综合利用裂缝封闭灌浆补强和内部涂抹环氧砂浆两种加固方法，取长补短形成一种新型的加固处理方法：内衬钢板灌胶方法。此方法需要采用锚栓对吊装定位完成的具有4.2平方米单块面积的钢板进行固定，之后将结构胶灌入钢板和衬砌混凝土之间的缝隙中，紧密结合钢板和混凝土，使它们能够进行共同受力，进而实现结构加固和抗渗性能改善的目的。

三、设计加固方案中的各项参数

对加固方案进行完善之后，还需要对尾水隧洞的各种工况进行综合的考虑，例如运行、施工以及检修等方面，这就要求对设计的主要参数进行详细的分析，其主要包括以下几个方面：

利用有限元分析进行计算，对作用于内水压力下的钢板衬砌和钢筋混凝土衬砌的共同受力进行综合考虑，在将2毫米设置为钢板厚度时，会出现0.22毫米的充水运行最大裂缝宽度，其比相关标准所规定的0.25毫米宽度要小，由此可见，厚度为2毫米的作用于内水压力下的钢板完全符合设计要求。

对尾水洞的结构胶灌注入及其检修过程中钢板的屈曲抗外压能力以及钢板的厚度、锚栓的直径等进行综合、全面的考虑，利用有限元方法分析钢板厚度不同对锚杆艰巨的影响作用，分别将4、6、8毫米设置成钢板厚度，将0.4、0.5、0.6米设置成锚杆间距。在对施工成本、工艺等多方面因素进行综合考虑和分析的情况下，可以最终确定6毫米为钢板厚度、0.5米为锚杆间距以及0.6MPa为灌胶压力。

四、衬砌加固的具体施工工艺

（一）施工的准备工作

对钢板进行规格为3.35米*1.25米小片的剪裁并进行打孔，其中起到固定钢板作用的充当植化学锚栓孔的是Ф20圆孔，起到方便攻丝进行螺杆与灌胶嘴安装的能够兼顾调位和注浆的使Ф10圆孔。进行现场的卷板工作，完成之后的弧形直径需要是3.2米，然后再对钢板进行除锈和防腐的喷涂处理。

（二）处理混凝土的表面

利用混凝土平整机械对衬砌混凝土的表面进行凿毛和打磨，在新面完全暴露出来之后再利用压缩空气的连接进行粉尘的吹除工作。

（三）装配钢板并进行焊接工作

利用小车将钢板运送到施工作业面，在顶升设备上对钢板的位置进行调整，以确保钢板和尾水洞轴线能够处于一个平行的状态，在洞壁上进行钢板的自制螺杆顶紧操作，套打钢板的植化学锚栓孔，然后进行高强Ф14锚栓的植入操作，10分钟-15分钟之后再对螺母进行拧紧操作，同时可以进行支撑装置拆除作业。另外，在上述作业完成之后还需要进行锚栓头和钢板之间以及钢板和钢板之间的焊接。

（四）灌注的具体施工过程

灌注施工需要采用分仓的方式来进行，每仓具有两段钢板，2.5米的分仓长度，25平方米的分仓面积，使用结构密封胶对分仓之间的缝隙进行封堵，然后采用压气试验的方法对密封情况进行检查。将灌浆压力设置为0.6MPa，然后利用小锤对钢板进行敲打检查，如有空洞位置需要进行补胶处理。

（五）打磨防腐

结构胶固化之后，可以割掉化学锚栓的螺栓头并对其进行清理打磨以及焊缝等操作，同时还需要在焊接处进行防腐涂料的涂抹。

结语：

综上所述，本文对某抽水蓄能电站的具体情况进行了详细的介绍，并对其内衬钢板的加固设计方案以及具体的施工工艺进行了详细的分析。在加固处理内衬钢板之后，可以使内衬钢板与衬砌混凝土的共同受力，适应尾水洞的结构受力，进而提高该电站运行中的安全性和稳定性。

参考文献：

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