李 平（浙江華東工程咨詢有限公司， 浙江 杭州 311122）

1 概 述

某抽水蓄能電站中工程總裝機(jī)容量為1 200 MW，地下廠房內(nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，為大（1）型一等工程。電站由輸水系統(tǒng)、上水庫、下水庫、地下廠房及地面開關(guān)站等建筑物組成。輸水系統(tǒng)包括引水系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)，其中尾水系統(tǒng)又包括尾水支管、尾水事故閘門室、尾水岔管、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、尾水檢修閘門井及下水庫進(jìn)/出水口。

尾水隧洞采用兩機(jī)一洞的布置方式，2條尾水隧洞平行布置，其隧洞中心距為47.54 m。尾水隧洞內(nèi)徑7.6 m，1號尾水隧洞長1 606.5 m，隧洞底坡坡度為4.68%；2號尾水隧洞長1 668.96 m，隧洞底坡坡度為4.44%。采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.6 m～0.8 m。1條尾水隧洞對應(yīng)兩條尾水支管，4條尾水支管平行布置，中心間距23.96 m。1號～4號尾水支管內(nèi)徑5.0 m，長170.12 m～212.81 m，自尾水管出口至尾水事故閘門室下游30 m范圍內(nèi)的尾水支管采用鋼板襯砌，鋼襯外回填素混凝土厚0.6 m，其余部分尾水支管采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.6 m。

2 施工工藝簡述

尾水支管鋼板襯砌段由直管、尾水事故閘門鋼閘室及漸變管組成，鋼管制作采用500 MPa級Q345R鋼材，其厚度直管為28 mm、尾水事故閘門鋼閘室與漸變管為32 mm。鋼管設(shè)置有加勁環(huán)、止推環(huán)和阻水環(huán)，加勁環(huán)、止推環(huán)環(huán)高150 mm、間距750 mm，阻水環(huán)環(huán)高300 mm、間距400 mm，厚度均為24 mm，材質(zhì)與鋼管母材相同。漸變管上設(shè)置有槽型扁鋼，間距600 mm、長邊400 mm、兩條短邊100 mm、厚20 mm。鋼管均在鋼管制造廠采用鋼板卷制再拼接組成，按每節(jié)4 500 mm或6 000 mm長度制作，內(nèi)部設(shè)置內(nèi)支撐，完成后運(yùn)至施工現(xiàn)場，采用吊車、橋機(jī)或者天錨吊裝再輔助有軌臺(tái)車、千斤頂安裝就位，就位后采用工字鋼、錨桿進(jìn)行固定，最后進(jìn)行對接環(huán)縫焊接、防腐。

鋼管安裝完成后，清理建基面、安裝堵頭模板，最后采用10 m3混凝土攪拌車水平運(yùn)輸、HBT60混凝土泵泵送入倉進(jìn)行C20F50微膨脹混凝土回填?；靥罨炷潦┕r(shí)從鋼管一側(cè)泵管進(jìn)料，邊進(jìn)料邊振搗，待另一側(cè)出現(xiàn)混凝土后改由兩側(cè)同時(shí)進(jìn)料，均勻上升至覆蓋整個(gè)澆筑段鋼管，保持兩側(cè)均衡上升防止引起鋼管變位。

在回填混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，進(jìn)行鋼管襯砌頂拱范圍內(nèi)的回填灌漿，灌漿孔采用在鋼管制作時(shí)預(yù)留的孔再采用手風(fēng)鉆鉆進(jìn)成孔，分序灌漿，壓力不超過0.5 MPa；在回填灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行全管段固結(jié)灌漿施工，灌漿孔成孔方式與回填灌漿一致，入巖3 m，分序灌漿，壓力不超過0.8 MPa；最后，在回填混凝土澆筑結(jié)束60 d后再進(jìn)行鋼管底部的接觸灌漿，灌漿壓力不超過0.1 MPa。

3 問題及原因分析

3.1 問題描述

2號尾水支管（含事故閘門鋼閘室）已完成鋼襯安裝、混凝土回填及灌漿施工（包括回填、固結(jié)與接觸），但后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)2號尾水支管閘后漸變管底板存在鼓包情況。經(jīng)現(xiàn)場量測，底板中心線最大鼓起為4.2 cm，鼓包面積為8.9 m2。

3.2 原因分析

從尾水支管開挖，鋼管制作、安裝與焊接，混凝土回填再到灌漿整個(gè)過程中，相關(guān)人員查閱了資料，并委托有資質(zhì)的相關(guān)單位對鼓包后的鋼管焊縫進(jìn)行了無損檢測，對鼓包部位是否存在脫空進(jìn)行了物探檢測，發(fā)現(xiàn)鼓包后兩側(cè)焊縫無異常，但鼓起部位有兩處脫空，面積分別為0.45 m2與0.70 m2。同時(shí)，在鼓包最高處開60 cm×60 cm正方形孔，發(fā)現(xiàn)槽型扁鋼被拉斷，加勁環(huán)完好無損，但明顯與混凝土脫離。由此分析，可能導(dǎo)致鋼管鼓包的主要原因如下。

（1）尾水支管圍巖主要為微新的片麻狀閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖及斜長角閃巖。斷層較為發(fā)育，多達(dá)7條，其中多條與洞軸線交角較小，不利于洞室圍巖的穩(wěn)定。因此，對應(yīng)鼓包部位地質(zhì)條件較復(fù)雜，周邊地質(zhì)條件對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，加上鼓包部位為尾水事故閘門鋼閘室連接直管的漸變管，鋼管本身局部應(yīng)力較大。

（2）混凝土在拌和站拌制后經(jīng)場內(nèi)公路、進(jìn)場交通洞、尾水施工支洞及尾水隧洞，再到尾水施工支管，運(yùn)距較長，加上尾水施工支洞、尾水隧洞段路況較差，混凝土運(yùn)輸車輛行駛速度較慢、行駛時(shí)間較長，混凝土坍落度損失較大，在采用混凝土泵泵送入倉回填時(shí)，未及時(shí)倒換泵管，未按照要求均衡上升回填，存在一側(cè)混凝土回填高度大于另一側(cè)的情況，進(jìn)一步增大了鋼管所受到的應(yīng)力。

（3）在進(jìn)行底板固結(jié)灌漿時(shí)，灌漿整體壓力未超出設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)要求不大于0.8 MPa），但檢查壓力曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)存在瞬時(shí)壓力超出設(shè)計(jì)要求（最高接近1 MPa），且存在未卡塞進(jìn)行灌漿，而是違規(guī)在鋼管預(yù)留孔部位直接接灌漿管進(jìn)行灌漿，導(dǎo)致鋼板直接承受灌漿壓力。

4 處理措施

尾水施工支管作為機(jī)組發(fā)電的主要流道，流速較高，對流道形體及平整度要求較高，為不影響機(jī)組發(fā)電與長期運(yùn)行，需要對鼓包位置進(jìn)行處理。主要將鼓包部位的鋼板及加勁環(huán)割除，然后鑿除鋼板底部混凝土，在加勁環(huán)部位增設(shè)錨桿，在新老部位混凝土結(jié)合處增加插筋，將加勁環(huán)和鋼板割除的部位補(bǔ)起來，回填自密實(shí)混凝土，底板接觸灌漿施工，預(yù)留孔焊接封堵，新鋼襯部位進(jìn)行防腐施工。具體處理措施如下。

在鋼板割除前首先鋼管施做內(nèi)支撐，確保漸變管整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后再進(jìn)行鋼板切割，防止在處理鼓包時(shí)引起其他部位變形。鋼板切割分兩次進(jìn)行，第一次割除距設(shè)計(jì)割除邊線預(yù)留不小于50 mm，再按照邊線進(jìn)行割除，使用半自動(dòng)火焰切割對刨除位置進(jìn)行修口并開設(shè)坡口。將切割線范圍內(nèi)的舊加勁環(huán)采用火焰切割全部切除，并將鋼襯切割線外部170 mm舊加勁環(huán)同樣切除，將加勁環(huán)切割部位打磨干凈。

舊鋼襯刨除后，人工采用電鎬對鼓包部位底部混凝土進(jìn)行鑿除，鑿除深度不小于60 cm。在加勁環(huán)底部采取手風(fēng)鉆鉆孔，增設(shè)φ28 mm錨桿，間距為750 mm×800 mm布置，后續(xù)與加勁環(huán)雙面焊接，焊縫高度為20 mm，錨桿長4 m，入巖2.56 m。

在新舊混凝土結(jié)合面上布置連接插筋，插筋采用φ22 mm@1.0 mm×1.0 m布置，插筋總長度為0.9 m，新舊混凝土內(nèi)各長0.45 m。

采用厚度大于原鋼板厚度的同材質(zhì)鋼板對切除的鼓包位置鋼板進(jìn)行更換，新鋼板與舊鋼板存在厚度差，使用火焰切割舊鋼板與新鋼板對接的接口位置，形成坡度為1∶3的斜坡，并將切割后的坡口打磨處理干凈。加勁環(huán)的尺寸根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際割除的尺寸下料，并直接使用數(shù)控火焰切割機(jī)切割成形，再與新鋼板焊接連接。在新鋼襯上焊接加固扁鋼，在舊鋼襯開口一圈坡口位置設(shè)置墊板并留出不低于3 mm的對縫間隙，方便后期焊接，保證焊縫焊接內(nèi)部質(zhì)量。

新鋼襯與加勁環(huán)在廠內(nèi)制作完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場。在安裝前，核對切口尺寸，清理焊道及兩側(cè)，并在鋼襯外壁適當(dāng)位置布置定位塊。鋼襯吊裝到位后，用千斤頂和壓碼工裝進(jìn)行壓縫，并進(jìn)行定位焊。

鼓包處鋼板修復(fù)完成后，委托有相應(yīng)資質(zhì)的單位對焊縫進(jìn)行無損檢測。檢測合格后，采用比原混凝土高一個(gè)標(biāo)號的自密實(shí)混凝土通過預(yù)留的灌注孔進(jìn)行回填，再通過預(yù)留的觀察孔（兼灌漿孔）觀察灌注情況，直至自密實(shí)混凝土灌滿并溢出觀測孔。

在新安裝的鋼襯上預(yù)留1個(gè)φ150 mm孔，2個(gè)φ50 mm孔。中間1個(gè)用于自密實(shí)混凝土的灌注，剩余2個(gè)用于混凝土灌注時(shí)的排氣、灌注過程中密實(shí)度的觀察及后期灌漿使用。自密實(shí)混凝土回填時(shí)將所有排氣孔和灌漿孔打開，自密實(shí)混凝土回填結(jié)束后，采用錘擊的方式檢測是否存在脫空情況。

根據(jù)檢測結(jié)果，須在脫空部位采取接觸灌漿方式。灌漿壓力小于0.1 MPa，灌漿前將所有灌漿孔打開，如果2個(gè)加勁環(huán)之間無灌漿孔，應(yīng)補(bǔ)設(shè)一個(gè)灌漿孔用于排氣，一序灌漿孔灌漿時(shí)，其他孔應(yīng)出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象。接觸灌漿結(jié)束后，再次委托有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行底板接觸灌漿質(zhì)量檢查，檢查合格后方可進(jìn)行灌注孔、排氣檢查孔封焊并打平磨光。

待灌漿完成后，拆除臨時(shí)內(nèi)支撐。新鋼襯的除銹工作采用電動(dòng)鋼絲輪打磨的人工除銹方式，內(nèi)壁噴涂采用人工磨光機(jī)打磨。經(jīng)除銹后的鋼材表面宜在2 h內(nèi)涂裝防銹處理。

5 結(jié) 語

在水電水利行業(yè)中，隧洞往往采用鋼管襯砌，且采用鋼管襯砌的一般是流速較大、結(jié)構(gòu)要求較高的部位，因此，在施工質(zhì)量方面要求往往較高。鼓包是一種鋼管襯砌較為常見的質(zhì)量問題，其產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜多樣，地質(zhì)、結(jié)構(gòu)及施工等均可能誘發(fā)鼓包現(xiàn)象出現(xiàn)，且鼓包發(fā)生后若處理不當(dāng)，帶來的隱患往往較大。本文依托現(xiàn)場實(shí)例，通過查找、分析鼓包產(chǎn)生的原因，對鼓包部位進(jìn)行了專項(xiàng)處理，對后續(xù)鋼管襯砌施工具有指導(dǎo)意義。