套入式更换水电站压力管道施工 - 工程设计

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1、套入式更换水电站压力管道施工-工程设计１、概述石和尚电站坐落于浙东大龙谷风景区内，是我市水头最高的径流式小水电站。电站装机２５０ｋＷ，发电净水头２３１ｍ，集雨面积３．６ｋｍ２，设计多年平均发电量６０万ｋＷ·ｈ，设计单位耗水量２ｍ３／ｋＷ·ｈ；由于没有调节水库，其水量的利用率只有４０％。电站始建于上世纪８０年代初，受当时计划经济的影响，钢材、水泥等主材缺乏。全长４０５ｍ的压力管道采用３种不同的材料安装，其中厂房至５号镇墩间１６５ｍ采用Φ３００ｍｍ厚８ｍｍ的钢管；５号至２号镇墩间１３０ｍ采用西安产Φ４００的钢筋混凝土管；２号镇墩至进水口间１１０ｍ采用Φ３００的钢丝网混凝土管。管路从山脊与等

2、高线垂直布置，厂房至２号镇墩间为同一坡角，坡角达４０°，山坡陡峭，施工困难，２号镇墩为变坡，山坡坡角由４０°转为２９°至进水口。进水口设有简易的混凝土平板闸门和容积１１０ｍ３的前池，而后通过８００ｍ的引水明渠从山沟中将水引入。２、问题及原因２．１问题石和尚电站最初由当时的新山乡政府主管，现所属为贵门乡政府。自１９８０年投入运行后的第２年，在５号镇墩上部高程２６０ｍ（厂房高程１４０ｍ）处的混凝土管，由于承受不了高压水头的冲击而发生爆裂。在前２０多年的运行中，也曾多次发生混凝土管爆裂的现象，采取的措施均为增加镇墩的个数，将爆裂段覆盖混凝土，整条管路到改造前已经没有一节较完整的混凝土管，看上

3、去是千疮百孔。上级主管部门在电站安全检查中曾下令停止运行。２．２原因电站的管理权均由乡政府分期承包给个人经营，经营者在取得承包管理权后，由于多数承包者缺乏专业技术知识，对小水电站的管理能力较差，因此，在运行管理中只能做一些简单的操作，且短期行为明显。尽管存在严重的安全隐患和大量的水能损失，经营者在承包管理经营的几年中，是不肯也不可能将资金投入到改造和挖潜中去的。２００２年后，丰潭水电站经与贵门乡政府协商后，签订了２０年的承包管理经营权。面对石和尚电站严重的安全隐患，丰潭电站领导下决心对管道进行一次全面的改造。经多次现场察看后确定把２４０ｍ混凝土管全部更换为钢管。３、施工条件、方案的选择

4、与确定石和尚电站进水口前池高程３７４ｍ，距前池３００ｍ相同高程处有一４级公路通过。所有施工材料、机械设施可运到该地存放，然后肩挑经前池至施工现场。前池到５号镇墩高差１２４ｍ，且山坡十分陡峭，施工道路为仅可单人通行的小路，同时风景区内自然植被稠密，灌木荆棘丛生。要更换新的管路，必须拆除原混凝土管，拆下后的混凝土管在周边又无法堆积。如果将拆下的混凝土管从山坡滚下，整个山坡植被将被全部破坏；同时安装新管正常的施工方案必须架设索道吊装，安装索道的土建成本很高，其安全性、稳定性、时间性均很难保证。因此，在陡峭的山坡，行走困难的施工道路条件下如何选择切合实际的施工方案，是当时最感困难的问题。经查阅

5、当年建设时期的设计图纸，５号至２号镇墩间１３０ｍ管路为Φ４００西安产的钢筋混凝土管，而厂房至５号镇墩是不须更换的Φ３００钢管。针对这一情况，设计更换的新钢管厚６ｍｍ，直径Φ３００，直径与原设计的相符。新钢管与混凝土之间存在着直径差，我们设想可将混凝土看作滑轨，将钢管分节穿入混凝土管中，同时利用山坡坡角陡这一有利条件，钢管在自重作用下只要克服摩擦阻力，就能通过管内下放到底部与老钢管连接。这一施工方案的选定，可解决如下几个难题：１）混凝土管不需要拆除，可减少拆管所需的人工，减少对植被的破坏；２）不需安装施工复杂且操作麻烦的索道，可节约机械设施费和临时工程费，又可缩短施工工期；３）安全有保证

6、。套入式方案确定后，如何解决放管、焊接、同心度、稳定性及钢管今后的养护检修；同时如何确保各镇墩正常受力成了新的问题。经分析研究，２号镇墩为山坡坡角变换和两种混凝土管直径变换处，该镇墩作为下放钢管的主要施工场地较合适。机械设施可采用３ｔ卷扬机架于２号镇墩上游管路中间处固定，将加工成形的单根长度６ｍ的钢管逐根放入混凝土管口。为控制同心度和支承钢管，根据支墩间距，在每节钢管下部焊接１道或２道１０×３８×３００的滑轨２根，焊接角６０°；而后连接卷扬机控制下放钢管的速度和方向。同时在每一镇墩的下部必须切除３ｍ左右的钢筋混凝土管，该处作为焊接的操作场地和安装管路伸缩节。以两镇墩间为焊接单位从２号镇

7、墩处放下１节焊接１节，直至两镇墩间焊接完成安装伸缩节。如此重复向上，直至安装完成。为确保原镇墩正常受力，在未安装钢管前应拆除原镇墩的上部结构和混凝土管，新管安装完毕后将混凝土直接浇筑在新钢管上镇住，确保其运行中的稳定。钢管套入混凝土管后，由于两者之间存在着空隙，套入部份钢管被旧混凝土管包围着而在今后的运行中将无法检修，且易失稳，易腐蚀。因此在空隙中填充低标号水泥沙浆，用水泥沙浆或渗水性差的材料封堵上下两口，防止雨水侵入而腐蚀钢管，这样既解决隔几