广州抽水蓄能电厂引水隧洞防贝防侵蚀项目的实施与分析

何涛，何直，赵波

（1.广东蓄能发电有限公司，广东省广州市 510690；2.中国水利水电科学研究院，北京市海淀区 100038）

广州抽水蓄能电厂引水隧洞防贝防侵蚀项目的实施与分析

何涛1，何直1，赵波2

（1.广东蓄能发电有限公司，广东省广州市 510690；2.中国水利水电科学研究院，北京市海淀区 100038）

广州抽水蓄能电厂B厂引水隧洞检修时发现混凝土衬砌附着大量淡水壳菜，且混凝土表面存在较严重的侵蚀，为保证安全生产和提高输水效率，决定对隧洞衬砌表面涂覆涂层材料进行防护。从市场上选定的18种常见类别的防护涂层材料委托清华大学在西枝江沼蛤防治试验站进行自然浸泡附着试验，基于试验结果和专家论证，最终选定YEC环氧涂层材料作为防护工程的施工材料。本文对防护材料的选定试验过程和B厂引水隧洞的施工情况进行了介绍，并对施工管理经验进行了总结。

淡水壳菜；防侵蚀；混凝土表面防护；引水隧洞；YEC环氧防护涂层

1 前言

广州抽水蓄能电厂是我国第一座、目前世界上最大容量的抽水蓄能电站之一，在电网中具有调峰填谷、无功调节、事故备用、黑启动电源功能，为电网的安全稳定运行提供安全保障。其枢纽工程由上水库及大坝、下水库及大坝、引水系统、地下厂房等组成。2012年10月，广蓄电厂对B厂尾水隧洞检修时发现大量淡水壳菜附着。淡水壳菜的大量滋生对水电厂的运行有较大影响，它能增大糙率，缩小过水断面，降低引水发电效率，侵蚀管壁混凝土，威胁工程运行，导致工程的维护费用大大增加。此外淡水壳菜大量消耗水中溶解氧，并代谢产生氨氮和营养盐，恶化水质[1]。

为此，广蓄电厂组织多个专题小组对水库水质及贝类污染技术开展了调研，针对引水隧洞内淡水壳菜的污染分布和腐蚀情况进行了细致的调查和危害分析，认为B厂现有的防治方案并不理想。根据常见的淡水壳菜防治技术，结合广蓄电厂的实际情况分析，项目组认为采用涂料防附和生物防治双管齐下的综合治理方案，是目前所掌握的信息基础上较为合理、有效的处理方法。2013年10月广蓄电厂又组织专家咨询会探讨减轻和防止生物及水质侵蚀，延长衬砌混凝土耐久性的技术和方案，会议建议委托第三方对隧洞衬砌混凝土防淡水壳菜防水质侵蚀材料进行实验室试验。通过实验方案的竞标，最终广蓄电厂委托清华大学对隧洞衬砌混凝土防淡水壳菜附着、防水质侵蚀材料进行试验研究。在此基础上，选择理想的材料对B厂引水隧洞进行防护施工。

2 防淡水壳菜附着涂层材料的选择

针对广蓄电厂引水隧洞防护工程项目，要求选定的防护材料符合国家卫生标准，满足环保要求，具有良好的潮湿基面黏接性能和耐久性，具有抗水质侵蚀和防淡水壳菜附着性，材料施工工艺能够适应现场环境要求。

对修补材料性能的筛选标准进行具体化：①安全性能：要求材料符合GB/T 17219—1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》及JC 1066—2008《建筑防水涂料中有害物质限量》的要求；②施工性能：具有良好的施工性能，可在潮湿混凝土基面施工、养护，施工效率高，固化时间短，对于操作人员无伤害；③耐候性能：材料与混凝土基面结合紧密，抗冲刷性与抗剥离性好，抗水流侵蚀及防淡水壳菜附着性好，能满足一定的耐久性要求；④具有较好的经济性指标。

试验材料收集阶段即要参照以上标准对材料进行初步筛选。

2.1 防护材料的收集和试件准备

混凝土表面防护材料按照涂覆形态分为3类：浸渍型材料，疏水性浸渍型材料及涂料。试验中根据环保性、安全性、施工性的选择原则，选定了基本能够覆盖市场上现有所有类别的防护材料，具体种类如下：

（1）浸渍渗透型（4种）：改性硅酸盐、水玻璃、DPS+TS、水泥基渗透结晶材料；

（2）疏水浸渍型（2种）：液体浸渍硅烷、膏状浸渍硅烷；

（3）覆盖型涂料（12种）：纯聚脲、有机无机杂化材料、改性丙烯酸树脂涂料、改性弹性环氧树脂涂料、乙烯基树脂涂料、氟碳树脂涂料、SK-聚脲1、SK-聚脲2、聚氨酯涂料、SK-环氧YEC、SK-环氧D50、陶瓷漆。

试验中采用统一规格的混凝土试块，由实验室统一提供给材料生产商，由材料生产商完成材料的涂覆和养护，每种材料涂2～3个试块，然后寄回实验室进行附着性试验。

2.2 试验研究方法

试验采用的研究方法有文献调研、实验室试验和现场试验。实验室试验选择在淡水壳菜分布广泛的东江支流西枝江泵站的清华大学沼蛤防治试验站，试验水槽中的水与西枝江水保持联通，以保证江水中的充足的悬浮藻类及微生物进入试验水槽，从而保证淡水壳菜良好的生长条件。

同种试件在试验水槽中的位置分散放置进行淡水壳菜自然附着和人工附着试验，以避免摆放位置对附着结果的影响，用未涂覆任何防护涂料的混凝土试块作为空白组进行试验对比。试验周期持续9个月，覆盖了一年的2次产卵期，待附着稳定后定期观测附着密度、生物量、附着率、致死率、逃逸率、足丝数、附着力等指标来量化评价防护材料的抗淡水壳菜附着性，再结合材料的安全性、施工性、耐久性和经济性推荐最优的1～2种防护材料。

现场工艺试验在广蓄电厂进行，主要考察材料的施工性能，结合实验室结果，确定最终的材料方案。

2.3 试验结果与结论

附着试验过程中分别在自然附着2个月、4个月、6个月和9个月时检查各种材料试件的附着密度。从实际结果上看，在2个月的试验时间内暂时看不出不同材料的附着效果的优劣，而4个月后的试验可以明显发现不同材料壳菜附着密度的区别，将4个月、6个月和9个月的附着结果进行归纳、对比，发现三次检查结果都排在第一梯队（附着密度为空白组的15%以内）的材料有硅烷浸渍、氟碳树脂、SK-聚脲1和SK-环氧YEC，排在第二梯队（附着密度为空白组的15%～30%）的材料有SK-聚脲2、改性硅酸盐和改性丙烯酸树脂涂料。

结合涂料的耐久性考虑，氟碳树脂和硅烷浸渍的耐久性相对较差，最后推荐SK-聚脲1和SK-环氧YEC作为广蓄隧洞混凝土防护工程的推荐材料[2]。

基于附着性试验的结论，选择了3种防护材料在广蓄电厂进行了工艺试验，由于YEC环氧防护材料一次施工厚度可达到2mm，对潮湿环境具有较好的适应性，黏接性能出色，耐水、耐久性好等优点，最终确定YEC环氧防护涂层材料作为广蓄隧洞混凝土的防护材料。

3 YEC环氧防护涂层材料简介

中国水利水电科学研究院在2008年针对环氧树脂材料在水工混凝土修补防护应用中经常出现的问题，如涂层开裂和脱空、进而脱落等现象，开展了环氧薄层防护材料环境适用性的专项研究，系统地研究了开裂机理，断裂韧性与温度相关性等问题[3，4，5]。在此基础上，结合水利工程施工特点开发了YEC环氧防护涂层材料，基本性能见表1[6]。

YEC涂层材料先后在安徽白莲崖水库排沙洞闸门、云南腾冲松山河口电站引水隧洞、厄瓜多尔科卡科多辛克雷（CCS）首部冲沙闸消力池、南水北调中线京石段PCCP管加固防护等工程中得到应用，应用效果良好。其中白莲崖水库排沙洞闸门防护已运行6年，云南腾冲松山河口电站隧洞已运行5年，检查发现涂层完好无损，未出现任何损坏现象。实践应用表明，YEC环氧防护涂层材料是一种性能可靠的水工混凝土防护材料[7]。

表1 YEC环氧防护涂层材料基本性能Tab.1 The Properties of YEC Protective Coating

4 广蓄B厂引水隧洞涂层防护施工情况

广蓄B厂引水系统隧洞全长约3800m，经隧洞排空检查发现混凝土衬砌表面普遍存在侵蚀及大量淡水壳菜附着，其中上游隧洞、上下游（尾水）调压井混凝土表面缺陷需要进行修补找平，并涂覆1.5～2.0mm YEC环氧防护涂层材料进行防护，预期涂覆量约45000m2；下游（尾水）隧洞混凝土在2012年喷涂过环氧涂料，状态尚可，仅对表面附着的淡水壳菜进行清理，工程量约50000m2，另外高压岔管及1号支洞渗水部位进行灌浆防渗处理。工程施工从2015年10月开始，工期为80天。

隧洞混凝土表明修补防护工程主要施工内容包括基面清理、裂缝灌浆、腐蚀混凝土表面修补找平及涂覆YEC环氧防护涂层材料，各部分施工过程介绍如下：

（1）基面清理。大部分区域采用高压水清理表面附着的淡水壳菜，对于混凝土孔洞处重点冲洗，隧洞腰线下局部先采用钢丝刷人工清理，然后再用高压水冲洗。大部分区域能清理洁净，局部孔洞部位有少量壳菜残留，需要采用人工二次重点清理。清理后的表面基本为洁净、坚实的混凝土表面，能满足后续修补施工的要求；图1和图2为清理前后表面状态。

图1 隧洞表面淡水壳菜附着情况Fig.1 Adhesion status of Limnoperna fortunei

（2）裂缝灌浆止水。引水隧洞的部分施工缝或裂缝有渗水现象，虽然对隧洞的引水功能影响不大，但会造成混凝土表面较大范围的水渍，影响表面防护施工，因此需要对渗水裂缝做止水处理。实际施工中根据不同的情况采用了不同的方法，对裂缝采用化学灌浆的方法进行止渗处理，对施工缝和个别渗水点采用了导管引水的方式，为表面修补和防护提供基本干燥的基面条件。

（3）基面修补和找平。隧洞混凝土长期运行中受到腐蚀和软水侵蚀作用，表面剥蚀比较严重，大部分区域骨料裸露，严重的地方骨料消失，出现较大的孔洞，在进行涂层防护前，需要对基面进行修补和找平。工程针对顶部缺陷较大的区域，采用了触变型环氧砂浆进行修复，而缺陷相对较小的区域采用了环氧腻子进行找平，基本满足了后续施工的平整度要求。

（4）涂覆YEC环氧防护涂层。YEC环氧防护涂层材料采用刮涂的方式进行施工，一次作业厚度可达到设计要求的2mm，保证了防护的施工效率，也保证了施工质量，避免多次施工可能出现的层间薄弱的问题。

该项目在执行过程中克服工期紧张、方案调整、施工组织等多方面困难后，于12月按计划顺利结束并按时完成验收，施工完成后整体效果良好。图3和图4为防护施工现场和防护后整体效果。

5 结束语

广蓄B厂隧洞的防护项目集科研试验与施工一体，施工工程量大、工期短、难度大，并且采用了新材料、新工艺，给施工组织和管理提出了较高的要求，回顾项目执行的过程，有许多经验值得总结：

图2 高压水冲洗后的表面Fig.2 Coucrete Surface Status after High-pressure Water Jet

图3 隧洞修复防护施工Fig.3 Repaired Procedure

图4 修复后整体效果Fig.4 Repaired tunnel

（1）淡水壳菜附着是电站引水系统中较为普遍的现象，涂层防护是适用性比较广泛的方法，但目前非常缺乏防护材料、工艺等方面的系统研究，该项目开展的隧洞贝类防护试验选择市场有代表性的材料，进行了较为系统、全面的工作，为防护施工工程的实施提供了技术支持和保障，对其他输水工程也有很好的借鉴意义。

（2）该工程施工的工期短，任务量大，前期对引水隧洞状况的调研工作非常重要。由于引水系统的特点，运行过程中人员无法进行现场情况勘察，为此采用了水下机器人对隧洞内的贝类附着情况进行了水下观察，为工程的实施提供了第一手的资料，但由于水下条件的限制，对壳菜附着的混凝土基面状况观察不清，有部分区域的破坏程度超出了预想，导致工程难度有所增加，因此，应进一步加强新技术、新设备的应用，加强隧洞的状态勘察。

（3）隧洞防护工程部分工序为隐蔽工程，如隧洞表面清理、裂缝处理、基面找平等，这些前期工序对后续施工及整体工程质量有重要影响。针对这种情况，组织业主管理人员、监理及施工单位现场管理人员加强对现场施工的监督管理，并明确工序验收节点，严格做到前道工序未验收不得进行后续工序的施工，促进了施工质量的提高，保证了工程的顺利验收。

（4）隧洞防护是电厂检修工程的重要部分，施工进度关系到公司的整体生产计划的实施。由于施工期非常紧张，为保证工程进度和工程质量，定期进行项目进展碰头会，监理和施工单位负责人汇报施工进展情况和出现的问题，业主管理人员进行协调解决，对工程进度按计划进行起到了重要作用。

（5）隧洞施工工程按计划工期80天完成，并顺利验收，防贝防侵蚀效果还有待更长时间的跟踪观察和评价。

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The Concrete Protective Project of Diversion Tunnel of Guangzhou Pumped Storage Power Station

HE Tao1, HE Zhi1, ZHAO Bo2
(1. Guangdong Pumped Storage Power Generation co., LTD.,Guangzhou 510690, China; 2. China Institute of Water Resource and Hydropower Research， Beijing 100038, China)

Severe corrosion and adhesion of Limnoperna fortune were exist in the diversion tunnel concrete surface of the Guangzhou pumped storage power station， and a repair and coating protection project were decided to carry out for safety. A adhesiveness experiment of Limnoperna fortune on the concrete surface of 18 kinds protective coatings was made by Tsinghua university in the test station of Xizhijiang river. Based on the experimental result and expert opinions， the YEC epoxy coating was chosen to apply in the protective project. The experiment and protective work progress of the diversion tunnel are introduced in this paper.

limnoperna fortunei；anti-corrosion；concrete surface protection；divesion tunnels；YEC protective coating

TV221.2

A

570.3510

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.014

2016-05-25

2016-06-30

何涛（1982—），男，四川南充人，大学本科，主要研究方向：水工建筑物监测维护管理工作。