四川省水电站气垫式调压室运用存在问题及建议

2021-08-19张晓哲

四川水利 2021年3期

张晓哲

(四川省工程咨询研究院，成都，610016)

1 气垫式调压室简介

气垫式调压室是一种特殊型式的水电站调压室，应用于高水头水电站的首例工程为挪威Driva电站，于1973年建成。运行原理大致与常规调压室相同，区别是利用调压室上部气室内的高压空气形成“气垫”，抑制室内水位高度和水位波动幅值，控制水电站水锤和涌波性能优越。

我国首个采用气垫式调压室的电站为2000年7月建成的青海省大干沟水电站，而更多应用、推广和发展该技术的则为华能集团四川分公司所属的绵阳市平武县境内火溪河流域、甘孜州康定县境内瓦斯河流域上的多个水电项目。目前四川省已建成投产的气垫式调压室水电站有自一里、小天都、金康、木座、阴坪、金平、民治、龙洞、达阿果、虎牙等10个水电站。

气垫式调压室主要具备以下优势：布置于山体内部、深埋于地下，省掉了常规调压室常有的山坡明挖、施工支洞、压力管道上下斜井、竖井等工程，减少施工对自然生态环境的不利影响，缩短了工期，降低了施工难度和工程投资。

四川省部分气垫式调压室特性参数见表1。

表1 四川省部分水电站气垫式调压室特性参数

2 气垫式调压室存在的主要问题

2.1 设计方面

(1)气垫式调压室对围岩的气体密闭性要求极高，如何有效封闭气室中的高压气体仍是设计中的一大难题。如自一里电站采用的气垫式调压室是我国首次引进的新技术，由于是在国内水电工程中首次应用，缺乏相关的标准、规程规范和施工经验，初期运行时出现了漏气、漏水较为严重的状况，影响了电站的安全满发。

(2)受结构特性、现场条件限制，气垫式调压室设计、施工缺陷处理、修复难度极大，消缺投资、发电损失及社会影响较大，因此气垫式调压室各部设计质量要求较高，设计时安全系数取值一般较保守，相应地提高了工程造价。如虎牙电站2018年1月至2019年12月共进行了4次消缺处理，增加投资8000余万元。

(3)气垫式调压室及隧道充水放水过程中，钢板、混凝土与岩体联合受力，因承受内外压力差，稍有不慎，就可能造成钢板、混凝土等破坏，因此，充水放水过程必须采用小幅度水位变化方式。此外，充水放水时间长，特别是地质较差地段控制较难，设计时应特别关注。

(4)继续推进高压不衬砌隧洞理论及结构布置方式研究，例如小天都水电站，其引水隧洞地质条件较好，部分采用高压不衬砌隧洞，节省了投资。

2.2 施工方面

(1)施工环境差、质量控制难度较大。各施工支洞和调压室施工过程中空间狭小、通风条件差，成为施工粉尘、爆破硝烟的聚集场所，施工环境恶劣，影响施工进度。钢罩施工中存在大量的焊接作业，背板焊接施工空间狭小，焊接烟尘难以排除、钢罩内气温高，施工难度极大，特别是平压腔内两条竖缝的焊接较困难，质量控制难度较大。

(2)调压室深埋地下，不利于空气补给及量测、传感等各种管线埋设布置。由于距离较长、转弯较多，管线埋设施工难度较大。

(3)岩爆问题。由于采用了“一坡到底”的引水系统布置，使隧洞沿线的埋藏深度大大增加，初始地应力变大，岩爆发生的几率亦大大增加。据统计，小天都水电站引水隧洞埋深一般400m～500m，最大埋深达780m，约5000m洞段有不同程度的岩爆发生，约3000m洞段岩爆强烈，由于岩爆的突发性和随机性，防范难度大，给施工造成了极大的安全隐患。

2.3 运行方面

(1)调压室内衬钢板与回填混凝土的连接缝由于混凝土收缩或温度应力变化而脱开形成缝隙，虽然钢板内外静压力在平压腔(平压孔、平压管)的作用下基本相同，但由于水击作用产生的动压力的同步性存在差异，易造成钢板的径向震动而加大缝隙宽度，甚至局部完全脱开，造成局部破坏。

(2)气垫式调压室及引水隧洞充放水过程中，钢板、混凝土因承受内外压力差，致使充放水过程只能采用小幅度水位变化方式，时间长且控制较难，有可能造成钢板、焊接缝、混凝土等破坏。如民治水电站输水系统进行首次充放水试验时水位下降速度较快，在整个放水过程的最后阶段，由于调压室内气体总量不足，调压室内绝对气体压力低于1个大气压，产生了负压，从而使钢罩受负压作用变形脱空。