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廣州抽水蓄能電廠引水隧洞防貝防侵蝕項(xiàng)目的實(shí)施與分析

2018-01-08 10:34:11何濤何直趙波
水電與抽水蓄能 2017年1期
關(guān)鍵詞:淡水環(huán)氧隧洞

何濤,何直,趙波

(1.廣東蓄能發(fā)電有限公司,廣東省廣州市 510690;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京市海淀區(qū) 100038)

廣州抽水蓄能電廠引水隧洞防貝防侵蝕項(xiàng)目的實(shí)施與分析

何濤1,何直1,趙波2

(1.廣東蓄能發(fā)電有限公司,廣東省廣州市 510690;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京市海淀區(qū) 100038)

廣州抽水蓄能電廠B廠引水隧洞檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌附著大量淡水殼菜,且混凝土表面存在較嚴(yán)重的侵蝕,為保證安全生產(chǎn)和提高輸水效率,決定對(duì)隧洞襯砌表面涂覆涂層材料進(jìn)行防護(hù)。從市場(chǎng)上選定的18種常見(jiàn)類(lèi)別的防護(hù)涂層材料委托清華大學(xué)在西枝江沼蛤防治試驗(yàn)站進(jìn)行自然浸泡附著試驗(yàn),基于試驗(yàn)結(jié)果和專(zhuān)家論證,最終選定YEC環(huán)氧涂層材料作為防護(hù)工程的施工材料。本文對(duì)防護(hù)材料的選定試驗(yàn)過(guò)程和B廠引水隧洞的施工情況進(jìn)行了介紹,并對(duì)施工管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。

淡水殼菜;防侵蝕;混凝土表面防護(hù);引水隧洞;YEC環(huán)氧防護(hù)涂層

1 前言

廣州抽水蓄能電廠是我國(guó)第一座、目前世界上最大容量的抽水蓄能電站之一,在電網(wǎng)中具有調(diào)峰填谷、無(wú)功調(diào)節(jié)、事故備用、黑啟動(dòng)電源功能,為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供安全保障。其樞紐工程由上水庫(kù)及大壩、下水庫(kù)及大壩、引水系統(tǒng)、地下廠房等組成。2012年10月,廣蓄電廠對(duì)B廠尾水隧洞檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)大量淡水殼菜附著。淡水殼菜的大量滋生對(duì)水電廠的運(yùn)行有較大影響,它能增大糙率,縮小過(guò)水?dāng)嗝?,降低引水發(fā)電效率,侵蝕管壁混凝土,威脅工程運(yùn)行,導(dǎo)致工程的維護(hù)費(fèi)用大大增加。此外淡水殼菜大量消耗水中溶解氧,并代謝產(chǎn)生氨氮和營(yíng)養(yǎng)鹽,惡化水質(zhì)[1]。

為此,廣蓄電廠組織多個(gè)專(zhuān)題小組對(duì)水庫(kù)水質(zhì)及貝類(lèi)污染技術(shù)開(kāi)展了調(diào)研,針對(duì)引水隧洞內(nèi)淡水殼菜的污染分布和腐蝕情況進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)查和危害分析,認(rèn)為B廠現(xiàn)有的防治方案并不理想。根據(jù)常見(jiàn)的淡水殼菜防治技術(shù),結(jié)合廣蓄電廠的實(shí)際情況分析,項(xiàng)目組認(rèn)為采用涂料防附和生物防治雙管齊下的綜合治理方案,是目前所掌握的信息基礎(chǔ)上較為合理、有效的處理方法。2013年10月廣蓄電廠又組織專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)探討減輕和防止生物及水質(zhì)侵蝕,延長(zhǎng)襯砌混凝土耐久性的技術(shù)和方案,會(huì)議建議委托第三方對(duì)隧洞襯砌混凝土防淡水殼菜防水質(zhì)侵蝕材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的競(jìng)標(biāo),最終廣蓄電廠委托清華大學(xué)對(duì)隧洞襯砌混凝土防淡水殼菜附著、防水質(zhì)侵蝕材料進(jìn)行試驗(yàn)研究。在此基礎(chǔ)上,選擇理想的材料對(duì)B廠引水隧洞進(jìn)行防護(hù)施工。

2 防淡水殼菜附著涂層材料的選擇

針對(duì)廣蓄電廠引水隧洞防護(hù)工程項(xiàng)目,要求選定的防護(hù)材料符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),滿足環(huán)保要求,具有良好的潮濕基面黏接性能和耐久性,具有抗水質(zhì)侵蝕和防淡水殼菜附著性,材料施工工藝能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求。

對(duì)修補(bǔ)材料性能的篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體化:①安全性能:要求材料符合GB/T 17219—1998《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》及JC 1066—2008《建筑防水涂料中有害物質(zhì)限量》的要求;②施工性能:具有良好的施工性能,可在潮濕混凝土基面施工、養(yǎng)護(hù),施工效率高,固化時(shí)間短,對(duì)于操作人員無(wú)傷害;③耐候性能:材料與混凝土基面結(jié)合緊密,抗沖刷性與抗剝離性好,抗水流侵蝕及防淡水殼菜附著性好,能滿足一定的耐久性要求;④具有較好的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

試驗(yàn)材料收集階段即要參照以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料進(jìn)行初步篩選。

2.1 防護(hù)材料的收集和試件準(zhǔn)備

混凝土表面防護(hù)材料按照涂覆形態(tài)分為3類(lèi):浸漬型材料,疏水性浸漬型材料及涂料。試驗(yàn)中根據(jù)環(huán)保性、安全性、施工性的選擇原則,選定了基本能夠覆蓋市場(chǎng)上現(xiàn)有所有類(lèi)別的防護(hù)材料,具體種類(lèi)如下:

(1)浸漬滲透型(4種):改性硅酸鹽、水玻璃、DPS+TS、水泥基滲透結(jié)晶材料;

(2)疏水浸漬型(2種):液體浸漬硅烷、膏狀浸漬硅烷;

(3)覆蓋型涂料(12種):純聚脲、有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料、改性丙烯酸樹(shù)脂涂料、改性彈性環(huán)氧樹(shù)脂涂料、乙烯基樹(shù)脂涂料、氟碳樹(shù)脂涂料、SK-聚脲1、SK-聚脲2、聚氨酯涂料、SK-環(huán)氧YEC、SK-環(huán)氧D50、陶瓷漆。

試驗(yàn)中采用統(tǒng)一規(guī)格的混凝土試塊,由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一提供給材料生產(chǎn)商,由材料生產(chǎn)商完成材料的涂覆和養(yǎng)護(hù),每種材料涂2~3個(gè)試塊,然后寄回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行附著性試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)研究方法

試驗(yàn)采用的研究方法有文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)選擇在淡水殼菜分布廣泛的東江支流西枝江泵站的清華大學(xué)沼蛤防治試驗(yàn)站,試驗(yàn)水槽中的水與西枝江水保持聯(lián)通,以保證江水中的充足的懸浮藻類(lèi)及微生物進(jìn)入試驗(yàn)水槽,從而保證淡水殼菜良好的生長(zhǎng)條件。

同種試件在試驗(yàn)水槽中的位置分散放置進(jìn)行淡水殼菜自然附著和人工附著試驗(yàn),以避免擺放位置對(duì)附著結(jié)果的影響,用未涂覆任何防護(hù)涂料的混凝土試塊作為空白組進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。試驗(yàn)周期持續(xù)9個(gè)月,覆蓋了一年的2次產(chǎn)卵期,待附著穩(wěn)定后定期觀測(cè)附著密度、生物量、附著率、致死率、逃逸率、足絲數(shù)、附著力等指標(biāo)來(lái)量化評(píng)價(jià)防護(hù)材料的抗淡水殼菜附著性,再結(jié)合材料的安全性、施工性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性推薦最優(yōu)的1~2種防護(hù)材料。

現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)在廣蓄電廠進(jìn)行,主要考察材料的施工性能,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室結(jié)果,確定最終的材料方案。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

附著試驗(yàn)過(guò)程中分別在自然附著2個(gè)月、4個(gè)月、6個(gè)月和9個(gè)月時(shí)檢查各種材料試件的附著密度。從實(shí)際結(jié)果上看,在2個(gè)月的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)暫時(shí)看不出不同材料的附著效果的優(yōu)劣,而4個(gè)月后的試驗(yàn)可以明顯發(fā)現(xiàn)不同材料殼菜附著密度的區(qū)別,將4個(gè)月、6個(gè)月和9個(gè)月的附著結(jié)果進(jìn)行歸納、對(duì)比,發(fā)現(xiàn)三次檢查結(jié)果都排在第一梯隊(duì)(附著密度為空白組的15%以?xún)?nèi))的材料有硅烷浸漬、氟碳樹(shù)脂、SK-聚脲1和SK-環(huán)氧YEC,排在第二梯隊(duì)(附著密度為空白組的15%~30%)的材料有SK-聚脲2、改性硅酸鹽和改性丙烯酸樹(shù)脂涂料。

結(jié)合涂料的耐久性考慮,氟碳樹(shù)脂和硅烷浸漬的耐久性相對(duì)較差,最后推薦SK-聚脲1和SK-環(huán)氧YEC作為廣蓄隧洞混凝土防護(hù)工程的推薦材料[2]。

基于附著性試驗(yàn)的結(jié)論,選擇了3種防護(hù)材料在廣蓄電廠進(jìn)行了工藝試驗(yàn),由于YEC環(huán)氧防護(hù)材料一次施工厚度可達(dá)到2mm,對(duì)潮濕環(huán)境具有較好的適應(yīng)性,黏接性能出色,耐水、耐久性好等優(yōu)點(diǎn),最終確定YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料作為廣蓄隧洞混凝土的防護(hù)材料。

3 YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料簡(jiǎn)介

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院在2008年針對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂材料在水工混凝土修補(bǔ)防護(hù)應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題,如涂層開(kāi)裂和脫空、進(jìn)而脫落等現(xiàn)象,開(kāi)展了環(huán)氧薄層防護(hù)材料環(huán)境適用性的專(zhuān)項(xiàng)研究,系統(tǒng)地研究了開(kāi)裂機(jī)理,斷裂韌性與溫度相關(guān)性等問(wèn)題[3,4,5]。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水利工程施工特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料,基本性能見(jiàn)表1[6]。

YEC涂層材料先后在安徽白蓮崖水庫(kù)排沙洞閘門(mén)、云南騰沖松山河口電站引水隧洞、厄瓜多爾科卡科多辛克雷(CCS)首部沖沙閘消力池、南水北調(diào)中線京石段PCCP管加固防護(hù)等工程中得到應(yīng)用,應(yīng)用效果良好。其中白蓮崖水庫(kù)排沙洞閘門(mén)防護(hù)已運(yùn)行6年,云南騰沖松山河口電站隧洞已運(yùn)行5年,檢查發(fā)現(xiàn)涂層完好無(wú)損,未出現(xiàn)任何損壞現(xiàn)象。實(shí)踐應(yīng)用表明,YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料是一種性能可靠的水工混凝土防護(hù)材料[7]。

表1 YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料基本性能Tab.1 The Properties of YEC Protective Coating

4 廣蓄B廠引水隧洞涂層防護(hù)施工情況

廣蓄B廠引水系統(tǒng)隧洞全長(zhǎng)約3800m,經(jīng)隧洞排空檢查發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌表面普遍存在侵蝕及大量淡水殼菜附著,其中上游隧洞、上下游(尾水)調(diào)壓井混凝土表面缺陷需要進(jìn)行修補(bǔ)找平,并涂覆1.5~2.0mm YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料進(jìn)行防護(hù),預(yù)期涂覆量約45000m2;下游(尾水)隧洞混凝土在2012年噴涂過(guò)環(huán)氧涂料,狀態(tài)尚可,僅對(duì)表面附著的淡水殼菜進(jìn)行清理,工程量約50000m2,另外高壓岔管及1號(hào)支洞滲水部位進(jìn)行灌漿防滲處理。工程施工從2015年10月開(kāi)始,工期為80天。

隧洞混凝土表明修補(bǔ)防護(hù)工程主要施工內(nèi)容包括基面清理、裂縫灌漿、腐蝕混凝土表面修補(bǔ)找平及涂覆YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料,各部分施工過(guò)程介紹如下:

(1)基面清理。大部分區(qū)域采用高壓水清理表面附著的淡水殼菜,對(duì)于混凝土孔洞處重點(diǎn)沖洗,隧洞腰線下局部先采用鋼絲刷人工清理,然后再用高壓水沖洗。大部分區(qū)域能清理潔凈,局部孔洞部位有少量殼菜殘留,需要采用人工二次重點(diǎn)清理。清理后的表面基本為潔凈、堅(jiān)實(shí)的混凝土表面,能滿足后續(xù)修補(bǔ)施工的要求;圖1和圖2為清理前后表面狀態(tài)。

圖1 隧洞表面淡水殼菜附著情況Fig.1 Adhesion status of Limnoperna fortunei

(2)裂縫灌漿止水。引水隧洞的部分施工縫或裂縫有滲水現(xiàn)象,雖然對(duì)隧洞的引水功能影響不大,但會(huì)造成混凝土表面較大范圍的水漬,影響表面防護(hù)施工,因此需要對(duì)滲水裂縫做止水處理。實(shí)際施工中根據(jù)不同的情況采用了不同的方法,對(duì)裂縫采用化學(xué)灌漿的方法進(jìn)行止?jié)B處理,對(duì)施工縫和個(gè)別滲水點(diǎn)采用了導(dǎo)管引水的方式,為表面修補(bǔ)和防護(hù)提供基本干燥的基面條件。

(3)基面修補(bǔ)和找平。隧洞混凝土長(zhǎng)期運(yùn)行中受到腐蝕和軟水侵蝕作用,表面剝蝕比較嚴(yán)重,大部分區(qū)域骨料裸露,嚴(yán)重的地方骨料消失,出現(xiàn)較大的孔洞,在進(jìn)行涂層防護(hù)前,需要對(duì)基面進(jìn)行修補(bǔ)和找平。工程針對(duì)頂部缺陷較大的區(qū)域,采用了觸變型環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù),而缺陷相對(duì)較小的區(qū)域采用了環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行找平,基本滿足了后續(xù)施工的平整度要求。

(4)涂覆YEC環(huán)氧防護(hù)涂層。YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料采用刮涂的方式進(jìn)行施工,一次作業(yè)厚度可達(dá)到設(shè)計(jì)要求的2mm,保證了防護(hù)的施工效率,也保證了施工質(zhì)量,避免多次施工可能出現(xiàn)的層間薄弱的問(wèn)題。

該項(xiàng)目在執(zhí)行過(guò)程中克服工期緊張、方案調(diào)整、施工組織等多方面困難后,于12月按計(jì)劃順利結(jié)束并按時(shí)完成驗(yàn)收,施工完成后整體效果良好。圖3和圖4為防護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)和防護(hù)后整體效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣蓄B廠隧洞的防護(hù)項(xiàng)目集科研試驗(yàn)與施工一體,施工工程量大、工期短、難度大,并且采用了新材料、新工藝,給施工組織和管理提出了較高的要求,回顧項(xiàng)目執(zhí)行的過(guò)程,有許多經(jīng)驗(yàn)值得總結(jié):

圖2 高壓水沖洗后的表面Fig.2 Coucrete Surface Status after High-pressure Water Jet

圖3 隧洞修復(fù)防護(hù)施工Fig.3 Repaired Procedure

圖4 修復(fù)后整體效果Fig.4 Repaired tunnel

(1)淡水殼菜附著是電站引水系統(tǒng)中較為普遍的現(xiàn)象,涂層防護(hù)是適用性比較廣泛的方法,但目前非常缺乏防護(hù)材料、工藝等方面的系統(tǒng)研究,該項(xiàng)目開(kāi)展的隧洞貝類(lèi)防護(hù)試驗(yàn)選擇市場(chǎng)有代表性的材料,進(jìn)行了較為系統(tǒng)、全面的工作,為防護(hù)施工工程的實(shí)施提供了技術(shù)支持和保障,對(duì)其他輸水工程也有很好的借鑒意義。

(2)該工程施工的工期短,任務(wù)量大,前期對(duì)引水隧洞狀況的調(diào)研工作非常重要。由于引水系統(tǒng)的特點(diǎn),運(yùn)行過(guò)程中人員無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)情況勘察,為此采用了水下機(jī)器人對(duì)隧洞內(nèi)的貝類(lèi)附著情況進(jìn)行了水下觀察,為工程的實(shí)施提供了第一手的資料,但由于水下條件的限制,對(duì)殼菜附著的混凝土基面狀況觀察不清,有部分區(qū)域的破壞程度超出了預(yù)想,導(dǎo)致工程難度有所增加,因此,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用,加強(qiáng)隧洞的狀態(tài)勘察。

(3)隧洞防護(hù)工程部分工序?yàn)殡[蔽工程,如隧洞表面清理、裂縫處理、基面找平等,這些前期工序?qū)罄m(xù)施工及整體工程質(zhì)量有重要影響。針對(duì)這種情況,組織業(yè)主管理人員、監(jiān)理及施工單位現(xiàn)場(chǎng)管理人員加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)督管理,并明確工序驗(yàn)收節(jié)點(diǎn),嚴(yán)格做到前道工序未驗(yàn)收不得進(jìn)行后續(xù)工序的施工,促進(jìn)了施工質(zhì)量的提高,保證了工程的順利驗(yàn)收。

(4)隧洞防護(hù)是電廠檢修工程的重要部分,施工進(jìn)度關(guān)系到公司的整體生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施。由于施工期非常緊張,為保證工程進(jìn)度和工程質(zhì)量,定期進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)展碰頭會(huì),監(jiān)理和施工單位負(fù)責(zé)人匯報(bào)施工進(jìn)展情況和出現(xiàn)的問(wèn)題,業(yè)主管理人員進(jìn)行協(xié)調(diào)解決,對(duì)工程進(jìn)度按計(jì)劃進(jìn)行起到了重要作用。

(5)隧洞施工工程按計(jì)劃工期80天完成,并順利驗(yàn)收,防貝防侵蝕效果還有待更長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤觀察和評(píng)價(jià)。

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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

何濤(1982—),男,四川南充人,大學(xué)本科,主要研究方向:水工建筑物監(jiān)測(cè)維護(hù)管理工作。

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當(dāng)冷鹽水遇見(jiàn)溫淡水
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