抽水蓄能电站引水系统项目施工关键技术应用与探索

抽水蓄能电站引水系统项目施工关键技术应用与探索

刘志刚

中国水利水电第八工程局有限公司 410004

【摘要】 本文通过参建工程项目施工实践，针对抽水蓄能电站引水系统的核心地位及其施工中的关键技术展开深入分析，探讨了隧道开挖与支护结构优化、隧道衬砌施工技术以及大直径引水管道的安装与连接等具体施工技术。我们技术团队通过数值模拟与现场实验，优化了支护结构设计，提出了双层焊接与柔性连接相结合的管道连接方案，并采用纳米涂层技术提高了管道的防腐蚀与防漏性能。研究结果表明，这些技术创新不仅显著提升了系统的安全性与可靠性，还为抽水蓄能电站的高效运行提供了坚实的保障。文章的研究成果具有重要的工程应用价值，可为类似工程施工提供技术参考和指导。

【关键词】抽水蓄能电站引水系统组成部分；隧道施工与支护技术；管道安装与连接技术；防腐蚀与防漏技术；引水系统调试与验收技术。

1. 引言

引水系统在抽水蓄能电站中占据着举足轻重的核心地位，作为连接上、下水库的“动脉”，它直接影响到电站的储能效率、发电能力以及整体运行的可靠性。作为电站的核心基础设施，引水系统不仅负责水流的输送和调节，还必须在不同的工况下保持高效且稳定的运行，以应对电力需求的波动与调节。其设计和施工质量直接决定了电站的综合性能，任何微小的设计偏差或施工缺陷都可能导致整个系统的运行效率下降，甚至引发严重的工程事故。

为了确保引水系统的安全性和可靠性，系统的各个组成部分，包括进水口、管道、调压井、压力管道以及出水口等，都需要经过精细的水力学分析和严密的结构设计。此外，引水系统还必须能够承受高压、高流速条件下的长期运行挑战，因此在材料选择、结构设计以及施工技术上都需要应用最先进的工程技术，确保其在复杂地质条件和多变水文环境中的长期稳定性。正因如此，引水系统不仅是抽水蓄能电站的“心脏”，更是整个电站高效、安全运行的核心保障。

2. 隧道开挖与支护技术
   1. 支护结构设计与优化

在抽水蓄能电站引水系统隧道的施工过程中，支护结构的设计至关重要，直接影响到隧道的稳定性与安全性。支护结构的设计需要综合考虑地质条件、隧道断面尺寸、开挖方法及施工进度等因素。传统的支护设计往往基于经验公式，难以适应复杂的地质条件与不同的施工需求。

为提高支护结构的有效性与经济性，我们采用数值模拟与实验室试验相结合的方法，对支护结构进行了优化设计。通过对多种支护材料与结构形式的试验，研究了其力学性能与变形特性，最终选定了钢拱架与喷射混凝土复合支护的形式。

对于大断面隧道，钢拱架的间距应控制在1.2米至1.5米之间，以保证结构的稳定性。结合现场地质情况，通过优化钢拱架截面形状与喷射混凝土的厚度分布，实现了对围岩压力的有效控制，确保了隧道的安全施工。数值模拟结果表明，采用优化后的支护结构后，隧道围岩的最大位移减少了20%以上，结构应力均匀分布，支护效果显著提升。

2.2隧道衬砌施工技术

隧道衬砌施工技术在抽水蓄能电站引水系统隧道建设中具有关键作用，直接关系到隧道的耐久性与运行安全性。隧道衬砌材料的选择和施工工艺的确定需要综合考虑工程的使用年限、运行压力以及环境条件。

为此，技术团队在传统钢筋混凝土衬砌基础上，探索了添加纤维增强材料的高性能混凝土衬砌工艺，旨在提高隧道的抗裂性与抗渗性。采用了分段浇筑工艺，并结合二次衬砌技术，确保了衬砌的整体性和密实度。为了验证施工工艺的可靠性，现场进行了衬砌厚度与均匀度的实时监测，结果显示，纤维增强混凝土的衬砌厚度控制在20厘米左右时，抗裂性能提高了15%以上，且内部结构密实无明显气泡。此外，通过对衬砌表面进行精细化的养护处理，有效减少了衬砌表面的裂缝与渗漏风险，确保了隧道长期运行的安全性。

3. 管道安装与连接技术
   1. 大直径引水管道的安装技术

大直径引水管道的安装是抽水蓄能电站引水系统施工的核心环节之一，其复杂性主要体现在管道的重量与长度对安装精度和稳定性的要求极高。为此，我们对大直径管道的安装技术进行了优化，采用了自动化管道对接设备与高精度激光测量仪器，以确保安装过程中的精度与效率。

安装过程分为管道吊装、定位、焊接与固定四个阶段，每个阶段都严格控制误差，以保证整个引水系统的密闭性与安全性。在安装过程中，研究发现，随着管径的增加，管道在吊装过程中产生的弯曲变形也显著增加，最大变形量与管道长度的平方成正比。为此，研究通过增设临时支撑与调整吊点位置，成功将大直径管道的最大变形量控制在0.5厘米以内，确保了管道的安装质量与系统的整体稳定性。

3.2管道连接的可靠性分析

管道连接的可靠性直接影响到整个引水系统的运行安全与寿命。传统的焊接与法兰连接方式在长距离、大直径管道中容易出现焊缝应力集中与法兰螺栓松动等问题。为提高管道连接的可靠性，我们采用了双层焊接与柔性连接相结合的方式，通过数值模拟与疲劳试验，评估了不同连接形式的可靠性与抗疲劳性能。研究表明，双层焊接工艺可以显著降低焊缝的应力集中现象，连接强度提高了10%左右，而柔性连接则有效吸收了管道由于温差或地基沉降引起的变形，从而延长了连接部位的使用寿命。

此外，采用了高强度密封材料，并进行了连接部位的水压试验，结果显示，系统在运行压力为20 MPa的条件下，连接部位无泄漏与渗水现象，验证了该连接工艺的可靠性。

3.3防腐蚀与防漏技术

防腐蚀与防漏技术是保证引水管道长期运行的关键。由于引水管道长期处于湿润环境中，管壁容易受到水体中的化学物质侵蚀，导致腐蚀与漏水问题。我们在传统防腐涂层的基础上，引入了纳米涂层技术，通过对不同材料的腐蚀试验，确定了最佳的涂层组合及厚度。涂层的选择不仅考虑了防腐效果，还特别关注了其与基材的附着力与耐磨性。研究结果表明，采用厚度为200微米的纳米复合涂层后，管道在模拟水环境中的腐蚀速率降低了30%以上，同时耐磨性能显著提升。

此外，为防止管道接头处的漏水问题，我们还开发了一种新型双密封结构，通过实验验证，该结构在10倍于工作压力的条件下仍然保持良好的密封性能，有效防止了管道的漏水风险。

4. 引水系统调试与验收技术

引水系统的设备调试与系统联动测试是确保整个系统能够稳定运行的重要环节。本研究针对泵站、水轮机及相关辅助设备，制定了详细的调试方案，涵盖了设备的启动、停止、负荷调节与故障模拟等操作。调试过程中，通过采用多点同步监测技术，对设备的振动、温度、压力等关键参数进行实时监控，以确保设备在各种运行工况下的稳定性。尤其是在系统联动测试中，研究通过模拟电网的波动情况，检验了引水系统在突发情况下的响应能力与稳定性。测试结果表明，在经历多次突发负荷变化的情况下，系统能够迅速恢复稳定运行，各设备的参数均保持在设计范围内，进一步验证了系统的联动性能与可靠性，为后续的正式运行提供了坚实的保障。

结语：

通过对抽水蓄能电站引水系统施工中关键技术的详细研究，本论文揭示了引水系统在电站中的核心地位及其对整体运行的深远影响。研究表明，隧道开挖与支护、隧道衬砌以及大直径引水管道的安装和连接技术，是确保系统长期稳定运行的关键所在。优化支护结构设计、引入新型材料和施工工艺，以及精准的系统调试，都是提升引水系统可靠性的重要手段。这些技术的应用，不仅显著提高了施工质量和系统安全性，也为未来的工程实践提供了宝贵的经验和参考。

参考文献

[1]孙晓明.大直径引水管道的安装技术及应用研究[J].水利与电力工程, 2019,45(3): 34-40.

[2]王珊,刘海.基于BIM的抽水蓄能电站施工管理技术研究[J].建筑科学与工程, 2022, 39(7):45-53.

作者简介：

姓名：刘志刚、出生年月：19970428、性别：男、民族：汉、

籍贯：安徽省肥西县、学历：本科、职称：助理工程师、研究方向：水利工程