(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊犁 835400)

2017年3月，吉林台二级水电站一号机组进行停水A级检修，检修人员进入尾水管中发现底部有8m2左右钢板脱落，混凝土形成一个14～30cm深的冲刷坑。尾水管钢板里衬钢板厚12mm，材质为Q235B CHE422，采用焊条焊接。

1 工程概况

吉林台二级水电站总库容407.3万m3，调节库容345.9m3，最大坝高33.80m。为伊犁喀什河流域梯级开发的第十一级,共安装两台立轴混流悬吊式水轮发电机组,装机总容量2×25MW,额定水头39.50m,

额定转速187.50r/min。水轮机型号为HLA551C-LJ-291,额定出力25.91MW；发电机型号为SF25-32/6000,额定容量25MW，年发电量2.93亿kW·h。

尾水管里衬是水轮机最下部的部件，常用钢板卷焊成型，上面设有进人孔、蜗壳排水管和测压管。埋入混凝土中的部件是将来不可拆除的部件，包括尾水管里衬、座环、蜗壳、基础环、转轮室、埋设管路等。尾水管是水轮机所特有的部件，尾水管的性能直接影响水轮机的性能和效率，它的作用是将转轮出口处的水流引向河床。

尾水管施工质量的好坏直接影响到尾水管的长期安全运行。里衬钢板底部回填灌浆不满将造成钢板底部较大面积脱空，混凝土、砂浆强度低以及灌浆孔封焊质量差等在尾水管长期运行过程中都有可能导致里衬钢板的破坏。

2 尾水管里衬破损原因分析

2.1 初建施工质量的影响

尾水管在混凝土浇筑时，由于振捣不到位，质量检查不够细致，混凝土填充不充分，在混凝土内部、混凝土与尾水管里衬之间形成了部分空腔。空鼓的尾水管壁无法承受水流的脉动压力，导致机组尾水管基础环、补偿段钢板大面积脱落和出现部分裂纹等问题。

2.2 焊接工艺和焊接质量的缺陷

现场检查发现，尾水管里衬钢板在焊接时只完成了里衬钢板与钢板之间的横向对接工作，而对里衬钢板与尾水管预埋横、竖加强筋的纵向焊接只实施了部分点焊或花焊。机组运行过程中受交变应力影响，尾水管内的旋转涡带周期性地撞击尾水管壁，导致尾水管里衬钢板与预埋在混凝土基础内的横、竖加强筋剥离，加大了混凝土与里衬钢板之间的空腔间隙，在流态最不利部位的钢板由于疲劳产生裂缝，里衬钢板脱空区与裂缝处形成了过水通道，加大了钢板的脱空面积和脱空长度；在过流正压力、负压力和脉动压力的长时间作用下，强大的水流脉动压力及水流旋转涡带的冲击导致裂缝进一步延伸，直至钢板翻卷破坏。

2.3 机组的不合理运行方式

水轮机尾水管补气方式和机组运行方式造成机组运转不稳定，机组运行过程中，由于运行工况不同，其运行稳定性差别很大。即使是制造质量合格的机组，长期在恶劣的工况下运行也会造成损坏，不仅尾水锥管会出现裂纹，转轮叶片也会出现裂纹，影响机组稳定运行。

3 处理措施

3.1 处理前准备工作

落下尾水检修门，蜗壳内流水管先由压力钢管闸门控制，如控制不了采取使用PVC管或钢管接出流水。控制好水流入尾水蜗壳底部是植筋和灌浆的关键工序。植筋灌浆期间一旦有水进入则前功尽弃。

设置围堰，抽出残留蜗壳内积水，做好排风措施，派专业人员进入蜗壳敲击其他部位查看有无空鼓现象，如有则一并处理。为了便于施工将其切割成矩形，利用风镐将混凝土凿至最深冲刷部位平齐，清理打扫干净现场，临时安装两台电热风机以便加温除湿，做好钻孔植筋准备。

根据能够进人蜗壳内钢板尺寸及现场尺寸绘制好植筋图，要求梅花形布置。钻孔植入长度150cm的φ32螺纹钢或螺栓。

3.2 混凝土脱落处理

结合吉林台二级水电站尾水管里衬钢板灌浆实际情况，采用Res·con Epoxy BI/BI—IMP低稠度环氧树脂作为灌浆材料；在混凝土衬砌背面进行接缝灌浆；对混凝土浇注口进行冷接缝灌浆；进行结构裂缝灌浆。化学灌浆配比3∶2∶1。

专业植筋人员必须保证每个植筋灌浆饱满，在时间允许情况下，最好做完拉拔实验再进行钢板焊接。

3.3 里衬钢板焊接修复

采用焊接新钢板的办法进行处理，将尾水管空鼓处和里衬钢板被剥离部分用碳弧气刨刨掉拆除，形成规则矩形。根据现场尺寸最大限度将钢板运至蜗壳内，按照植筋实际尺寸及直径将钢板开成喇叭孔，以便钢板和钢筋塞焊。钢板四边开相应坡口，根据现场尺寸编号预制拼接钢板，各块钢板组合焊接时，采用火焰加热法进行预热，预热范围为焊缝两侧100mm，预热温度至少为40℃，焊接工艺为单面焊双面成型，必要时需采用氩弧焊打底。尾水管母材为Q235B,横向焊缝应错开，不能形成断缝。焊接后所有焊缝用砂轮机打磨，使修补焊缝与母材光滑过渡，粗糙度为 Ra3.2，确保钢板焊接后基础环及补偿段保持原有线形，焊缝无裂纹。

3.4 空洞灌浆填充

根据尾水管里衬需灌浆部位确定灌浆孔及排气孔位置，在每块焊接钢板处设置 1个灌浆孔、1个排气孔，当补焊钢板面积较大时，根据情况设置 2组或多组灌浆孔及排气孔，灌浆孔直径为200mm，透气孔直径为100mm。灌浆孔设置在最底端，排气孔设置在最高处，保证灌浆处空气能顺利地排出，提高灌浆的密实性。然后选定位置开孔，安装灌浆管及排气管，每个灌浆管及排气管均设置阀门。

灌浆过程中如果出现漏浆、串浆、冒浆等现象，必须用间歇法处理或调整催化剂比例或提前终结灌浆，如果发现零星漏浆现象，可用瞬间堵漏胶进行紧急处理，处理合格后再进行补灌。灌浆完成后保养 48h，确保浆体凝固后进行验收。

4 处理效果检测

通过通气或超声波检查灌浆管、排气管的通气情况及裂缝的修补情况；打开灌浆管及排气管阀门，采用空压机或其他气源对灌浆管进行通气，确保管口能良好地通气；关闭排气孔阀门，对灌浆孔进行通气加压，以检查需灌浆部位的密封情况，确保阀门有良好的密封性及钢衬面无其他裂缝。

设备安装及材料配置：首先进行灌浆机及输浆管安装，并通水试验。试验合格后进行灌浆材料配置；对里衬钢板进行全面敲击检查，查找存在脱空部位。

处理后经过探伤检查，焊接作业完成后通过超声波探伤检查，均未发现裂纹、夹渣等缺陷，机组安全运行至今，未发现任何异常。

5 结 语

机组避开振动区运行，是避免水轮机及尾水管产生裂纹行之有效的方法，特别是避开尾水管真空度较大的负荷区运行，是改善机组运行状况、避免缺陷再次发生的行之有效的措施之一。

运行单位应根据机组目前的运行特点，避免在超负荷或低负荷段运行，保持在设计负荷区间运行，尽量使机组在最优工况下运行，提高机组运行的效率，保证机组健康运行。