国电蓬莱发电有限公司 山东省蓬莱市 265600
摘要：由于不均匀沉降等原因造成海水取水箱涵接缝开裂渗漏，造成取水大部分由箱涵接缝开裂处进入，携带泥沙、贝壳等进入管道、流入前池，导致取水温度、取水量、泥沙单位指标达不到设计值，严重威胁机组安全稳定运行。本文对海水取水箱涵渗漏情况进行了分析，根据实际运行现状，提出了在动水条件下，对深水中的取水箱涵接缝采用遇水膨胀橡胶封堵、止水铜板压缝、水下不分散砼浇筑等工艺进行复合处理。
关键词：海水取水管道；内外接缝；复合处理
一、项目背景
国电蓬莱发电有限公司位于山东省蓬莱市北沟镇，北傍渤海，规划装机容量1800MW，一期工程2×330MW机组已于2006年发电运营。其海水取水工程系统由泵房及前池、取水管道、取水头组成，其中：取水管道为钢筋砼结构、双涵净尺寸：2.7m×2.7m×2孔、长度972m（其中现浇段132m、海域部分预制安装840m、每节长度30米）；取水头为预制安装钢筋混凝土大型沉箱双涵结构，尺寸为直径16m×高度10.7m；取水头顶部原设计有可移动性盖板，治理前因损坏早已拆除。
（一）海水取水管道原设计概况
海水取水工程构筑物主要包括取水泵房、取水沟道及取水头构筑物三部分：
1、循环水泵房位于天然地形标高4.5m（1985国家高程基准，下同）的粉砂质岸滩底部，泵房底高程-7.15m，图1-1、图1-2为原设计平面布置图和剖面图。
2、取水沟道总长约972m，渠道底高程为-7.15m～-11.0m。沟道根据干施工围堰分海域预制安装管涵和陆域现浇管涵两部分：其中陆域部分长约132m，位于天然地形标高4m～0m的粉砂质岸滩底部；海域部分长约840m，天然水深为0m～-7.4m。
3、取水箱涵均为预制双孔钢筋混凝土箱涵结构，箱涵每节长30m，宽为6.3m，高为3.3m，壁厚0.3m。箱涵底部和两侧原铺筑10～100kg块石，底部铺筑高度约1m。
（二）治理的必要性
1、由于不均匀沉降等原因造成箱涵接缝开裂渗漏，造成取水大部分由箱涵接缝开裂处进入，携带泥沙、贝壳等进入管道、流入前池，导致取水温度、取水量、泥沙单位指标达不到设计值。此外，因取水箱涵泄漏造成泥沙、贝壳在取水箱涵内淤积，形成取水箱涵约70%通流面积堵塞，过水量大幅度降低，尤其是夏季3台或4台循环水泵运行时，供水量呈现不足状况，造成循环水泵流量大幅度降低，机组真空下降较大，严重影响机组安全稳定运行。因此，对取水箱涵的治理是确保电厂安全运营的需要。
2、取水箱涵泄漏导致泄漏点区域水流流速加大、产生漩涡，对区域范围的海生物容易被吸入取水箱涵内，造成海生物死亡，且对误闯该海域的人员，也容易被水流困住，造成人员伤亡的安全事故。因此，对取水箱涵的治理是水域环境安全的需要。
3、海水取水箱涵泄漏造成循环水含沙量大大增加，致使闭式水换热器、开式水滤网严重堵塞，换热效果与通流能力大大降低，一方面严重威胁机组夏季安全稳定运行，另一方面使得机组不能高效的利用。因此对于取水箱涵的治理不仅是保证机组安全运行也是保证机组充分运行，提高供水效率，促进公司经济建设的需要。因此，对取水箱涵的治理是提高取水效率，降低取水成本的需要。
二、实施时间
本项目于 2017 年6月15日开工、10月 12日全部结束，满足正常投运
条件。
三、关键技术
根据目前现有蓬莱公司的海水取水工程施工图设计资料以及检测报告，对本工程所要修复位置不同，采取不同的施工方案，进行有差别专门方案处理。
针对本工程特点及关键性技术问题，采用以下关键技术：采用动水条件下，对深水中的取水箱涵接缝采用遇水膨胀橡胶封堵、止水铜板压缝、水下不分散砼浇筑等工艺进行复合处理。该施工技术综合采用了遇水膨胀橡胶封堵、止水铜板压缝、水下不分散砼等施工工艺，与其他类似工程相比较，具有更全面、更高效等优点。通常做法只是在预制混凝土结构时，预埋橡胶止水条来达到止水的目的，但由于安装过程中的误差，漏水情况较为明显；或是安装完成后，浇筑水下不离散混凝土来达到外部阻水的条件，但由于水下暗流涌动，在施工过程中模袋布容易产生移动，以至于存在缝隙，阻水效果不明显。综合上述工艺后，并采用铜板止水，不但能够将缝隙完全遮盖，还能够阻止海洋生物的生长，并延长了使用寿命，效果显著。
本工程治理目标如下：
1、对管道两侧、上部位置进行清淤、管道内外接缝进行全方位修复，包括整条管道内壁附着海生物、管道内淤积物的清除，保证管道不再渗漏，过水量达到原实际要求，彻底满足生产需要；
2、对前池北现浇管道进行清淤，保证管道内的过水面积，确保管道的取水量、泥沙单位等达到原有设计值；
3、对取水头外侧进行防护回填，并对上部缺失的盖板进行重新设计以及新设加氯管不漏气，保证管道水质，使其达到原设计效果；
4、对取水管道进行航标设计，标示禁航范围，防止船舶碰撞取水头，造成损坏，保护取水头建筑；
5、工程修复后：水量：20.02m³/s；含沙量：5.13-11.32kg/m³；水温：夏季水温最高不超过26℃，达到原设计要求。
四、工艺流程及技术参数
（一）海域部分预制取水管道修复方案
1、海域部分预制取水管道概况：
海域部分取水管道涵长约840m，天然水深为0m～-7.4m。管道为预制双孔钢筋混凝土结构，管道每节长30m，宽为6.3m，高为3.3m，壁厚0.3m。管道底部和两侧设置10～100kg块石。
海域部分管道较长，箱涵全长共分为3个部分，分别为管道底标高为-7.15m、箱涵底标高为-8.5m、箱涵底标高为-11m三个部分，长度分别为60m、360m、330m。底标高为-7.15m箱涵与底标高为-8.5m箱涵之间有一节过渡段箱涵，长30米，标高为-7.15～-8.5；底标高为-8.5m箱涵与底标高为-11m箱涵之间有一节过渡段箱涵，长30米，箱涵底标高-8.5m～-11m。
根据检测报告，预制箱涵渗漏点为接缝位置，对于接缝位置的渗漏，采用水下现浇混凝土对箱涵接缝处渗漏进行加固处理。
2、海域部分修复方案：
海域部分预制箱涵渗漏点较大，主要是在箱涵接缝位置处。尤其是坡度变化处接缝，留点处接缝可能出现径向轴向的不同偏移，海域箱涵的修复是本工程的重点，也是本工程的难点。针对箱涵接缝处渗漏，根据不同接缝测量结果，采用将相邻预制箱涵内外接缝全方位封堵、外侧重新现浇混凝土，底部采用水下注浆、聚丙烯材料封填，内衬铜合金板，使得箱涵在连接处形成一个密闭空间，从而解决箱涵接缝处渗漏的问题。在浇筑混凝土之前，需要箱涵顶部覆盖物以及两侧抛填块石开挖、墙壁海生物清除掉、支模板、下钢筋笼浇筑混凝土等施工步骤。
工程海域部分施工段长约840米，陆域部分施工段长约132米。由于本工程取水管道上有大量泥沙覆盖，在接缝处渗漏点进行修复前，需进行开挖，本工程开挖分为2个步骤。首先是顶部覆盖层采用勾机上驳船方式开挖，开挖的覆盖物由驳船运至指定地点倾倒；然后是箱涵两侧块石开挖，为避免机械破坏箱涵结构，拟采用搭设施工平台方式开挖，由勾机在平台上顺着箱涵方向开挖，开挖范围为接缝处两侧7.5m。完成开挖后，需要在管道两侧安装套箱防止回淤，保证整个作业部分处在一个良好的操作环境。在箱涵接缝处顶部开一个长宽各1.5米的方洞，潜水员由此进入箱涵中，对箱涵内泥沙进行清淤处理、箱涵内壁海生物清除，清淤时采用人工清淤。对于箱涵底部出现的冲刷坑，采用水下灌浆进行修补，加固基础，防止箱涵治理后，进一步的沉降。内壁海生物采用气动工具全部打磨掉。待灌浆以及清淤完成后，对箱涵接头处底部的接缝采用聚丙烯材料封填，内衬铜合金板，内隔墙接缝处植筋、模板采用膨胀螺栓固定，从顶部浇筑混凝土。待箱涵底部隔墙处理完成后，进行开孔处和接缝处修补，修补时先植筋，支立内模板，将钢筋笼起吊并放置在设计位置，水下跟所植筋焊接牢固，支立外模板后进行水下混凝土的浇筑。浇筑完成后对两侧进行回填，回填时用级配碎石设置一层倒滤层，然后用块石回填至原设计断面。施工后的平面图、断面图见图2-1、图2-2。
（三）取水头盖板以及加氯管施工方案
根据现场实际情况，沉箱倾斜不影响沉箱取水，为避免取水头箱涵沉箱基床进一步冲刷，在基床顶部及外侧增设200～300Kg块石护面和护底结构。此外取水头一周拦污栅完好，个别位置有海生物生长。为了防止海生物继续生长，影响水质以及取水安全，将海生物人工清除，加氯管氯气通到取水头后，氯气是强氧化剂，可以起到杀死海洋生物的幼虫和孢子的作用，进一步防止海生物附着和生长。
取水头盖板对取水管道尤为重要，对保证水质起着重要作用，可以使拦污栅发挥原有作用，本次施工采用铜合金盖板，盖板采用CuZn37Sn耐蚀防污铜合金，盖板厚20mm，使用年限为50年，本工程共用约34.2t合金铜。为了保证盖板的稳定性，配置680mm厚的混凝土盖板，并将铜合金盖板锚固在取水头部，且在盖板上设置泄压孔，减小盖板上下压差，保证其稳定性，在安装取水头盖板前先将取水头内部泥沙等杂物清理掉、内壁附着海生物打磨掉。
加氯管从泵房加氯间至取水头部内，管段长度约1200m，输送次氯酸钠溶液管道采用PE管道外套镀锌无缝钢管方式。PE管道选用采用PE100、SDR11管，电热熔连接，公称压力1.6MPa，管径DN200。PE管道每隔60m设置一个管道补偿器。镀锌无缝钢管管径Φ273×9mm，采用法兰连接方式。在加氯管底部，箱涵顶部，每隔5米设置一个墩台，支撑加氯管（分段制作、试压、安装、再试压，总体试压）。
PE管材、管件应分别符合现行国家标准《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T13663和《给水用聚乙烯（PE）管件》GB/T13663.2的规定。卫生性能应符合现行国家标准《生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准》GB/T17219的要求。PE管材管件应选用最小强度要求（MRS）不小于1.6MPa的聚乙烯混配料生产。
无缝钢管配件采用锻钢，并按ISO攻丝。螺纹接头的密封应是与氯相容的化合物密封件。在接头处使用密封胶密封。管件采用法兰连接，法兰采用双面焊接。
加氯管安装按照先安装外套镀锌无缝钢管，后安装PE管材方式施工。镀锌无缝钢管采用沉管施工工艺，水平安放在取水箱涵上部墩台上，安装过程中应保证管道无弯头和转角。PE管材管道在陆上连接，再对结合处的密封防漏性能进行检验，合格后将分段穿入镀锌无缝钢管内。
镀锌无缝钢管防腐采用内外壁涂刷环氧重型防腐涂料加牺牲阳极防腐方式。管道安装前需要进行手工除锈，然后涂刷800μm环氧重型防腐涂料。
（四）永久航标设计
1、浮标配布：
根据取水管道的平面布置和水下地形特征，布设了必要的专用浮标，以标示禁航范围，避免取水头建筑以及箱涵被过往船舶撞击。在取水头至现浇部位的上下游100米的位置设计专用浮标标示禁航区范围，以满足要求。本次共成共设置4个专用浮标。
2、浮标选型和结构：
浮标浮体采用Φ2.4m柱形浮筒，浮筒上装有顶标、LED灯器、太阳能发电装置，并配备雷达反射器和遥测终端。浮筒下接有锚链及5吨钢筋混凝土沉块。
3、锚链选型：
新设Φ2.4m灯浮标锚链选型为：马鞍链选用Φ34mm，全链、半链和短链选用Φ34mm，末端卸扣选用Φ48mm，连接卸扣选用Φ44mm。浮标技术性能详见表2-1。
表2-1 浮标主要性能指标
4、浮标施工：
灯浮标器材向国家定点专业厂家订购，各类产品附有产品质检证书和产品出厂检验书，确保了航标器材的质量。
施工前，灯器、灯质及能源应调试好，浮体、锚链、沉块等全部连接好，锚链在甲板上整齐地排列成锯齿形，并检查卸扣等是否连接可靠。采用DGPS定位方法，待位置正确，抛设时应按浮标在水中的次序依次将沉块、锚链和浮筒放入水中。即先下沉块和略大于水深的一部分锚链，其次是按顺序使大部分锚链入水。不可将沉块、锚链同时放入水中，避免发生锚链绞缠、或被沉块压住或断链事故。
航标抛设可由2180hp航标船进行。灯浮标抛设时应采用DGPS定位技术，待核定位置准确后再抛设灯浮标，灯浮标抛设选择平潮时进行施工，抛标时待灯浮在风、浪、流作用下稳定后，再复核标位，以确保灯浮标抛设位置准确，检查灯质是否符合设计要求，做到标位准确，灯光明亮，颜色鲜明，设施齐全。
航标工程竣工后，由航标主管部门组织效能验收，验收标准按交通运输部《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）有关规定执行。航标验收后应委托有相关资质的航标维护单位进行维护。
（五）临时航道
由于箱涵顶部被泥沙掩埋，施工时采用驳船施工作业，驳船拟采用2000吨级方驳。由于取水管道靠近陆域的部分，水深不够，需要开挖临时航道用于施工。
1、设计船型：
表2-2 设计代表船型尺度表
2、航道尺度设计：
（1）航道通航宽度
考虑航道为临时航道，按照单线航道进行设计，根据《海港总体设计规范》（JTS165-2013），航道通航宽度按下式计算：
单线航道：W=A+2c
A=n（Lsinγ+B）
式中：W——航道通航宽度（m）；
A——航迹带宽度（m）；
c——船舶与航道底边线间的富裕宽度（m），取c=0.75B；
n——船舶漂移倍数，n=1.69；
γ——风、流压偏角（°），γ=7°；
L——设计船长（m）；
B——设计船宽（m）。
计算得72.1m，取73m。
（2）航道水深
按照《海港总体设计规范》（JTS165-2013），航道水深分通航水深和设计水深，分别按下式计算：
D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3
D= D0+Z4
式中：D0——航道通航水深（m）；
T——设计船型满载吃水（m）；
Z0——船舶航行时船体下沉量（m），取0.2m；
Z1——航行时龙骨下最小富裕深度（m），取0.2m；
Z2——波浪富裕深度（m），取0.4m；
Z3——船舶装载纵倾富裕深度，取0.15m；
D——航道设计水深（m）；
Z4——备淤富裕深度，考虑到施工周期较短，取为0m；
经计算，航道设计水深为3.92m，考虑设计水位为-2.03m，航道设计底标高为-5.95，取-6m。
（3）航道底宽
对于工程段航道设计底宽按下式计算：
W0=W－K×d×Z4
式中：W0——航道设计底宽（m）。
W—— 航道通航宽度（m）。
K—— 参数，航道单边施工，则K＝1，航道两侧均需施工，则K＝2。
d—— 航道施工边坡，航段疏浚区边坡为1：3。
Z4—— 航道备淤深度。
经计算，航道底宽为73m。
图2-6 临时航道断面图
3、回旋水域：
考虑到驳船的掉头，本工程设置一个回旋水域，回旋圆半径为1.5L～2.0L，本工程取为124m。
4、临时航道施工：
综合考虑各种影响施工的自然因素及疏浚土质特性，采用耙吸式挖泥船进行疏浚工程施工。疏浚弃土运至指定抛泥区抛卸。
疏浚工程具体施工方案为：耙吸挖泥船挖泥装舱→自航运泥→卸泥→自航返回。疏浚工程应采用DGPS定位仪等仪器设备，控制挖泥定位精度，提高施工质量。
施工区域有船舶进出，施工船舶应注意船舶避让，确保安全。施工单位应按照《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS 207-2012）以及其它有关规定进行施工。施工船舶必须遵守当地环保部门的有关规定，施工期间应采取严格的环保措施。
五、取得的成效
1、海水取水管道海域部分28条外接缝在治理前均存在不同程度的缝隙（3cm—15cm不等），加氯管自泵房至取水头内部距离约960m已全部损坏，取水头盖板已损坏，箱涵内部东西侧涵管互通，临时取水口箱涵上部存在多处孔洞导致取水时吸入砂石及杂物等。动水条件下对深水环境中取水箱涵所有接缝渗漏点全部用遇水膨胀橡胶条填塞、止水铜板压缝和水下不分散混凝土浇筑等工艺进行复合处理，保证了海水取水管道及其附属设备的安全稳定运行。经过2017年10月份、11月份几次海上大风浪考验，11月12日海域现场查看：海水取水沿途管道接缝、临时取水口密封严密，无渗漏；取水头盖板牢固稳定；航标灯稳定牢固；加氯管沿途接口严密，多次注水试验无渗漏，注水试验效果优良。
2、治理前，由于海域箱涵各部接缝存在漏点，导致海水含沙量超过12 kg/m3；由于前池管涵内部块石、杂物淤积，2.7m×2.7m的管涵内部只剩下仅有25cm-26cm的空间，致使循环水泵取水量大幅减少，多次由于取水量不足致使循环水泵吸入空气，发生气蚀，导致循环水泵部件损坏，严重影响设备和机组的安全运行。经过对取水管道各接缝漏点治理及前池管涵内部块石、杂物等清理干净后，由第三方对取水量、含沙量进行实地监测，海水取水量为5.29m3/s（单泵运行）、含沙量是18.98g/m3（平均）均完全满足机组取水要求，优于合同要求达到的数值，确保了循环水泵等设备及机组的安全稳定运行。
3、治理前，由于取水管道接缝均存在漏点，无风浪时杂物量较少，风浪较大时杂物及贝壳数量较多，同时清污机频繁运行造成清污机轨道磨损严重，设备使用寿命大大缩短；旋转滤网堵满海藻类杂物，需再增加冲洗水并专门安排3-5名工作人员进行清理；治理后，回转式清污机由原来的每隔30分钟运行5分钟改为每隔120分钟运行5分钟，在海面大风浪情况下仍没有贝壳及其它杂物，清污机运行时间大大缩短，使用寿命大大增加；大风浪时，旋转滤网清洁无杂物，大大增加了旋转滤网运行寿命，减少了事故几率。通过对清污机、旋转滤网运行方式的调整，清污机可节电15Kwh/台·天（清污机电机为380V、5Kw）×4台=60 Kwh/天，一年可节电60 Kwh/天×365天=2.19万Kwh；旋转滤网可节电100Kwh/台·天（旋转滤网电机为380V、5Kw）×4台=400 Kwh/天，一年可节电400 Kwh/天×365天=14.6万Kwh，合计节电16.79万Kwh。
4、同比2016-2017年10月份运行数据，机组真空由95.72 KPa上升至96.67 KPa，真空升高0.95 KPa，降低煤耗1.88g/Kwh；循环水泵耗电率由0.45%下降至0.38%，耗电率降低0.07%，降低煤耗0.23 g/Kwh。
通过对海水取水管道的治理，海水循环水系统安全性、稳定性、经济性显著提升，比传统施工工艺更具安全、质量保证，也比新建取水箱涵节约了资金，具有极高的性价比，且树立了良好的企业形象，增强了市场竞争力，达到了预期治理效果。
六、海水取水管道治理工程安全施工管理主要做法及经验
海水取水管道治理工程作为集团公司、山东公司年度重点关注工程项目，山东公司领导高度重视，亲自指导，蓬莱公司严格按照上级领导要求，积极作为，强化海水取水管道治理全过程管控，认真做好安全、质量、施工、进度及廉政等各方面管理工作，历时近四个月，海水取水管道治理EPC工程于2017年10月12日圆满完成。
1、超前策划，精心组织。根据山东公司领导指示，蓬莱公司于2016年9月即开始组织专业人员编制完成海水取水管道可行性研究报告和招标文件。2016年12月17日接到海水取水管道治理可研中标通知书。12月至2017年1月，组织可研中标单位对蓬莱公司海水取水管道进行实地检测、勘探，编制完成海水取水管道治理可行性研究报告和招标技术规范书。考虑到海水工程的特殊性及技术力量的不足，聘请北海舰队水工专家对可研报告及技术规范书进行了会审。
2017年5月18日，集团公司下发海水取水管道治理EPC工程定标通知书后，蓬莱公司为加强对海水取水管道治理工程安全、施工、质量、工期和廉政方面的管控，专门成立了海水取水管道治理办公室和临时党支部，抽调原生产技术部主任和安全监察部主任分别担任海水取水管道治理办公室主任和临时党支部书记，专门负责蓬莱公司海水取水管道治理工程，为该项工程的顺利开工和圆满完成提供了坚强的组织保证。
2、强化安全管理，实行旁站监理，确保工程施工安全。结合蓬莱天气和季节特点，倒排工期编制详细的施工进度计划及各施工节点质检点的验收标准。结合岸上、船上、水下现场施工特点，实行模块化定置管理，加强全员安全、技术培训，组织施工单位、监理认真学习《中国国电集团外包工程管理标准》、《火电厂现场安全文明生产标准化规范及评定标准》及《关于印发国电山东电力有限公司检修技改施工监理管理办法的通知》，提高施工人员安全技术水平，充分发挥监理的监察职能，强化旁站监理，借助外聘专家的技术支持，严格施工过程管控：项目部安全员、技术员和施工班长每天对各施工船舶进行安全巡视，扎实做好船上施工避风、固锚等安全措施，发现安全隐患立即落实整改；水下施工人员穿戴专门安全缆绳，随时利用水下对讲机同船上人员沟通、交流，确保了潜水员水下施工作业安全。通过重点把控、全方位监护，确保了海水取水管道治理的安全、质量、工期可控、受控。
3、加强施工工艺管理，保证施工质量。为确保水下箱涵接缝治理质量，蓬莱公司要求施工单位对每一个质检点都制定出详细的、安全可靠的施工方案，报经监理、蓬莱公司、外聘专家审查通过后才能实施。在施工过程中，严格班组、项目部、监理、蓬莱公司四级验收关；严格招标文件、设计图纸及国家有关规范要求；严格工作票、检修文件包等资料管理；严格工程原材料质量管控；严格执行W、H质检点验收制度，确保了施工过程工序、工艺、质量合格。
4、严谨细致，工程资料归档完整。海水治理办公室牵头各专业管理部室和监理对施工单位报验的施工船舶、原材料、安全技术措施、施工方案及水下施工各项工序录像等各项资料进行审核、验收及签字确认，确保各项施工技术资料真实性和完整性，所有相关资料严格按照蓬莱公司档案管理标准进行归档。
作者简介：
任文斌，1967年11月生，中共党员，高级工程师，现任国电蓬莱发电有限公司副总工程师。
论文作者:任文斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/24
标签：管道论文; 航道论文; 海水论文; 水头论文; 蓬莱论文; 浮标论文; 水下论文; 《防护工程》2018年第22期论文;