１、概述
石和尚電站坐落于浙東大龍谷風(fēng)景區(qū)內(nèi)，是我市水頭最高的徑流式小水電站。電站裝機(jī)２５０ｋＷ，發(fā)電凈水頭２３１ｍ，集雨面積３．６ｋｍ２，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量６０萬(wàn)ｋＷ·ｈ，設(shè)計(jì)單位耗水量２ｍ３／ｋＷ·ｈ；由于沒(méi)有調(diào)節(jié)水庫(kù)，其水量的利用率只有４０％。
電站始建于上世紀(jì)８０年代初，受當(dāng)時(shí)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，鋼材、水泥等主材缺乏。全長(zhǎng)４０５ｍ的壓力管道采用３種不同的材料安裝，其中廠房至５號(hào)鎮(zhèn)墩間１６５ｍ采用Φ３００ｍｍ厚８ｍｍ的鋼管；５號(hào)至２號(hào)鎮(zhèn)墩間１３０ｍ采用西安產(chǎn)Φ４００的鋼筋混凝土管；２號(hào)鎮(zhèn)墩至進(jìn)水口間１１０ｍ采用Φ３００的鋼絲網(wǎng)混凝土管。管路從山脊與等高線垂直布置，廠房至２號(hào)鎮(zhèn)墩間為同一坡角，坡角達(dá)４０°，山坡陡峭，施工困難，２號(hào)鎮(zhèn)墩為變坡，山坡坡角由４０°轉(zhuǎn)為２９°至進(jìn)水口。進(jìn)水口設(shè)有簡(jiǎn)易的混凝土平板閘門(mén)和容積１１０ｍ３的前池，而后通過(guò)８００ｍ的引水明渠從山溝中將水引入。
２、問(wèn)題及原因
２．１問(wèn)題
石和尚電站最初由當(dāng)時(shí)的新山鄉(xiāng)政府主管，現(xiàn)所屬為貴門(mén)鄉(xiāng)政府。自１９８０年投入運(yùn)行后的第２年，在５號(hào)鎮(zhèn)墩上部高程２６０ｍ（廠房高程１４０ｍ）處的混凝土管，由于承受不了高壓水頭的沖擊而發(fā)生爆裂。在前２０多年的運(yùn)行中，也曾多次發(fā)生混凝土管爆裂的現(xiàn)象，采取的措施均為增加鎮(zhèn)墩的個(gè)數(shù)，將爆裂段覆蓋混凝土，整條管路到改造前已經(jīng)沒(méi)有一節(jié)較完整的混凝土管，看上去是千瘡百孔。上級(jí)主管部門(mén)在電站安全檢查中曾下令停止運(yùn)行。
２．２原因
電站的管理權(quán)均由鄉(xiāng)政府分期承包給個(gè)人經(jīng)營(yíng)，經(jīng)營(yíng)者在取得承包管理權(quán)后，由于多數(shù)承包者缺乏專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)，對(duì)小水電站的管理能力較差，因此，在運(yùn)行管理中只能做一些簡(jiǎn)單的操作，且短期行為明顯。盡管存在嚴(yán)重的安全隱患和大量的水能損失，經(jīng)營(yíng)者在承包管理經(jīng)營(yíng)的幾年中，是不肯也不可能將資金投入到改造和挖潛中去的。２００２年后，豐潭水電站經(jīng)與貴門(mén)鄉(xiāng)政府協(xié)商后，簽訂了２０年的承包管理經(jīng)營(yíng)權(quán)。面對(duì)石和尚電站嚴(yán)重的安全隱患，豐潭電站領(lǐng)導(dǎo)下決心對(duì)管道進(jìn)行一次全面的改造。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)察看后確定把２４０ｍ混凝土管全部更換為鋼管。
３、施工條件、方案的選擇與確定
石和尚電站進(jìn)水口前池高程３７４ｍ，距前池３００ｍ相同高程處有一４級(jí)公路通過(guò)。所有施工材料、機(jī)械設(shè)施可運(yùn)到該地存放，然后肩挑經(jīng)前池至施工現(xiàn)場(chǎng)。前池到５號(hào)鎮(zhèn)墩高差１２４ｍ，且山坡十分陡峭，施工道路為僅可單人通行的小路，同時(shí)風(fēng)景區(qū)內(nèi)自然植被稠密，灌木荊棘叢生。要更換新的管路，必須拆除原混凝土管，拆下后的混凝土管在周邊又無(wú)法堆積。如果將拆下的混凝土管從山坡滾下，整個(gè)山坡植被將被全部破壞；同時(shí)安裝新管正常的施工方案必須架設(shè)索道吊裝，安裝索道的土建成本很高，其安全性、穩(wěn)定性、時(shí)間性均很難保證。因此，在陡峭的山坡，行走困難的施工道路條件下如何選擇切合實(shí)際的施工方案，是當(dāng)時(shí)最感困難的問(wèn)題。經(jīng)查閱當(dāng)年建設(shè)時(shí)期的設(shè)計(jì)圖紙，５號(hào)至２號(hào)鎮(zhèn)墩間１３０ｍ管路為Φ４００西安產(chǎn)的鋼筋混凝土管，而廠房至５號(hào)鎮(zhèn)墩是不須更換的Φ３００鋼管。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)更換的新鋼管厚６ｍｍ，直徑Φ３００，直徑與原設(shè)計(jì)的相符。新鋼管與混凝土之間存在著直徑差，我們?cè)O(shè)想可將混凝土看作滑軌，將鋼管分節(jié)穿入混凝土管中，同時(shí)利用山坡坡角陡這一有利條件，鋼管在自重作用下只要克服摩擦阻力，就能通過(guò)管內(nèi)下放到底部與老鋼管連接。這一施工方案的選定，可解決如下幾個(gè)難題：１）混凝土管不需要拆除，可減少拆管所需的人工，減少對(duì)植被的破壞；２）不需安裝施工復(fù)雜且操作麻煩的索道，可節(jié)約機(jī)械設(shè)施費(fèi)和臨時(shí)工程費(fèi)，又可縮短施工工期；３）安全有保證。
套入式方案確定后，如何解決放管、焊接、同心度、穩(wěn)定性及鋼管今后的養(yǎng)護(hù)檢修；同時(shí)如何確保各鎮(zhèn)墩正常受力成了新的問(wèn)題。經(jīng)分析研究，２號(hào)鎮(zhèn)墩為山坡坡角變換和兩種混凝土管直徑變換處，該鎮(zhèn)墩作為下放鋼管的主要施工場(chǎng)地較合適。機(jī)械設(shè)施可采用３ｔ卷?yè)P(yáng)機(jī)架于２號(hào)鎮(zhèn)墩上游管路中間處固定，將加工成形的單根長(zhǎng)度６ｍ的鋼管逐根放入混凝土管口。為控制同心度和支承鋼管，根據(jù)支墩間距，在每節(jié)鋼管下部焊接１道或２道１０×３８×３００的滑軌２根，焊接角６０°；而后連接卷?yè)P(yáng)機(jī)控制下放鋼管的速度和方向。同時(shí)在每一鎮(zhèn)墩的下部必須切除３ｍ左右的鋼筋混凝土管，該處作為焊接的操作場(chǎng)地和安裝管路伸縮節(jié)。以兩鎮(zhèn)墩間為焊接單位從２號(hào)鎮(zhèn)墩處放下１節(jié)焊接１節(jié)，直至兩鎮(zhèn)墩間焊接完成安裝伸縮節(jié)。如此重復(fù)向上，直至安裝完成。
為確保原鎮(zhèn)墩正常受力，在未安裝鋼管前應(yīng)拆除原鎮(zhèn)墩的上部結(jié)構(gòu)和混凝土管，新管安裝完畢后將混凝土直接澆筑在新鋼管上鎮(zhèn)住，確保其運(yùn)行中的穩(wěn)定。
鋼管套入混凝土管后，由于兩者之間存在著空隙，套入部份鋼管被舊混凝土管包圍著而在今后的運(yùn)行中將無(wú)法檢修，且易失穩(wěn)，易腐蝕。因此在空隙中填充低標(biāo)號(hào)水泥沙漿，用水泥沙漿或滲水性差的材料封堵上下兩口，防止雨水侵入而腐蝕鋼管，這樣既解決隔幾年需檢修的難題又可增加管路在運(yùn)行中的穩(wěn)定性。
２號(hào)鎮(zhèn)墩至進(jìn)水口間的更換，在拆除混凝土管后人工抬鋼管至安裝場(chǎng)地，直接在現(xiàn)場(chǎng)焊接安裝。
４、施工組織與安全措施
石和尚電站不僅是我市水頭最高，也是安裝難度最大，山坡坡度最陡的小水電站。為確保施工正常進(jìn)行，選擇有豐富施工管理經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍十分重要；施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人具有良好的職業(yè)道德素質(zhì)和較強(qiáng)的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)是確保施工順利進(jìn)行和安全保證的前提。從施工單位進(jìn)場(chǎng)到工程結(jié)束歷時(shí)僅兩個(gè)月，如此艱難的施工地形條件能安全而有序地正常施工，說(shuō)明套入式施工方案是切實(shí)可行的。同時(shí)施工單位負(fù)責(zé)人良好的管理組織能力、安全意識(shí)很重要。施工單位設(shè)有土建組、運(yùn)輸組、加工焊接組、安裝組、安全檢查組，各小組嚴(yán)格履行職責(zé)。管理處施工人員能夠做到幾乎每天到場(chǎng)進(jìn)行督促、檢查和指導(dǎo)，嚴(yán)禁一切違規(guī)操作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)提出，碰到技術(shù)難題共同商討解決。
５、結(jié)語(yǔ)
石和尚電站管道更換方案設(shè)計(jì)與施工實(shí)屬一項(xiàng)創(chuàng)新的舉措。采用套入式方案后，不僅省時(shí)省工節(jié)約投資（原預(yù)算投資３０萬(wàn)元，現(xiàn)實(shí)際投資約２０萬(wàn)元），而且又保護(hù)了景區(qū)的原貌，安全也得到保證。這一方案完全得到技術(shù)主管部門(mén)的肯定，是小水電改造項(xiàng)目可選方案之一。
