1工程概况
蒲石河抽水蓄能电站，位于辽宁省宽甸满族自治县境内，该电站是我国东北地区在建的第一座大型纯抽水蓄能电站，总装机容量为1200MW，单机容量为300MW，共4台机组。机组单机额定流量111m3/s（抽水流量为97m3/s），最大静水头394m。电站于2006年8月开工，计划于2010年底首台机组发电。
发电引水系统采用二洞四机的供水方式，由上水库进/出水口、引水隧洞上平段、引水隧洞斜洞段、引水隧洞下平段、引水高压岔管和压力钢管组成。整个引水道长度最短约812m，最长约915m。
2 引水压力钢管布置
引水隧洞及引水岔管均采用钢筋混凝土衬砌，引水隧洞直径为8.1m，岔管体型为“卜”型，每个岔管分出两条引水压力钢管，共四条。四条钢管的长度为80.87m～152.19m，包括内径φ5m直管段、φ5～2.95m的锥管段及φ2.95m的直管段。四条引水压力钢管平行布置，相邻引水压力钢管中心线间距为21.48m，走向SW219°50’19”，以60°夹角斜向进入发电厂房。引水压力钢管平面布置见图1。












图1 引水压力钢管平面布置图（单位：m）
3引水压力钢管排水系统设计
蒲石河引水压力钢管的排水系统主要包括在压力钢管上方设置排水廊道、钢管管壁及岩壁排水等工程措施。
排水系统设计原则：排水廊道应尽量与厂房排水廊道结合，廊道内排水方式尽量采用自流排水；钢管管壁及岩壁排水应力求施工工艺简单，安全可靠，排水效果好。
3.1排水廊道设计
排水廊道平面上平行于压力钢管布置，共三条，位于压力钢管上方约36～40m。排水廊道断面为2.5m×3.5m，纵剖面上布置10%的底坡（倾向厂房）。排水廊道首端位于压力钢管起始部位，并通过断面为2.5m×3.5的廊道（轴线垂直压力钢管）将三条排水廊道相连，末端接入厂房上层排水廊道。排水廊道向下不设置排水孔，为降低压力钢管部位上方的地下水位，在排水廊道上方设置了人字型排水孔，孔距3m，孔深35m，孔径φ10cm。
3.2钢管管壁及岩壁排水设计
压力钢管管壁排水一般有以下两种方法：方法一：参考天荒坪、宜兴等抽水蓄能电站的做法，在钢管外设置环向集水管和纵向集水管，以纵向集水管为主，一般只在压力钢管起始管节设置环向集水管，并在压力钢管管壁上预留排水孔（预留排水孔做法同管壁上预留灌浆孔），要求预留排水孔位置与管壁集水管对正，待灌浆结束后通过预留排水孔打穿纵向集水管，再封焊管壁上的预留排水孔。方法二：很多电站采用此种排水措施，如广蓄、泰安等抽水蓄能电工程，在钢管外设置环向集水管和纵向集水管，每隔一定距离设置环向集水管，环向集水管与纵向集水管连通，环向集水管贴于钢管外壁，集水管与钢管外壁采用固体多脂肥皂密封，待水浸泡后可形成渗水通道。方法一，排水可靠，效果良好，而且可以对压力钢管进行灌浆，但其缺点是需在钢管上开很多孔，开孔补强质量不易保证，容易引起内水外渗。方法二，钢管不需要开孔，故不存在内水外渗问题。若钢管不进行灌浆，排水效果可靠，若钢管需要灌浆，排水效果不能保证。
压力钢管岩壁排水一般做法是沿钢管纵向靠岩壁设置无砂混凝土管或外包砂袋的孔管及普通的软式透水管等；另外就是参考十三陵、回龙等抽水蓄能电站的做法，在压力钢管洞段内设置岩壁排水管，排水钻孔设在两侧岩壁中部，孔深1.5m，排距5m，由插入钻孔的硬质塑料管与设在洞底两侧的排水主管相连。以上的岩壁排水方法，排水可靠，效果良好，但缺点是钢管不能进行灌浆，否则排水容易失效。
通过以上对钢管管壁及岩壁排水措施的分析，并结合本工程压力钢管外需要灌浆的具体情况，以上岩壁排水的措施不适用于本工程；钢管管壁排水的方法二，由于灌浆后的排水效果不能保证，设计未选用；钢管管壁排水的方法一，由于开孔较多，施工工艺复杂，且预留排水孔封焊补强质量很难保证，另外，近厂房B610CF钢衬段的钢板不允许开孔，因此综合考虑，对于钢管管壁及岩壁排水需要考虑一种施工工艺简单，排水效果好且能够灌浆的行之有效的工程措施。
对于压力钢管的灌浆（包括回填、固结及接触灌浆），采用的是普通普通硅酸盐水泥灌浆。普通普通硅酸盐水泥的平均粒径约为0.02mm，最大粒径在0.044～0.1mm之间，比表面积约为3000～4000cm2/g左右。当孔管的孔径与水泥颗粒粒径差不多时，普通水泥颗粒不是堵塞孔口，就是堆积在孔口周围构成桥链，阻碍其它颗粒进入。因此普通水泥浆液灌浆时，很难灌入孔径为0.02mm左右的孔管内。基于以上理论，通过对一系列透水材料的研究，设计最终选用一种等效孔径为0.02～0.025mm的特殊软式透水管(普通软式透水管等效孔径为0.06～0.2mm)做为压力钢管外排水系统的材料。这不但有效的解决了压力钢管灌浆时，水泥浆液进入排水管内并导致排水系统失效的问题，而且还具备施工工艺简单，工程造价低的优点，缺点是材料需要从厂家特殊定购。













图2 引水压力钢管管壁及岩壁排水断面图（单位：cm）
蒲石河引水压力钢管管壁及岩壁排水系统，由环向集水管和纵向排水管组成。环向集水管排距2.8m，纵向集水管沿横断面均匀布置6根，于厂房上游墙出露，并引至厂房集水井。集水管、排水管均采用等效孔径为0.02～0.025mm的特殊软式透水管。引水压力钢管管壁及岩壁排水布置见图2。
4结语
压力钢管的设计包括结构设计及辅助设计。
蒲石河引水压力钢管的辅助设计，对回填混凝土、灌浆、外排水及细部构造进行了详细地设计。特别是压力钢管的外排水设计，充分调研了管壁及岩壁的一些常用的工程措施，并结合本工程的具体情况，大胆地使用特殊的软式透水管做为钢管外排水材料，取代了以前的常规做法，其排水的效果有待于工程运行的验证，可为同行设计提供参考。