一种水电站转轮室混凝土高压水射流拆除施工方法与流程

本发明涉及水轮发电机组转轮室改造领域，特别涉及一种水电站转轮室混凝土高压水射流拆除施工方法。

背景技术：

1、轴流转浆式水轮发电机组运行过程中，当转轮室出现气蚀、磨损和形变时，需要对水电站转轮室进行拆除和更换。转轮室包括钢结构、混凝土和埋件三大部分，混凝土包括一期混凝土和二期混凝土，二期混凝土为原机组安装时浇筑，位于一期混凝土和钢结构之间，钢结构由于设置多层筋板和肋板，二期混凝土与筋板和肋板粘结，形成受约束混凝土，由于混凝土与钢结构相互交叉约束，造成拆除作业困难。

2、水电站转轮室传统拆除方法无论是钢结构切割还是钢结构内部混凝土拆除均采用非高压水射流作业方式。其中，第一道工序钢结构切割采用碳弧气刨等热切割工艺，其作业过程产生的高温的铁屑，巨大的噪声，漫天的烟尘和强烈的光线等对人体健康影响较大，且有作业距离近，作业强度大，火灾等安全风险大，耗费人工多等不利因素。第二道工序混凝土拆除采用冲击、钻孔、液压劈裂、静力膨胀等拆除方式，其作业过程产生振动和噪声大，裂纹控制难，扬起粉尘大，作业强度大，作业环境恶劣，影响人体健康和拆除质量，且具有耗费人工多和拆除效率低等问题。

3、针对传统方法的不足，中铁科工集团轨道交通装备有限公司，在cn 112692537 a中，公布了一种应用高压水射流的转轮室混凝土拆除方法，但并未涉及具体的高压水射流参数和运动参数，拆除路径和步骤简单，此拆除工艺只能停留在理论上，并没有被具体实施，无法满足转轮室混凝土拆除需要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种水电站转轮室混凝土高压水射流拆除施工方法，应用高压水射流技术进行的水电站转轮室混凝土拆除，满足转轮室混凝土拆除的需要，工序简短高效。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水电站转轮室混凝土高压水射流拆除施工方法，经过高压水发生设备加压输出后的高压水通过具有多运动自由度的高压喷枪喷射作用至混凝土面上完成对计划拆除区域的混凝土的拆除，包括如下步骤：

3、s1、座环层混凝土高压水射流拆除，座环层混凝土包括座环层窗口混凝土和座环层无约束混凝土；

4、s2、基础环层窗口混凝土高压水射流拆除；

5、s3、中环层混凝土、下环层混凝土、围板层混凝土高压水射流拆除；

6、s4、基础环层无约束混凝土高压水射流拆除；

7、s5、地脚螺栓混凝土高压水射流拆除；

8、s6、拆除界面测量；

9、s7、拆除界面修整，对拆除界面欠挖部分区域混凝土针对性进行再次拆除。

10、优选的方案中，所述高压水射流设备工作压力 p范围为120~280mpa，且大于待拆除混凝土抗压强度的3倍；高压水射流设备工作流量 q范围为36~300l/min。

11、优选的方案中，所述高压喷枪初始作业靶距 l 0 =2~5cm，有效作业靶距 l d≥max（ l 1， l 2）*1.1，其中 l 1为中环筋板的深度， l 2为下环筋板的深度，高压喷枪的喷嘴孔径 d≥ l d/160，高压喷枪初始作业角度垂直于混凝土面。

12、优选的方案中，所述步骤s1中，采用高压水轴向拆除作业模式，其拆除步骤如下：

13、s11、座环下衬板和座环上围板切割拆除完成后，高压喷枪初始状态垂直于待拆混凝土上表面，保持初始作业靶距，沿z轴径向方向从待拆混凝土一端至另一端波浪线往返运动，高压喷枪进行r轴切线方向上下震荡摆动，以单程为1次，往返运动4~12次；

14、s12、拆除深度达到座环层混凝土上半部分高度后，高压喷枪沿r轴环向方向逆时针或顺时针移动一步；

15、s13、重复s11和s12，直至完成座环层混凝土上半部分一圈360°混凝土拆除至界面区间；

16、s14、座环肋板切割拆除完成后，高压喷枪沿y轴向下移动，重复s11和s12，直至完成座环层混凝土下半部分一圈360°混凝土拆除至界面区间。

17、优选的方案中，所述步骤s2中，采用高压水径向拆除作业模式，其拆除步骤如下：

18、s21、基础环过流面板切割拆除完成后，高压喷枪初始状态斜向于待拆窗口混凝土侧表面左上角或右上角，保持初始作业靶距，沿r轴环向方向从待拆混凝土一端至另一端波浪线往返运动，高压喷枪进行y轴方向上下震荡摆动，以单程为1次，往返运动4~12次，在这个过程中，当单程运动完成，即将调整方向为下一程运动前，通过高压喷枪左右偏转运动调整至与待拆混凝土侧表面左上角或右上角角度重新呈斜向状态后，再进行波浪线运动拆除作业；

19、s22、拆除深度达到有效作业靶距后，高压喷枪沿y轴轴向方向向下移动一步；

20、s23、重复s21和s22，直至完成基础环层窗口混凝土单个窗口初步拆除；

21、s24、高压喷枪沿z轴向远离圆心方向移动，参照s21~s23中步骤，完成基础环窗口混凝土单个窗口加深拆除；

22、s25、重复步骤s21~s24，继续进行基础环窗口混凝土单个窗口加深拆除，通过控制往返运动次数控制拆除深度，直至基础环环板出露；

23、s26、根据s24中拆除情况调整高压喷枪上、下、左、右角度，对附着在基础环上法兰面板、基础环筋板、基础环下法兰面板、基础环环板、基础环悬挂上的混凝土残渣进行清扫；

24、s27、通过操作执行机构，参照s21将高压喷枪移动至下个基础环层窗口混凝土拆除初始状态位置；

25、s28、重复s21~s26，直至完成基础环层窗口混凝土所有窗口拆除。

26、优选的方案中，所述步骤s3中，采用高压水径向拆除作业模式，其拆除步骤如下：

27、s31、中环过流面板切割拆除完成后，参照s21~s23中步骤，完成中环层窗口混凝土首层拆除，同步进行基础环筋板环板以内靠圆心部分、基础环上法兰面板环板以内靠圆心部分、基础环环板、基础环悬挂切割拆除，留下基础环筋板环板以外远离圆心部分、基础环上法兰面板环板以外远离圆心部分不拆；

28、s32、参照s31完成中环层窗口混凝土其他层拆除，同步进行基础环下法兰面板、中环筋板、中环肋板、中环进人门切割拆除；

29、s33、高压喷枪沿z轴向远离圆心方向移动，参照s21~s23中步骤，完成中环层无约束混凝土初步拆除；

30、s34、重复步骤s33，继续进行中环层无约束混凝土加深拆除，通过控制往返运动次数控制拆除深度，直至拆除至界面区间；

31、s35、下环过流面板和围板切割拆除完成后，参照s21~s23中步骤，完成下环层窗口混凝土、围板层窗口混凝土拆除，同步进行下环筋板、下环肋板、下环下法兰面板切割拆除；

32、s36、参照s33和s34步骤，完成下环层无约束混凝土、围板层无约束混凝土拆除至界面区间。

33、优选的方案中，所述步骤s4中，采用高压水径向拆除作业模式完成基础环层无约束混凝土拆除至界面区间，并完成基础环筋板环板以外远离圆心部分、基础环上法兰面板环板以外远离圆心部分切割拆除。

34、优选的方案中，所述步骤s5中，采用高压水径向或轴向拆除作业模式，完成地脚螺栓混凝土拆除至界面区间。

35、优选的方案中，所述波浪线往返运动为高压喷枪沿z轴径向与上下震荡摆动运动的组合运动或者r轴环向运动与上下震荡摆动运动的组合运动；上下震荡摆动角度不大于±15°，上下震荡摆动速度为20~40°/s；高压喷枪往返运动速度为0.5~3m/s，单程运动完成即将调整方向为下一程运动前的左右偏转角度不大于±30°，往返运动结束后，沿r轴环向方向或y轴轴向方向移动一步的步距为5~20cm，移动速度为1~2.5m/s。

36、优选的方案中，所述步骤s6中，采用三维激光雷达技术进行转轮室拆除界面三维高程测量采集点云数据，检查超欠挖情况，并对欠挖区域进行标记；所述步骤s7中，对所述步骤s6中三维测量结果中不在界面区间内欠挖的区域，采用高压水轴向拆除作业模式进行整体修整，整体修整完成后对转轮室采用人工风镐进行局部修整和整体凿毛。

37、本发明具有如下有益效果：

38、1）应用高压水射流技术进行的水电站转轮室混凝土拆除，满足转轮室混凝土拆除的需要，采用波浪线的拆除运动路径，有效拆除面广，拆除效率高。

39、2）水电站转轮室由于钢结构及窗口混凝土相互约束，采用本拆除施工方法按照从上向下的流程对座环层混凝土、基础环层窗口混凝土、中环层窗口混凝土、下环层窗口混凝土、围板层窗口混凝土高压水射流拆除，高压水射流设备工作压力大于待拆除混凝土抗压强度的3倍，并选择合适的工作流量和喷嘴孔径，初始作业靶距保持2~5cm之间，保证了高压水射流拆除作业的效果；有效作业靶距大于肋板深度的1.1倍，对附着在筋板、肋板等钢结构上的混凝土残渣进行清扫，可通过初步拆除即可完成窗口混凝土拆除，无需加深拆除便可进行钢结构拆除，有利于提高转轮室整体拆除效率，随后大面积拆除无约束混凝土，再拆除地脚螺栓混凝土，最后进行拆除界面修整。本施工方法工序简短高效，能够减少拆除设备移动频率，降低安全风险，并便于控制拆除质量。

40、3）对基础环上法兰面板和基础环筋板以基础环环板为界分先后拆除，在中环层混凝土、下环层混凝土、围板层混凝土拆除期间，保留的基础环上法兰面板环板以外远离圆心部分为人员环向作业提供了交通平台，便于钢结构吊运出场等作业过程安全高效进行。

41、4）采用三维激光雷达技术进行转轮室拆除界面三维高程测量，能够快速准确完整地采集到实际拆除界面数据，便于对拆除界面进行精准标记以及后续修整工作的高效顺利进行。