某抽水蓄能電站2號引水系統(tǒng)放空檢修監(jiān)測資料分析

李見陽

(浙江華東測繪與工程安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

該電站裝機容量1200MW(4×300MW)，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、中控樓及地面500kV開關(guān)站等建筑物組成。主體工程于2004年6月開工，至2009年10月1#、2#、3#機組已分別投運。

該電站2號引水系統(tǒng)采用一洞兩機布置，由上水庫進出水口、上平洞段、上斜井段、中平洞段、下斜井段、下平洞段、岔管段、高壓支管段等部位組成。2010—2011年對引水系統(tǒng)上斜井EL.450.000～EL.723.478m段進行了內(nèi)套鋼襯處理。

2 放空檢修的目的

該抽水蓄能電站裝機規(guī)模大，水頭高、抽水發(fā)電工況頻繁、引水系統(tǒng)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，工程安全風(fēng)險大。放空檢修的目的是檢查引水系統(tǒng)存在的問題，以便及時采取處理措施，消除隱患，為電站運行提供可靠的質(zhì)量保證。檢驗內(nèi)容包括(不限于)：檢驗整個引水系統(tǒng)的設(shè)計、施工質(zhì)量及引水系統(tǒng)運行可靠性；了解引水系統(tǒng)所處部位圍巖的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)變化情況；檢驗上斜井鋼襯運行后的防滲效果和設(shè)計、施工質(zhì)量及運行可靠性；檢驗引水系統(tǒng)各項預(yù)埋監(jiān)測儀器的運行情況及監(jiān)測成果的分析；檢驗引水隧洞檢修排水系統(tǒng)排水設(shè)備的質(zhì)量及運行可靠性。

3 充排水試驗過程

2號引水系統(tǒng)于2019年5月12—18日進行了引水系統(tǒng)排水過程，5月19日—6月4日進行了引水系統(tǒng)放空檢查，6月4—11日進行了回充水。2號引水系統(tǒng)放空檢修期間隧洞水位過程線如圖1所示。

圖1 2號引水系統(tǒng)放空檢修期間隧洞水位變化過程線

4 監(jiān)測項目和數(shù)據(jù)采集

放空檢修期間對2號引水系統(tǒng)的引水隧洞、引水岔管、高壓支管、山體邊坡等主要觀測部位進行了安全監(jiān)測工作，包括圍巖變形、圍巖承載力、襯砌支護結(jié)構(gòu)的受力情況、接縫開合度、滲流滲壓情況等監(jiān)測項目，主要的觀測儀器包括滲壓計、多點變位計、錨桿應(yīng)力計、鋼筋計、三向應(yīng)變計、無應(yīng)力計、測縫計、鋼管測縫計、鋼板應(yīng)力計、山體地下水位孔、量水堰等。

由于電站全廠已經(jīng)建立起自動化監(jiān)測系統(tǒng)，所以本次放空檢修期間監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主要采用自動化采集方式，對于山體量水堰等不能進行自動化監(jiān)測的項目采用人工觀測，自動化采集頻次為1次/2h，人工觀測頻次為3次/d。

5 監(jiān)測成果分析

2號引水系統(tǒng)此次放空檢修期間，圍巖變形、錨桿應(yīng)力、接縫開合度、鋼筋應(yīng)力、鋼板應(yīng)力、滲流滲壓等監(jiān)測成果匯總見表1。

表1 2號引水系統(tǒng)放空檢修期間監(jiān)測成果匯總

綜合分析各主體部位的放空檢修期間監(jiān)測成果，初步結(jié)論如下。

(1)2號引水系統(tǒng)放空檢修期間，圍巖最大變形量為-0.82～0.83mm，平均變化量為-0.44～0.35mm，變化量較小，圍巖狀態(tài)基本穩(wěn)定。

(2)放空檢修期間，2號引水系統(tǒng)的鋼板及鋼筋混凝土襯砌、高壓鋼管等支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)基本穩(wěn)定；錨桿應(yīng)力最大變化為-174.45～181.47MPa，變化主要位于下彎段的錨桿應(yīng)力計Ks-D-1上，應(yīng)力受水位增加影響由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，與隧洞水位表現(xiàn)出密切的負(fù)相關(guān)性(過程線如圖2所示)，該支儀器數(shù)據(jù)變化與歷次充排水試驗中數(shù)據(jù)變化基本一致，錨桿所受應(yīng)力正常；除下彎段外，其他部位錨桿應(yīng)力相對變幅較小，最大變化量均在15MPa以內(nèi)，圍巖支護狀態(tài)穩(wěn)定。

圖2 2號引水系統(tǒng)下彎段錨桿應(yīng)力-隧洞水位關(guān)系曲線

2號引水隧洞充水水位達(dá)到最高時，岔管部位內(nèi)水壓力達(dá)到7.06MPa，襯砌混凝土發(fā)生環(huán)向微膨脹，呈徑向受壓、環(huán)向受拉狀態(tài)，應(yīng)變最大變化量-281.67με，平均變化量-43.28με，無應(yīng)力計變化較小，總體上應(yīng)變量較小；表層圍巖發(fā)生徑向壓縮變形，最大變化量為-0.78mm(Ms-E-3-孔口測點，如圖3所示)，平均變化量-0.15mm；鋼筋應(yīng)力環(huán)向測點變化較明顯，最大變化量為64.63MPa(Ryc-2#-1測點，如圖4所示)，平均變化量為10.17MPa，受隧洞水位增加影響拉應(yīng)力增加，但總體上鋼筋應(yīng)力変化較小。

圖3 2號岔管段典型測點圍巖變形-隧洞水位關(guān)系曲線

圖4 2號岔管段典型測點鋼筋應(yīng)力-隧洞水位關(guān)系曲線

水排空后，岔管內(nèi)水壓力為0MPa，襯砌混凝土環(huán)向收縮，應(yīng)變減小，應(yīng)變最大變化量312.04με，平均變化量為46.90με；表層圍巖發(fā)生徑向松弛變形，最大變化量0.58mm，平均變化量0.16mm；鋼筋應(yīng)力環(huán)向測點呈減小狀態(tài)，最大變化量為-71.27MPa，平均變化量為-12.96MPa，受隧洞水位減少影響拉應(yīng)力減少；錨桿應(yīng)力変化較小。襯砌混凝土、表層圍巖、錨桿應(yīng)力及鋼筋應(yīng)力表現(xiàn)出同步的彈性變形特征[4- 6]，符合一般變化規(guī)律，變化量未超出材料的強度極限，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定正常。

放空檢修期間，高壓支管段表層圍巖變形最大變化量在-0.82～0.83mm之間，與隧洞內(nèi)水位變化密切相關(guān)；各主體部位接縫開合度最大變化量均未超過0.20mm；放空檢修期間鋼板應(yīng)力最大變化量為-9.67～8.26MPa，平均變化量為-4.54～4.12MPa；除2號岔管段外，鋼筋應(yīng)力最大變化量及平均變化量均未超過10.00MPa；各部位變化量均較小。

(3)放空檢修期間，2號引水系統(tǒng)各主體部位的圍巖滲透壓力變化基本正常。圍巖的滲透壓力與隧洞內(nèi)的水位密切相關(guān)。在排水及回充水過程中，2號引水系統(tǒng)圍巖滲透壓力最大變化量分別為-5.70和5.55MPa，由2號岔管段的滲壓計Ps-E-4測得，滲透壓力的變化與隧洞內(nèi)的水位變化密切相關(guān)，變化規(guī)律與歷次充排水試驗變化規(guī)律一致，過程線如圖5所示。

圖5 2號岔管段典型滲壓計滲透壓力-隧洞水位關(guān)系曲線

放空后巡視檢查發(fā)現(xiàn)該岔管部位混凝土存在局部微裂隙，回充水后該部位滲透壓力又恢復(fù)到排水前水平，無增大擴展趨勢，在日后觀測中應(yīng)加強關(guān)注。根據(jù)隧洞的襯砌設(shè)計原理，圍巖是防滲和承載的主體，襯砌是限裂設(shè)計，襯砌僅起到降低糙率，防止掉塊的作用[7- 8]，因此，內(nèi)水外滲到滲壓計位置是正常現(xiàn)象，因滲壓計一般距離襯砌4～6m以內(nèi)，在這個距離上高壓內(nèi)水是比較容易透過微裂隙作用到滲壓計上的。圍巖的防滲是依靠圍巖自身的深埋厚度來逐級降低滲透壓力，最終在一定圍巖厚度處將內(nèi)水壓力降低到0。因此，鋼筋混凝土岔管和下彎段部位的滲透壓力變化是正?，F(xiàn)象，該部位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

上斜井鋼襯外滲壓計在排水及回充水過程中滲透壓力最大變化量分別為0.17和-0.18MPa，變化較小，充水后各斷面滲透壓力與5月排水前測值基本一致，表明充排水過程中滲壓計實測水壓力受2號引水系統(tǒng)隧洞水位變化影響相對較小，未出現(xiàn)突變趨勢，此外，充排水試驗期間，對1號引水系統(tǒng)上斜井鋼襯外滲壓計進行觀測分析，未發(fā)現(xiàn)滲透壓力有異常變化情況，說明1號上斜井與2號上斜井之間未存在明顯的滲水通道，斜井鋼襯效果良好；充排水試驗期間，山體地下水位孔水位最大變化量為-1.07m，變化量較小，說明輸水道內(nèi)水位的變化對山體地下水位孔的影響較小，測孔與輸水道之間無明顯的滲流通道。

(4)2號引水隧洞沿線、橫通道封堵體、施工支洞及排水廊道等部位的滲漏/涌水點的滲漏/涌水量在放空檢修期間基本穩(wěn)定，無新增滲水點，滲水量無明顯增大趨勢。山體量水堰滲水量維持在2～4L/s之間，滲漏量基本無變化，滲漏量遠(yuǎn)小于上斜井鋼襯前的200L/s，鋼襯防滲效果明顯。

6 結(jié)語

在放空檢修期間，2號引水系統(tǒng)各部位圍巖變形、支護應(yīng)力、滲流滲壓等狀態(tài)基本穩(wěn)定，回充水后各部位測值接近試驗前測值。岔管段圍巖滲壓與隧洞內(nèi)水位高程表現(xiàn)出密切的正相關(guān)性，變化規(guī)律與歷次充排水試驗變化規(guī)律一致，無增大擴展趨勢。2號引水系統(tǒng)充水過程對1號引水系統(tǒng)的影響相對較小，鋼襯部位滲壓計受水位變化影響小，表明目前鋼襯效果良好，斜井部位未出現(xiàn)明顯滲流通道。

根據(jù)本文監(jiān)測分析，該電站2號引水系統(tǒng)各主體工程安全狀態(tài)基本正常，設(shè)計合理，施工質(zhì)量良好，運行安全可靠。但因隧洞坡度較陡且濕滑，未進行人工巡視檢查，建議條件允許時增加巡視檢查，以了解襯砌混凝土沖刷情況。