福建周寧抽水蓄能電站1號輸水系統(tǒng)充排水試驗

曹竹，巫美強，周站勇

（1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州，311122；2.中國華電集團有限公司福建分公司，福建 福州，350013；3.華電福新周寧抽水蓄能有限公司，福建 寧德，352100）

0 引言

抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)充排水試驗是電站正式運行前的第一次受荷試驗，是一次加載、卸載、檢查、監(jiān)測、查缺和消缺的過程，是電站可靠運行的重要保障。

依照DL/T 1770—2017《抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)充排水技術(shù)規(guī)程》[1]，對福建周寧抽水蓄能電站1號輸水系統(tǒng)的尾水系統(tǒng)進行了充排水試驗，對引水系統(tǒng)進行了充水試驗。通過充排水試驗，根據(jù)試驗過程中滲透壓力、鋼筋應(yīng)力、裂縫開度等監(jiān)測項目的測值及變化規(guī)律，對監(jiān)測結(jié)果進行分析和總結(jié)，以供同類工程設(shè)計、施工、管理等參考。

1 工程概況

周寧抽水蓄能電站位于福建省寧德市周寧縣境內(nèi)，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，裝機容量4×300 MW。樞紐建筑物主要包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和地面開關(guān)站等，為一等大（1）型工程。輸水系統(tǒng)位于上、下水庫之間的山體內(nèi)，距高比3.25，總長約1 732.8 m（沿1號輸水系統(tǒng)長度），其中引水系統(tǒng)長1 209.9 m，尾水系統(tǒng)長522.9 m。輸水系統(tǒng)采用兩洞四機布置，主要建筑物包括上庫進/出水口、引水上平洞、引水上斜井、引水中平洞、引水下斜井、引水下平洞、引水鋼岔管、引水支管、尾水支管、尾水岔管、尾水下平段、尾水斜井、尾水上平段和下庫進/出水口等。

引水隧洞平面呈“L”形折線布置，立面采用上、下兩級斜井布置，從中平洞中部至廠房上游邊墻采用鋼襯，其余部位為混凝土襯砌段。尾水隧洞平面呈反“L”形折線布置，立面采用平洞+斜井布置形式，與下水庫進/出水口相接，斜井角度50°。

2 試驗?zāi)康?/h2>

通過充排水試驗主要可檢驗和觀測以下幾個方面[2]：

（1）檢驗和觀測整個輸水系統(tǒng)及施工支洞堵頭的工程質(zhì)量及運行情況；

（2）觀測輸水系統(tǒng)所處部位圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)變化情況；

（3）檢驗各項預(yù)埋監(jiān)測儀器的運行情況并取得監(jiān)測結(jié)果；

（4）檢驗輸水系統(tǒng)放空排水設(shè)備的操作程序及運行情況；

（5）進行上、下庫進/出水口閘門及尾水事故閘門靜水調(diào)試，檢查開關(guān)、調(diào)節(jié)及聯(lián)鎖功能，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)LCU 遠方聯(lián)動調(diào)試，進行調(diào)速器、活動導(dǎo)葉靜水調(diào)試；

（6）檢查機組尾水管、導(dǎo)水機構(gòu)、蝸殼、相關(guān)密封及測壓系統(tǒng)管路的滲漏水情況。

3 充排水試驗前工程面貌

3.1 土建工程部分

3.1.1 上、下水庫

上、下水庫已通過蓄水安全鑒定。下水庫蓄水至正常蓄水位，上水庫無水。上、下庫大壩除壩頂結(jié)構(gòu)外，均已完成。

3.1.2 輸水系統(tǒng)

已完成上、下庫1 號和2 號進/出水口前池底板、攔渣坎及進/出水口結(jié)構(gòu)（一、二期）混凝土工程；上庫進/出水口1號、2號啟閉機房啟閉機層框架柱及樓梯間澆筑完成；廠房四臺機組混凝土均已澆筑至208.00 m 高程；1 號輸水系統(tǒng)其余部位土建工程全部完成，靠近1號輸水系統(tǒng)的施工支洞均已封堵完成且達到設(shè)計強度；1 號輸水系統(tǒng)內(nèi)臨時防護等設(shè)施已拆除，并清理干凈；除上斜井上彎段外，2號輸水系統(tǒng)上斜井-中平洞襯砌混凝土已全部完成。

輸水系統(tǒng)中平洞及下平洞高壓管道排水廊道排水孔、地下廠房三層排水廊道排水孔及落水孔全部完成；尾閘洞集水井具備匯水及抽排水能力。

上、下庫進/出水口結(jié)構(gòu)及邊坡部位，1 號輸水系統(tǒng)（引水隧洞、壓力管道、鋼岔管、尾水隧洞和尾水岔管等）和施工支洞封堵段所有觀測儀器均已安裝完成并能正常觀測；輸水系統(tǒng)及廠房各層排水廊道內(nèi)所有觀測儀器（包括滲壓計、測壓管和量水堰等）已安裝完成并取得初期監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 金屬結(jié)構(gòu)部分

安裝并調(diào)試完成了上、下庫進/出水口攔污柵，上庫事故閘門（含充水閥）及啟閉機，下庫檢修閘門（含充水閥）及啟閉機，1～4號尾水事故閘門及啟閉機，充水系統(tǒng)。

4 試驗方案

4.1 試驗方式

4.1.1 尾水系統(tǒng)

本電站埋深大，尾水系統(tǒng)承受較大的水壓，為了安全運行和防止事故擴大，采用分段充水。首次充排水時，因機組設(shè)備未完成安裝及調(diào)試，機組不具備過流條件，故先進行尾水事故閘門下游側(cè)尾水系統(tǒng)的充排水試驗，充水方式采用下水庫進/出水口檢修閘門充水閥充水。該段充排水試驗過程一般包括充水、排水、檢查處理及再充水。

4.1.2 引水系統(tǒng)

本工程上水庫蓄水量不滿足引水系統(tǒng)充水要求，因此采用廠房內(nèi)充水泵進行引水系統(tǒng)充水。充水后，相關(guān)水工建筑物和機電設(shè)備無異常，因此充排水指揮部明確排水試驗暫不進行，擇機再做。

4.2 試驗程序

4.2.1 尾水系統(tǒng)

尾水系統(tǒng)充排水分兩段進行，第一段為尾水系統(tǒng)（尾水事故閘門到下庫檢修閘門段），第二段為機組過流段（尾水事故閘門到機組流道段）。根據(jù)試驗前的工程面貌，考慮機組不具備過水條件的工況，僅進行尾水系統(tǒng)充排水試驗，具體充排水程序為：1 號、2 號尾水事故閘門下閘鎖定→打開下庫進/出水口檢修閘門充水閥（平洞段充水量不大于1 000 m3/h、斜井段充水上升速率不大于5 m/h）→充水至下庫庫水位→穩(wěn)壓72 h→通過全廠公共供水總管至滲漏排水系統(tǒng)自流排水，尾水隧洞水位降至222.70 m高程，用一臺檢修排水水泵抽水至188.50 m高程→用兩臺檢修排水水泵抽水至183.70 m 高程→小開度打開尾水事故閘門對上游尾水系統(tǒng)平壓充水→用檢修排水大泵抽水至181.90 m 高程→用排水小泵抽水至181.00 m 高程→停止抽水→用自流排水管排至滲漏集水井。

4.2.2 引水系統(tǒng)

1號引水系統(tǒng)充水試驗采用平壓充水和充水泵相結(jié)合的方式。1 號引水系統(tǒng)充水量3.481 萬m3，承受最大靜水頭486.5 m（190.80 m 高程至下庫蓄水位677.30 m高程），充水時下水庫蓄水位296.80 m高程，利用廠房內(nèi)充水泵對引水系統(tǒng)充水，充水分四級，第一級至第三級穩(wěn)壓24 h，第四級穩(wěn)壓48 h。平洞段充水強度按不大于1 000 m3/h 控制，斜井鋼襯段水位上升速率不大于10 m/h，斜井襯砌段水位上升速率不大于5 m/h。具體充水程序為：

（1）引水隧洞平壓充水。充水路徑：1號公共取水管→全廠公共供水總管→壓力鋼管試驗排水管（2 號壓力鋼管排水管與全廠公共供水總管的連接管路）→2 號壓力鋼管排水管。對1 號引水隧洞的下平洞和下斜井進行充水。

（2）引水隧洞充水泵充水。充水路徑：1號公共取水管→1～2號機組技術(shù)供水系統(tǒng)公共總管→1號引水隧洞充水泵取水管→1 號引水隧洞充水泵→1號壓力鋼管排水管。對1號引水隧洞的中平洞、上斜井和上平洞進行充水。

4.3 試驗過程

4.3.1 尾水系統(tǒng)

1 號尾水系統(tǒng)完成了充水、排水和回充水試驗。尾水系統(tǒng)容量約15 500 m3，充水試驗歷時為99.6 h，排水試驗歷時為51.0 h，回充水試驗歷時為29.6 h，見表1。

表1 1號尾水系統(tǒng)充排水試驗過程數(shù)據(jù)Table 1 Data of water filling and drainage test of tailrace system No.1

4.3.2 引水系統(tǒng)

1號引水系統(tǒng)僅進行了充水試驗。引水系統(tǒng)容量約34 810 m3，按照約150 m一臺階分成四級進行充水，分別在342.00 m、490.00 m和652.00 m高程穩(wěn)壓24 h，在677.30 m高程穩(wěn)壓48 h。

5 試驗結(jié)果與分析

5.1 滲漏量觀測

兩輸水系統(tǒng)尾水隧洞之間的巖體厚度為17 m，引水中平洞之間的巖體厚度為42.2 m。1號輸水系統(tǒng)充排水試驗期間，2號輸水系統(tǒng)無集中滲水點，混凝土面有少量濕潤，但無滴水現(xiàn)象。

分別在1 號、5 號、6 號、7 號施工支洞堵頭附近設(shè)置量水堰測量1號輸水系統(tǒng)的滲漏量。其中1號施工支洞位于引水上平洞，6 號施工支洞位于引水中平洞，5號施工支洞位于尾水下平洞，7號施工支洞位于尾水上平洞。

5.1.1 尾水系統(tǒng)

1 號尾水系統(tǒng)初次充水時，5 號施工支洞堵頭附近三個滲水點總滲水量為1.119 L/s，7 號施工支洞堵頭附近無集中滲水點。尾水系統(tǒng)排水后，對滲水點采用水泥、聚氨酯化學(xué)灌漿材料進行封堵。回充水時滲漏量明顯減少，最終滲漏量穩(wěn)定在0.584 L/s。

5.1.2 引水系統(tǒng)

初次充水時，穩(wěn)壓過程中除6號施工支洞附近一個滲水點最大滲水量為0.094 L/s、1 號施工支洞附近一個滲水點最大滲水量為0.037 L/s外，其余部位均無滲水點。1 號引水系統(tǒng)充水至最高水位后，滲漏量合計為0.131 L/s，均小于設(shè)計允許值。

5.2 原型觀測

5.2.1 尾水系統(tǒng)

尾水岔管及尾水隧洞埋設(shè)的滲壓計觀測結(jié)果表明，充水過程中，滲壓計測值隨內(nèi)水壓力的增加而增大，在最高水位時，內(nèi)、外水壓力基本持平；排水過程中，滲壓計數(shù)值隨水位降低而減小。說明尾水系統(tǒng)混凝土襯砌采用限裂設(shè)計，由圍巖抵抗內(nèi)水壓力及滲水的假定是符合實際的。

充水過程中，尾水系統(tǒng)埋設(shè)的多點位移計、鋼筋應(yīng)力計和測縫計測值隨水位增加而逐漸增大，但不顯著，均小于設(shè)計值。推測是當(dāng)混凝土襯砌開裂后，內(nèi)外水壓平衡，混凝土及鋼筋均在允許應(yīng)力范圍內(nèi)，變形和受力變化不大。

5.2.2 引水系統(tǒng)

引水岔管段處滲壓計測值與引水系統(tǒng)充水水位無相關(guān)性，充水過程中測縫計和多點位移計測值變化較小。

引水中平洞處設(shè)置兩個監(jiān)測斷面，分別位于襯砌段（樁號引（1）0+473.081）和鋼襯段（樁號引（1）0+480.546）。兩斷面錨桿應(yīng)力在-3.87～4.28 MPa，隨充水水位升高，測值不斷增大；測縫計開合度變化分別為-0.10～0.02 mm 和-0.02～0.23 mm，開合度變化較?。讳撘r段斷面處鋼板縫隙計開合度變化為-0.33～0.21 mm，開合度變化也較小。

襯砌段兩支滲透壓力計測值與充水水位呈明顯正相關(guān)性。鋼襯段兩支滲透壓力計測值與充水水位也有一定的正相關(guān)性，當(dāng)充水水位達676.00 m高程時，最大滲透壓力為2 117.35 kPa。鋼筋計充水期間整體呈受拉狀態(tài)，說明引水中平洞鋼筋混凝土襯砌段有縫隙或滲水通道產(chǎn)生，而鋼襯段由于分界部位的灌漿帷幕增加了繞滲長度，滲透壓力較鋼筋混凝土襯砌段小。

6 結(jié)語

福建周寧抽水蓄能電站1 號輸水系統(tǒng)充排水試驗滲漏量較小，監(jiān)測數(shù)值正常，尾水系統(tǒng)經(jīng)放空檢查未發(fā)現(xiàn)異常，說明輸水系統(tǒng)設(shè)計合理，施工質(zhì)量較好。

（1）尾水系統(tǒng)首次充水時，發(fā)現(xiàn)尾水事故閘門部位漏水；引水系統(tǒng)首次充水至上斜井位置時，6號施工支洞位置進人孔法蘭蓋部位漏水。充排水指揮部均在第一時間做出排水、消缺、再充水的指令，充分確保整個試驗過程安全可靠。

（2）本次試驗尾水系統(tǒng)充排水共歷時7.5 d、引水系統(tǒng)充水歷時19 d。若前期準備充分，試驗時間還能縮短。尾水系統(tǒng)排水放空后檢查發(fā)現(xiàn)，尾水混凝土岔管和尾水支管之間有一道環(huán)向縫張開。■