高壓壓水試驗在贛縣抽水蓄能電站中的應用

陳萬林（福建華東巖土工程有限公司，福建福州350003）

高壓壓水試驗在贛縣抽水蓄能電站中的應用

陳萬林（福建華東巖土工程有限公司，福建福州350003）

在贛縣抽水蓄能電站預可行性研究階段，專門在高壓岔管～地下廠房位置的ZKC1鉆孔中進行了高壓壓水試驗，取得各試驗段巖體的透水率和壓力～流量（P～Q）關系曲線（類型），從而了解巖體在高水頭壓力下的滲透特性。

高壓壓水試驗；透水率；P～Q曲線類型

1 前言

贛縣抽水蓄能電站位于江西省贛縣大埠鄉境內，總裝機容量1200MW，地下廠房采用中部布置方案，高壓岔管內壓力水頭約為418m。

本次預可行性研究階段在高壓岔管～地下廠房完成了1個鉆孔ZKC1，孔深0～1.1m為覆蓋層，孔深1.1～301.67m為中粗粒黑云母花崗巖，其中孔深1.1～3m為全風化，孔深3～77.2m為弱風化，孔深77.2～148.8m為微風化，孔深148.8～301.67m為新鮮。高壓岔管部位巖性為中粗粒黑云母花崗巖，巖石堅硬，新鮮，巖體較完整～完整。

2 高壓壓水試驗

根據ZKC1鉆孔揭露情況，按巖體節理裂隙發育程度及巖體完整程度布置21個試段，孔深193.9～298.9m。

高壓岔管內壓力水頭約為418m，按1.5倍考慮，確定本次最大試驗壓力為6.5MPa，試驗分五級、九個階段進行（包括升壓和降壓階段），各級試驗壓力為：1.3MPa→2.6MPa→3.9MPa→5.2MPa→6.5MPa→5.2MPa→3.9MPa→2.6MPa→1.3MPa。

采用雙管法（即封隔試驗段和試驗段壓水各自一管路）自孔深193.9m至孔深298.9m，由上而下逐段進行壓水試驗，每級壓力穩定時間為5min，時間間隔為1min，試驗段長度5.0m，相鄰試段互相銜接，試驗為快速法。

試驗步驟如下：

（1）試驗孔段鉆進結束后，進行洗孔，然后下封隔器將試驗段封隔起來。

（2）向封隔器注水、加壓，使封隔器膨脹，以使試驗時試驗段不漏水。封隔器壓力高于試驗壓力0.5MPa。

（3）打開溢流閥，啟動水泵，再打開排氣閥，然后向試驗段送水，待充分排氣，排氣閥連續出水后，再將其關閉。

（4）調整溢流閥，使試段壓力達到預定值并保持穩定，然后進行流量觀測。

（5）流量觀測工作每隔1min進行一次，連續五次，當流量無持續增大趨勢，且五次流量讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，該級壓力下試驗即可結束，取最終值作為計算值。若不能滿足上述條件則需繼續觀測，直到滿足條件為止。

（6）將試段壓力調整到下一級壓力值，重復上述過程，直到完成該試段的試驗。

3 試驗成果

壓水試驗主要成果為透水率、P～Q曲線（類型）。試段透水率采用最大壓力階段的壓力值P和流量值Q按下式計算：q= Q/LP，式中q為試段的透水率（Lu），L為試段長度（m），Q為最大壓力階段的流量值 （L/min），P為最大壓力階段的壓力值（MPa）。

壓水試驗采用多個壓力階段，因為在不同的壓力下，巖體裂隙的滲流狀態是不同的，在不同的壓力下巖體裂隙的狀態（張開度、充填物等）會發生變化，因而其滲透性也會發生變化。根據壓水試驗，得出各級壓力與流量之間的關系，繪制P～Q關系曲線，再根據曲線形狀可分為5種類型：A型（層流型）、B型（紊流型）、C型（擴張型）、D型（沖蝕型）、E型（充填型）。

ZKC1鉆孔各試段高壓壓水試驗計算成果匯總于表1。

表1 ZKC1鉆孔高壓壓水試驗計算成果匯總表

4 成果分析

由表1可知：

在 ZKC1鉆孔孔深 193.9～298.9m共 21個測段內，除233.9～258.9m、293.9～298.9m的透水率q值在0.15～0.51Lu之間 （6段，占28.6%），其余測段透水率q值均小于0.1Lu（15段，占71.4%），巖體呈極微透水～微透水。

巖體試驗段P～Q曲線類型以A型（層流型）為主，有13段，占61.9%；其次為C型（擴張型），有6段，占28.6%；少量為B型（紊流型），有2段，占9.5%。

根據本次試驗各試段P～Q曲線及巖體特征，共有以下三類：

（1）A型（層流型）：P～Q曲線中升壓曲線為通過坐標原點的直線，降壓曲線與升壓曲線重合。在整個試驗期間，裂隙狀態沒有發生變化。

（2）C型 （擴張型）：P～Q曲線中升壓曲線大體上為凸向P軸的曲線，降壓曲線與升壓曲線基本重合。在試驗壓力作用下，裂隙狀態產生變化（原有裂隙加寬，隱裂隙劈裂），巖體滲透性增大，但這種變化是暫時的、可逆的，隨著試驗壓力下降，裂隙又恢復到原來的狀態，呈現出一種彈性擴張的性質。

（3）B型（紊流型）：P～Q曲線中升壓曲線為凸向Q軸的曲線，降壓曲線與升壓曲線基本重合。在整個試驗期間，裂隙狀態沒有發生變化。

A型（層流型）及B型（紊流型）試段的P～Q曲線均陡傾，透水率q值均小于0.1Lu，在高壓作用下，巖體始終處于彈性變形狀態，說明試段巖體完整性好或結構面與外界滲流場的連通性差。根據ZKC1鉆孔巖芯，A型及B型試段巖體完整，裂隙不發育。壓水試驗成果與實際吻合。

C型（擴張型）試段在高壓作用下，流量急增，P～Q曲線由陡變緩，曲線拐點較明顯，說明試段巖體存在結構面，在水頭壓力作用下張開，通過P～Q曲線的拐點可以大致判斷出結構面張開的壓力值。根據ZKC1鉆孔巖芯，C型試段 （233.9～258.9m、293.9～298.9m）巖體總體較完整，有中陡傾角的閉合裂隙發育。壓水試驗成果與實際吻合。

5 結論及建議

（1）試段巖體屬極微透水～微透水。微透水有6段，占28.6%，透水率q值在0.15～0.51Lu之間；極微透水有15段，占71.4%，透水率q值均小于0.1Lu。

（2）試段P～Q曲線類型以A型（層流型）為主，有13段，占61.9%；其次為C型（擴張型），有6段，占28.6%；少量為B型（紊流型），有2段，占9.5%。

（3）高壓岔管圍巖為新鮮的中粗粒黑云母花崗巖，巖體較完整～完整，透水性屬極微透水～微透水，以完整、極微透水巖體為主，裂隙總體不發育，局部有中陡傾角的閉合裂隙發育，由于裂隙閉合、短小，透水性較弱，多屬微透水。

（4）根據ZKC1鉆孔及高壓壓水試驗成果，高壓岔管圍巖初步分類為Ⅱ類，工程地質條件較好，鑒于高壓岔管工作水頭壓力較大，為防止局部裂隙發育巖體在高壓水頭作用下發生劈裂，建議設計對高壓岔管地段加強襯砌。

（5）由于本次鉆孔及試段未能完全概括高壓岔管地段存在的各種地質現象，對其它可能存在的斷層破碎帶、節理密集帶等，有待進一步研究其在高壓水流作用下的滲透特性。

［1］中華人民共和國國家發展和改革委員會.水電水利工程鉆孔壓水試驗規程［M］.中國電力出版社，2006.

［2］孫 政，田作印，楊曉晗.高壓壓水試驗在蒲石河抽水蓄能電站中的應用［C］.中國水力發電工程學會電網調峰與抽水蓄能專業委員會抽水蓄能學術年會，2009，27：50～52.

TV743

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2095-2066（2016）29-0095-02

2016-9-28

陳萬林（1983-），男，工程師，主要從事水電水利工程勘察工作。