某抽水蓄能電站2號引水系統放空檢修監測資料分析

李見陽

(浙江華東測繪與工程安全技術有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

該電站裝機容量1200MW(4×300MW)，是一座日調節純抽水蓄能電站。電站由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房系統、中控樓及地面500kV開關站等建筑物組成。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年對引水系統上斜井EL.450.000～EL.723.478m段進行了內套鋼襯處理。

2 放空檢修的目的

該抽水蓄能電站裝機規模大，水頭高、抽水發電工況頻繁、引水系統工程地質條件復雜，工程安全風險大。放空檢修的目的是檢查引水系統存在的問題，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量保證。檢驗內容包括(不限于)：檢驗整個引水系統的設計、施工質量及引水系統運行可靠性；了解引水系統所處部位圍巖的水文地質及工程地質變化情況；檢驗上斜井鋼襯運行后的防滲效果和設計、施工質量及運行可靠性；檢驗引水系統各項預埋監測儀器的運行情況及監測成果的分析；檢驗引水隧洞檢修排水系統排水設備的質量及運行可靠性。

3 充排水試驗過程

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

圖1 2號引水系統放空檢修期間隧洞水位變化過程線

4 監測項目和數據采集

放空檢修期間對2號引水系統的引水隧洞、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測工作，包括圍巖變形、圍巖承載力、襯砌支護結構的受力情況、接縫開合度、滲流滲壓情況等監測項目，主要的觀測儀器包括滲壓計、多點變位計、錨桿應力計、鋼筋計、三向應變計、無應力計、測縫計、鋼管測縫計、鋼板應力計、山體地下水位孔、量水堰等。

由于電站全廠已經建立起自動化監測系統，所以本次放空檢修期間監測數據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 監測成果分析

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

表1 2號引水系統放空檢修期間監測成果匯總

綜合分析各主體部位的放空檢修期間監測成果，初步結論如下。

(1)2號引水系統放空檢修期間，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，圍巖狀態基本穩定。

(2)放空檢修期間，2號引水系統的鋼板及鋼筋混凝土襯砌、高壓鋼管等支護結構應力應變狀態基本穩定；錨桿應力最大變化為-174.45～181.47MPa，變化主要位于下彎段的錨桿應力計Ks-D-1上，應力受水位增加影響由拉應力轉變為壓應力，與隧洞水位表現出密切的負相關性(過程線如圖2所示)，該支儀器數據變化與歷次充排水試驗中數據變化基本一致，錨桿所受應力正常；除下彎段外，其他部位錨桿應力相對變幅較小，最大變化量均在15MPa以內，圍巖支護狀態穩定。

圖2 2號引水系統下彎段錨桿應力-隧洞水位關系曲線

2號引水隧洞充水水位達到最高時，岔管部位內水壓力達到7.06MPa，襯砌混凝土發生環向微膨脹，呈徑向受壓、環向受拉狀態，應變最大變化量-281.67με，平均變化量-43.28με，無應力計變化較小，總體上應變量較小；表層圍巖發生徑向壓縮變形，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；鋼筋應力環向測點變化較明顯，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力增加，但總體上鋼筋應力変化較小。

圖3 2號岔管段典型測點圍巖變形-隧洞水位關系曲線

圖4 2號岔管段典型測點鋼筋應力-隧洞水位關系曲線

水排空后，岔管內水壓力為0MPa，襯砌混凝土環向收縮，應變減小，應變最大變化量312.04με，平均變化量為46.90με；表層圍巖發生徑向松弛變形，最大變化量0.58mm，平均變化量0.16mm；鋼筋應力環向測點呈減小狀態，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力減少；錨桿應力変化較小。襯砌混凝土、表層圍巖、錨桿應力及鋼筋應力表現出同步的彈性變形特征[4- 6]，符合一般變化規律，變化量未超出材料的強度極限，結構應力狀態穩定正常。

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，與隧洞內水位變化密切相關；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的水位密切相關。在排水及回充水過程中，2號引水系統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的水位變化密切相關，變化規律與歷次充排水試驗變化規律一致，過程線如圖5所示。

圖5 2號岔管段典型滲壓計滲透壓力-隧洞水位關系曲線

放空后巡視檢查發現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到排水前水平，無增大擴展趨勢，在日后觀測中應加強關注。根據隧洞的襯砌設計原理，圍巖是防滲和承載的主體，襯砌是限裂設計，襯砌僅起到降低糙率，防止掉塊的作用[7- 8]，因此，內水外滲到滲壓計位置是正常現象，因滲壓計一般距離襯砌4～6m以內，在這個距離上高壓內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常現象，該部位結構穩定。

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號引水系統隧洞水位變化影響相對較小，未出現突變趨勢，此外，充排水試驗期間，對1號引水系統上斜井鋼襯外滲壓計進行觀測分析，未發現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，滲漏量遠小于上斜井鋼襯前的200L/s，鋼襯防滲效果明顯。

6 結語

在放空檢修期間，2號引水系統各部位圍巖變形、支護應力、滲流滲壓等狀態基本穩定，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水位高程表現出密切的正相關性，變化規律與歷次充排水試驗變化規律一致，無增大擴展趨勢。2號引水系統充水過程對1號引水系統的影響相對較小，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，斜井部位未出現明顯滲流通道。

根據本文監測分析，該電站2號引水系統各主體工程安全狀態基本正常，設計合理，施工質量良好，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。