某抽水蓄能电站2号引水系统放空检修监测资料分析

李见阳

(浙江华东测绘与工程安全技术有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概况

该电站装机容量1200MW(4×300MW)，是一座日调节纯抽水蓄能电站。电站由上水库、下水库、输水系统、地下厂房系统、中控楼及地面500kV开关站等建筑物组成。主体工程于2004年6月开工，至2009年10月1#、2#、3#机组已分别投运。

该电站2号引水系统采用一洞两机布置，由上水库进出水口、上平洞段、上斜井段、中平洞段、下斜井段、下平洞段、岔管段、高压支管段等部位组成。2010—2011年对引水系统上斜井EL.450.000～EL.723.478m段进行了内套钢衬处理。

2 放空检修的目的

该抽水蓄能电站装机规模大，水头高、抽水发电工况频繁、引水系统工程地质条件复杂，工程安全风险大。放空检修的目的是检查引水系统存在的问题，以便及时采取处理措施，消除隐患，为电站运行提供可靠的质量保证。检验内容包括(不限于)：检验整个引水系统的设计、施工质量及引水系统运行可靠性；了解引水系统所处部位围岩的水文地质及工程地质变化情况；检验上斜井钢衬运行后的防渗效果和设计、施工质量及运行可靠性；检验引水系统各项预埋监测仪器的运行情况及监测成果的分析；检验引水隧洞检修排水系统排水设备的质量及运行可靠性。

3 充排水试验过程

2号引水系统于2019年5月12—18日进行了引水系统排水过程，5月19日—6月4日进行了引水系统放空检查，6月4—11日进行了回充水。2号引水系统放空检修期间隧洞水位过程线如图1所示。

图1 2号引水系统放空检修期间隧洞水位变化过程线

4 监测项目和数据采集

放空检修期间对2号引水系统的引水隧洞、引水岔管、高压支管、山体边坡等主要观测部位进行了安全监测工作，包括围岩变形、围岩承载力、衬砌支护结构的受力情况、接缝开合度、渗流渗压情况等监测项目，主要的观测仪器包括渗压计、多点变位计、锚杆应力计、钢筋计、三向应变计、无应力计、测缝计、钢管测缝计、钢板应力计、山体地下水位孔、量水堰等。

由于电站全厂已经建立起自动化监测系统，所以本次放空检修期间监测数据采集主要采用自动化采集方式，对于山体量水堰等不能进行自动化监测的项目采用人工观测，自动化采集频次为1次/2h，人工观测频次为3次/d。

5 监测成果分析

2号引水系统此次放空检修期间，围岩变形、锚杆应力、接缝开合度、钢筋应力、钢板应力、渗流渗压等监测成果汇总见表1。

表1 2号引水系统放空检修期间监测成果汇总

综合分析各主体部位的放空检修期间监测成果，初步结论如下。

(1)2号引水系统放空检修期间，围岩最大变形量为-0.82～0.83mm，平均变化量为-0.44～0.35mm，变化量较小，围岩状态基本稳定。

(2)放空检修期间，2号引水系统的钢板及钢筋混凝土衬砌、高压钢管等支护结构应力应变状态基本稳定；锚杆应力最大变化为-174.45～181.47MPa，变化主要位于下弯段的锚杆应力计Ks-D-1上，应力受水位增加影响由拉应力转变为压应力，与隧洞水位表现出密切的负相关性(过程线如图2所示)，该支仪器数据变化与历次充排水试验中数据变化基本一致，锚杆所受应力正常；除下弯段外，其他部位锚杆应力相对变幅较小，最大变化量均在15MPa以内，围岩支护状态稳定。

图2 2号引水系统下弯段锚杆应力-隧洞水位关系曲线

2号引水隧洞充水水位达到最高时，岔管部位内水压力达到7.06MPa，衬砌混凝土发生环向微膨胀，呈径向受压、环向受拉状态，应变最大变化量-281.67με，平均变化量-43.28με，无应力计变化较小，总体上应变量较小；表层围岩发生径向压缩变形，最大变化量为-0.78mm(Ms-E-3-孔口测点，如图3所示)，平均变化量-0.15mm；钢筋应力环向测点变化较明显，最大变化量为64.63MPa(Ryc-2#-1测点，如图4所示)，平均变化量为10.17MPa，受隧洞水位增加影响拉应力增加，但总体上钢筋应力変化较小。

图3 2号岔管段典型测点围岩变形-隧洞水位关系曲线

图4 2号岔管段典型测点钢筋应力-隧洞水位关系曲线

水排空后，岔管内水压力为0MPa，衬砌混凝土环向收缩，应变减小，应变最大变化量312.04με，平均变化量为46.90με；表层围岩发生径向松弛变形，最大变化量0.58mm，平均变化量0.16mm；钢筋应力环向测点呈减小状态，最大变化量为-71.27MPa，平均变化量为-12.96MPa，受隧洞水位减少影响拉应力减少；锚杆应力変化较小。衬砌混凝土、表层围岩、锚杆应力及钢筋应力表现出同步的弹性变形特征[4- 6]，符合一般变化规律，变化量未超出材料的强度极限，结构应力状态稳定正常。

放空检修期间，高压支管段表层围岩变形最大变化量在-0.82～0.83mm之间，与隧洞内水位变化密切相关；各主体部位接缝开合度最大变化量均未超过0.20mm；放空检修期间钢板应力最大变化量为-9.67～8.26MPa，平均变化量为-4.54～4.12MPa；除2号岔管段外，钢筋应力最大变化量及平均变化量均未超过10.00MPa；各部位变化量均较小。

(3)放空检修期间，2号引水系统各主体部位的围岩渗透压力变化基本正常。围岩的渗透压力与隧洞内的水位密切相关。在排水及回充水过程中，2号引水系统围岩渗透压力最大变化量分别为-5.70和5.55MPa，由2号岔管段的渗压计Ps-E-4测得，渗透压力的变化与隧洞内的水位变化密切相关，变化规律与历次充排水试验变化规律一致，过程线如图5所示。

图5 2号岔管段典型渗压计渗透压力-隧洞水位关系曲线

放空后巡视检查发现该岔管部位混凝土存在局部微裂隙，回充水后该部位渗透压力又恢复到排水前水平，无增大扩展趋势，在日后观测中应加强关注。根据隧洞的衬砌设计原理，围岩是防渗和承载的主体，衬砌是限裂设计，衬砌仅起到降低糙率，防止掉块的作用[7- 8]，因此，内水外渗到渗压计位置是正常现象，因渗压计一般距离衬砌4～6m以内，在这个距离上高压内水是比较容易透过微裂隙作用到渗压计上的。围岩的防渗是依靠围岩自身的深埋厚度来逐级降低渗透压力，最终在一定围岩厚度处将内水压力降低到0。因此，钢筋混凝土岔管和下弯段部位的渗透压力变化是正常现象，该部位结构稳定。

上斜井钢衬外渗压计在排水及回充水过程中渗透压力最大变化量分别为0.17和-0.18MPa，变化较小，充水后各断面渗透压力与5月排水前测值基本一致，表明充排水过程中渗压计实测水压力受2号引水系统隧洞水位变化影响相对较小，未出现突变趋势，此外，充排水试验期间，对1号引水系统上斜井钢衬外渗压计进行观测分析，未发现渗透压力有异常变化情况，说明1号上斜井与2号上斜井之间未存在明显的渗水通道，斜井钢衬效果良好；充排水试验期间，山体地下水位孔水位最大变化量为-1.07m，变化量较小，说明输水道内水位的变化对山体地下水位孔的影响较小，测孔与输水道之间无明显的渗流通道。

(4)2号引水隧洞沿线、横通道封堵体、施工支洞及排水廊道等部位的渗漏/涌水点的渗漏/涌水量在放空检修期间基本稳定，无新增渗水点，渗水量无明显增大趋势。山体量水堰渗水量维持在2～4L/s之间，渗漏量基本无变化，渗漏量远小于上斜井钢衬前的200L/s，钢衬防渗效果明显。

6 结语

在放空检修期间，2号引水系统各部位围岩变形、支护应力、渗流渗压等状态基本稳定，回充水后各部位测值接近试验前测值。岔管段围岩渗压与隧洞内水位高程表现出密切的正相关性，变化规律与历次充排水试验变化规律一致，无增大扩展趋势。2号引水系统充水过程对1号引水系统的影响相对较小，钢衬部位渗压计受水位变化影响小，表明目前钢衬效果良好，斜井部位未出现明显渗流通道。

根据本文监测分析，该电站2号引水系统各主体工程安全状态基本正常，设计合理，施工质量良好，运行安全可靠。但因隧洞坡度较陡且湿滑，未进行人工巡视检查，建议条件允许时增加巡视检查，以了解衬砌混凝土冲刷情况。