1、广州抽水蓄能电站二期工程上游引水系统充排水试验第 31 卷水利水电技术 2000 年第 4 期广州抽水蓄能电站二期工程上游,引水系享水试验 q 芎 f.兰(广东抽水蓄能电站联营公司,广州市,)丁 7 叫T7.?【摘要】广州抽水蓄能电站二期工程的引水系统是我国目前 PD 值最大的水工隧洞,一洞四机布置,主调厦高压岔管为钢筋混凝土衬砌,晕璺噩大静水头为 610m.隧洞充水平均速率为15m/h,排水平均速率为 5m/h.隧洞充水采用压力表和压力变送器监洲洞内水位,采用渗压计监剖外围岩水位.在充水试验过程中,位于高压岔管上方的地质振涸出现较严重漏水,漏水量迭 32L,s.埋设于高压岔管附近的渗压计普通
2、测到较高的渗水压力,最高迭 543m 水头.隧洞放空后进行检查,发现高压岔管有较多裂缝.控处理后隧洞再瑰充水,观剖蛄果表明,隧洞内水外渗得到了有效控制,地质振洞漏水量减小至 3.2L/s,减幅达 84,渗精水处理达到了预期的目的.【关键词坐堡塑.-查兰堡兰排水试验1 慨况压力隧洞广州抽水蓄能电站(以下简称广蓄电站)二期工程+装机容量为 430 万 kw,一嗣四机布置.承受最大静水头为 610m.上游引水隧洞由上平洞,上斜井,中平嗣,下斜井,下平洞,高压岔管,引水支管组成.全长约 2000m.主嗣及高压岔管为钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度分别为 0.6m 和 0.81.2m, 主洞洞径98.5ri.4
3、 条引水支管为钢衬,钢板厚 3440mm,钢管内径 3.5m.引水隧洞布置在微风化至新鲜的中粗粒黑云母花岗岩体中.沿线规模较大的断层有 FFsF.厂房区较大规模的断层有 FmFo,F2.等.1998 年 8 月 26 日开始做隧洞充排水试验,9 月 16 日结束.充水试验静水头 606m,为设计最大静水头的 98%.试验结果表明,高压岔管内水外渗较严重,使得位于高压岔管上方的地质探洞漏水量过大.后来排空水道进行检查.发现高压岔管有较多裂缝等缺路.经处理以后再次充水,观铡结果表明,水道内水外渗得到了有效控制,充水试验和渗漏水处理均达到了目的.2 充排水试验方案2.1 充水方案通过上水库进出水 1
4、:3 事故检修闸门上设置 40omm 充水阀门向上游引水系统充水.引水系统布置如图 1 所示.充水采用连续式,通过控制阀门开度来控镧水位上升速度.二期事故闸门与一期事故闸门同步建成,投入使用巳有多年,同时考虑到一期闸门充水阀在首次充水操作出现阀体铜套被卡致使充水阀无法关闭的事故,因此本次充水严格控翩充水阀的开度.井确定最大开度不得超过 5cm.为准确控制充水阀开度,提升48厂州抽水蓄能电站二期 5-,I充水阀的动力装置由电动卷扬机改为手拉倒链.并将提升阀门的柔性钢缆换成刚性拉杆.固 1 弓 l 水系统充排水设施示意(高程单位;m)2.2 排水方案上游调压井和上平洞段通过具备过水条速度提供依据.
5、精密压力表作为备用手段,定时校棱压力变送器的读数.,3.2 充水程序根据一期工程的充水经验,结合二期工程的特点,采取连续式充水.充水与稳压兼顾考虑,尽可能减少对充水阀的操作.下平洞及引水支管,充水阀开度控制在 4cm,充水速率为 1.4m/h.上,下斜井.计划按 15m/h 速率充水.充水阀开度 1.1cm.试验表明,充水阀开度难以在毫米级作微调,因此当充水阀开度关至 1.5cm 时不再作调整.实际充水速率约 20m/h.中平洞和上平洞,充水阀开度保持 1.5cm,充水速率分别为1.2m/h 和 3.2m/h.3.3 排水程序高压隧洞排水比充水显得更重要,因为过快的排水速率会导致外水压力过高.
6、造成隧洞破坏.针对二期工程的特点,分五个阶段进行,井确定排水原则为:(1)斜井排水速度控制在 5m/h 以内(2)最大外水压力与水道内水压力差不得大于 200m水头.第一阶段,排水范围为上平洞及谓压井,水道内水位为 8lO736m,采用机组间歇排水.平均排水速率在 10m/h 以内.第二阶段,排水范围为上斜井和中平洞.水道内水位为 736450m,水经过 5 机钢管排水管自流至尾水洞,1 施工支洞的100mm 排水管适时参与调节排水速度.斜井段平均排水速度约 5m/h.第三阶段,排水范围为 450.00m 高程至下斜井 285.00m高程(ap 下库水位)段水道,部分水经过 S 机钢管排水管自
7、流至尾水洞.部分水经 6 或 7 机钢管排水管排至各自肘管.再经集水井由潜水泵抽排至下库.平均排水速度约 4m/1.第四阶段.排水范围为下斜井 285.00m 高程以下段水道,经 6 和 7 机钢管排水管排至各自肘管,再经集水井由潜水泵抽排至下库.平均排水速度约 4m/h.第五阶段,排水范围为下平嗣及引水支管(204.00m 高程/212.00m 高程).经 5 机钢管排水管 (拆除消能片) 直接进入肘管,再经集水井排至下库.4 主要观测数据及工程状态分析4.1 渗水琨铡南支洞(布置见图 2)渗水量.南支洞三角堰 LDF 一 8 汇总了东支洞渗水量,西支洞渗水量,l 排水廊道渗水量和南支洞本身
8、的渗水量.充水前渗水量为 0.138L/s,充水结束时(8 月 28日 15 时)渗水量为 1L/s.29 日 5 时左右(水道稳压 14h),南支洞桩号 0_94 和桩号 0+125 附近洞壁,东支洞桩号 O+66 附近洞壁出现较大喷水,渗水.1 排水廊道西洞段的 2O24 排水孔也普遍出水,南支洞 F.断层的漏水量则相对稳定.当时三角堰 LDF 一 8 测得漏水量为 4.7L/s.到稳压 24h,LDF8 漏水量达 11L/s,其中以南支洞桩号 0+125 和桩号 0+9O0+96 段渗漏水最为严重.呈喷射状.并发出阵阵呼啸声.l 排水廊道共设有 24 个排水孔,充水前所有排水孔都泼水,充
9、水结束时西洞段的 l6 孔,18 孔和 20 孔有出水,压力分别为 0.07,0.02 和 3.1MP 宣.到水道稳压 72h,1618 孔压力基本无变化,2O 孔压力升为 3.0MP 宣,2l 孔为 4.6M,24 孔为 3.3MPa.23 孔在测得压力约为 4MPa 时失灵.但其漏水量比 24 孔大图 2 地质探洞,高压岔管平面布置示意该廊道上边墙的裂馥,在水道稳压 16h 左右开始出现喷水,一些内眼难以看清的裂缝也有雾状的水柱喷射出来.由这些现象来判断,岩体节理面被高压水压开了.发生了水力劈裂,到充完水后的第六天,探洞渗水量达 32L/s 才趋于稳定.这个漏水量已接近美国巴斯康蒂抽水蓄能
10、电站的探洞漏水量,对于广蓄电站这样的地质条件,这个漏水量是偏大的,对引水系统的运行是极为不利的.厂房上层排水廊道(主探洞)和北支洞.上层排水廊道向厂房侧钻有倾斜排水孔共有 81 个.充水前有 7 个孔有滴水,充水结束时渗水量无变化,到水道稳压 72h.这些排水孔有 8O 出现滴,渗水.北支洞向上斜孔共有 l6 个,充水前有 3 个孔有滴水,到水道稳压 72h 滴水孔增加到 l3 个.这说明,岔管至厂房这一带的渗水压力高,渗水通道畅顺,排水廊道虽然起到了排水降压保护厂房安全的作用.但是未能完全隔断渗水.施工支洞堵头.l 堵头充水前渗水量为 0.05L/s.充水结束时为 1L/s,井保持稳定.2
11、堵头在水道水位到达 500m 水头时开始有水渗出,充水结束漏水量为 0.822L/s.稳压 72h 漏水量减步至 0.537L/s.这种现象可能与馄凝土加入膨胀剂有关.与同类规模的箍工支洞堵头相比,这个漏水量是相当小的.引支钢管外排水和引支围岩外排水.在施工过程中取消丁引支钢村的固结灌浆,因此 4 条引支围岩松动圈是容易引起渗水的通道.到稳压 72h,埋设于 5,6 引支钢管之闻的渗压计S-8 测得渗水压力高达 325m 水头,钢管外排水及围岩外排水的漏水量分别达 0.667L/s 和 0.659L/s,但厂房上游边墙的引支钢管附近墙面一直保持干爽.可见钢管外排水和围岩外排水的排水降压的效果相
12、当显着.494.2 渗压力观测在厂房至高压岔管区域共埋设了 6 支渗压计,其具体位置如图 2 所示.其观测数据如表 1 所列衰 1 厂虏至高压岔管区域渗压力现测数据 m海压计编号 S 一 3s-5S-8S 一 7S-6S 一 9埋设高程 2l7612lO34充水前 250O0219.32l2.l5.5充水结束 262.345l-634S.6355.32l6稳压 24h2708403.稳压 72h28483488.45257.稳压 6d8280 基本不生稳压 12dl 基本不盎水位到达上平洞(高程 735.O0m)开始,S 一 8,S 一 7 渗压计压力上升显着,速度均匀,其他渗压计压力上升则一
13、直较缓慢.然而.在水道充水完毕并稳压了 2h 后.位于岔管正上方的 S 一 5渗压计的压力较前一次(间隔 7h)测得的压力升了一倍.当时到渗径最短的南支洞检查未发现异常.到了第二天凌晨 5 时许.也就是稳压了 14h.南支洞桩号 0+94 和桩号 0+125 附近的裂隙出现较大喷水,并逐步增大.S 一 5S 一 8 和 S.7 渗压计的压力也迅速增加.到水道稳压 72h 其压力分别比充水前增加了538,320 和 270m 水头从渗压计变化的突然性及地质探洞高压,高速喷水等现象看.水道内水压力已达到和超过某区域围岩的最小主应力.发生了水力劈裂.其表现为,原来闭合的节理面因高压水的作用而张开,水
14、道内水迅速进入.渗压计读数和探洞漏水量突然增大.地下阿室壁面渗水状态观测.随着南支洞出现严重喷水,厂房上层捧水廊道主探洞段及北支洞段的渗水也在扩散和增大.厂房上游边墙主牛腿上方,有些地方出现渗水湿痕,有些地方则有少量的水渗出.5,6 机拱顶上游侧有多处锚筋头滴水,副厂房拱顶西端上游侧也有多处锚筋头和多处裂隙滴水.钢筋混凝土岔管运行状态观测.埋设在紧靠 5 岔管的仪器,测得围岩最大位移为 0.41mlTl,最大钢筋应力 7.9MP5引支口观测断面,测得钢筋应力变化明显,特别是位于洞腰钢筋计,由 33.7MPa 变为-31.1MPs.这可能与洞径变化大 ,受力复杂有关.这些现测数据表明,围岩限制了
15、衬砌的变形,内水压力几乎全部都传给了围岩.放空检查发现,高压岔管的主管段及各条支岔管混凝土衬砌均有不同程度的裂缝,小部分为充水前已出现.经充水后,这些裂缝的长度和宽度都有所发展,大部分为充水后出现,呈不规则分布,其中 8 引支弯管段出现较多.另外,水道放空后仍在渗水的施工缝,裂缝也主要集中在8 引支,最大的一条裂缝宽 2mm,环向贯穿全断面.因此 8 引支混凝土弯管段可能是地质探阿大量渗漏水的源头.灌浆效果和缩短工期,直接采用化学材料 EAA 改性环氧进行灌浆.灌浆范围为所有原水泥灌浆孔和较宽的裂缝.对原灌浆孔施加高压灌浆.对于较宽的裂缝则采用塞缝和低压灌浆 8引支夸昔段采取逐捧逐孔施灌,主管
16、段采取隔排隔扎施灌,孔辣 5m,压力 5MPa.共朴灌 98 孔.耗浆量共计 24392L,平均耗浆量 498L/m,单孔吸浆量最大值为 2395L.这说明,高压岔管段围岩原来闭合的节理在充水期间被洞内的高压水挤开了.被挤开的范围和深度相当大.5.2 探洞探洞底板高程为 245.00m,比岔管顶高出 32m,最大水力梯度约为 18,为了减少探洞的漏水量,除了对南支洞漏水较严重的几组北西向裂隙进行高压灌浆外.还对南支洞(从东支洞至 l 捧水霹道段)进行了混凝土回填,做成混凝土塞子,以延长渗径和减小水力梯度在三个支探洞混凝土塞段的底部各埋了一根排水管,一直弓 l 到南支胃混凝土塞段的下将侧,出口处
17、各加一道阀.S 一 5 渗压计安装于高程 217.00m 处,测得渗水压力为 543m 水头分析认为,连通岔管的某组裂隙通过 S 一 5 渗压计,这组裂隙有可能是南支洞渗漏水的重要通道之一.因此在做混凝土塞子前扫开 S-5 渗压计.并以 6MPa 压力和 1tl 水泥浆施灌.6 再充承后基本观测情况渗水量观测.表 2 为稳压到第六天的观测数据.从表 2 可看出,经处理后,探阿漏水量由 32L/s 减小至 5L/s,减幅达84.4%.如果将 3 条支洞排水管关闭,探洞漏水量则只有 3L/s左右,减幅达 90.6.围岩外排水减幅达 32%.因此本次渗漏水处理措施得当,效果显着.衰 2 再充水后渗水
18、量现测数据时间探洞 LDF 一 8 铜管外排水日岩外捧水处理前,L?s1 站 0.690.68处理后,L?8150.60O.22渗压观测.再次充水后以稳压 10d 所测得的读数作比较,岔管经处理后,S 一 3 渗压计升高了 8m 水头.S.7 渗压计降低了119m 水头,其他渗压计读数变化不大.由此可见.高压岔管的灌浆处理来对 S-3(监测 Fz 断层渗压计)的渗水通道造成影响,相反,高压水道放空时,S-3 渗水通道的介质有可能被水流部分带走,使得再充水后 S 一 3 的压力升高.S 一 7 誉压计的渗压降了110m 水头,这说明 8 引支的灌浆处理是成功的.地下洞室观测.上层捧水廊道北支阿段
19、的排水孔.有水渗出的孔由 l3 个减少至 7 个.主探阿段排水孔,漏水量明显减少.厂房拱顶的滴水也太大减小了7 基本结论及问题探讨s 岔管 ,堵头及探洞处理措施题,23 棚腑柏问5?1 岔管充排水程序合理,充排水速率得当.主要采用灌浆和塞缝两种方法来封堵岔管裂隙.为了保证高压隧洞的捧水速度控制在 5m/h 左右.这个速度比其他50同类规模工程的排水速度快,同时也比国内外的一些专家所推荐的速度快广蓄电站采用这么快的排水速度的依据是:(1)有一期工程充排水经验;(2)在高压岔管附近裂晾较发育的围岩埋设了一定数量的渗压计,能时刻掌握围岩的渗压变化情况(3)控制最大外内水压力差在设计范围内(4)外水内
20、渗有水头损失,这一水头损失当作安全储备考虑.高压水道放空后再宽水+围岩的渗压会有所升高,这与一期工程观测到的结果相一致.这说明,水道放空带走了围岩裂隙里的部分充填物,高压水道频繁放空对水道的安全不利.高压引水洞和岔管采取钢筋混凝土薄衬砌.设计允许衬砌在高压水作用下开裂.由围岩抵抗内水压力和渗水.经实践考验,这一原则是符合实际的,是可行的.一,二期高压岔管的灌袋参数相同,即只对一半灌浆孔的一半孔深进行为 6.5MPa 压力的灌浆,其他孔采取 4.5MPa压力灌浆.尽管二期高压岔管的地质条件比一期的好,但内水外渗反而比一期的大.其原因是一期工程岔管的围岩含有遇水膨胀的蒙脱石,在高压脱水作用下弥补了
21、可能存在灌浆的不足的缺陷,二期工程的岩石没有类似蒙脱石那样的矿物.因此对于二期工程这样的地质条件,灌浆参数应作谓整.二期工程地质探洞是从一期厂房上层排水廊道开挖过来的.探洞底板高程为 245.O0m,离岔管约 35m.水力梯度约为18.南支洞大量漏水与其水力梯度过大有关.从一,二期工程的运行经验来看,地质探洞的选择+其水力梯度控制在 8 以内较稳妥.从产生水力劈裂的现象看+岔管围岩某些部位的实际最小主应力可能比在地质探洞取样测得的值(6.3MPa)d,并且小于岔管内水压力值.化学浆渡量是一种亲水材料,渗透性好(近乎液体), 综台力学性能强度高.对于承受高水头大水力梯度的岩体进行渗水封堵,具有显
22、着效果.【作着简介】伍智钦.男,36 岁,工程师.(收稿日期 199910-29 责任编辑欧阳越)InitialFillingandEmptyingTestsonHeadraceSystemofGuangzhouPumpedStoragePowerStationPhaseIIWuZhiqin(GuangdongPumpedStoragePowerStationJointVentureCorporation.GuangzhouCity,)Abstract:ThePDvalueofpowertunnelofGuangzhouPumpedstoragePowerStationPhasenisthel
23、argestinChina.Oneheadraceisarrangedtofourreversibleunits.Thepressuretunnelandmanifoldwereconcretelined,subjecttoamaximumstaticheadof610m.Thefillinganddewateringspeedare15m/hand5m/hrespectively,withthetunnelcarefullyandextensivelyinstrumented.Duringinitialfilling,seriouslyleakagewasfoundintheexplorat
24、oryaditabovethemanifold,seepingata32litter/sec.Piezometersembeddedinthevicinityofthemanifoldactedreliably,andthemamumrecordedpressurewas543mhead.AfteremptyinE,itwasfoundthatagoodmanycracksdevelopedinthemanifold.Afteraprudentengineeringtreatment,refillinggotstarted.Newinstrumentationshowedthewateresc
25、apewasslashedandkeptundercontrol,withtheleakageratedroppedby84,to3.2litter/sec,wellacceptedbyanysuccessfulprecedents.Keywords:diversiontunnel,initialfillingtest,emptyingtest,pressuretunnel,GuangzhouPumpedStoragePowerStationPhaae1黄河三角洲兴建高标准节水灌溉工程长期经受缺乏淡水之苦的黄河三角Il,今年秋冬季开始大规模兴建节水灌溉工程.今年+黄河三角洲上的东营市首次规划节水灌溉工程,计翅完成 0.6 万 hrn.主要起示范作用,今后将大面积推开.目前,已完成 0.54 万 hm.都是高标准的节水灌溉工程.其中,有喷灌,徽灌,低压管道灌溉等.黄河三角洲位于黄河最下游,这里发展农业的毙水水源主要靠黄河.近年来,黄河频繁断流.这里是断流时间最长的沿黄地区?经常遭受水荒 .虽然缺水.但引黄灌区长期形成的灌溉传统仍是大水攫灌,有限的水被大量浪费.今年.认识到节水灌溉重要性的东营市决定大规模发展节水灌溉工程,并在一开始就上高标准,高质量,高档次的工程.他们从色列,奥地利,意大利及法国等国引进了世界上最先进的喷灌设备.率先在黄河沿岸的引黄麓区中发展高档节水灌溉.51
