海蓄电站引水水道充水试验安全监测数据分析

(南方电网调峰调频发电有限公司，海南蓄能发电有限公司，海南 琼中 572926)

高水头抽水蓄能电站引水水道的充水，是电站运行管理不可缺少的一项内容，水道的初期充水试验是一个加载、检查、监测、发现问题和处理问题的过程，是对引水水道安全运行的第一次检验。引水水道充水试验的目的是通过试验检查工程质量，查找引水系统可能存在的问题，以便及时采取措施处理，消除隐患，保障电站安全正常地运行[1]。

海蓄电站引水主洞总长度为933.87m，洞径为8.40m，引水主洞经“卜”形高压岔管分为三条引水支洞，洞径为3.80m，长度分别为166.34m、155.50m、136.34m。引水水道充水起始高程183.29m(球阀上游侧底坎高程)，终止高程560.76m(充水完成时上水库水位)，落差377.47m，累计充水量5.89万m3。

海蓄电站引水水道充水分3级台阶进行。第1级向引水支洞、引水岔洞、引水下平段、引水下斜井及下弯段充水至339.0m水位，稳压24h；第2级向引水下斜井上弯段、中平段、上斜井下弯段、上斜井充水至529.00m水位，稳压24h；第3级向引水上斜井上弯段及上平段充水至上水库水位，稳压48h。2017年9月16日18时18分正式开始引水水道充水试验，2017年9月22日20时充水结束正式转入水道48h稳压阶段。

1 监测布置及主要监测项目

1.1 监测断面及主要监测内容

a.变形监测。布置在拱顶和两侧的多点位移计；布置在围岩与混凝土接触面的测缝计[2]。

b.应力应变监测。布置在支护锚杆上的锚杆应力计；布置在混凝土衬砌结构中的应变计和无应力计；布置在衬砌混凝土构造钢筋上的钢筋计，以及压力钢管上的钢板计。

c.渗流渗压监测。布置在混凝土衬砌外侧的渗压计；布置在厂房廊道内的测压管及量水堰；布置在3号施工支洞的量水堰；布置在引水系统周边的地下水位观测孔[3]。

d.洞内水位监测。布置在1号球阀及2号球阀前压力钢管上的压力传感器。

e.上水库水位监测。上水库进、出口布置的水位刻度线和上水库水位自动测报系统(上水库水位超过560.21m后启用)。

海蓄电站引水水道充水试验监测断面分布及成活监测仪器统计详见下表。

海蓄电站引水水道充水试验监测断面分布及成活监测仪器统计表

1. 2 监测频次要求

a.渗压计、多点位移计等振弦式仪器数据按30min/次自动采集存储。

b.钢筋计、钢板计、锚杆应力计、测缝计、应变计、无应力计数等差阻式仪器数据按2h/次自动采集存储。

c.排水廊道及3号施工支洞量水堰、上库附近地下水位观测孔(38号～43号)、排水廊道内测压管数据按12h/次人工采集记录。

d. 1号球阀及2号球阀前压力钢管上布置的压力传感器按5min/次自动采集存储。

2 监测数据综合分析

a.在充水试验及稳压过程中，引水系统的多点位移计测值变化范围分别在-0.24～0.05mm、-0.01～0.21mm，隧洞围岩变形整体不大。典型过程线见图1。

图1 多点位移计测值典型过程线

b.在充水阶段，锚杆应力计的测值变化最大值为56.41MPa(编号：ASa5-4，位于引水水道下平段引0+905桩号)，其余锚杆应力计测值变化范围在-10.33～23.41MPa；稳压阶段锚杆应力计的测值变化范围在-2.73～13.48MPa，隧洞支护锚杆应力整体变化趋势为受压。典型过程线见图2。

图2 锚杆应力计测值典型过程线

c.在充水过程中，引水系统钢筋计的变化范围在-28.14～33.83MPa，大部分测点的测值变化趋势为受拉，变化较大值出现在引水水道下平段及引水岔管段；稳压阶段的测值变化范围在-8.55～3.61MPa，稳压过程中测值变化不大。表明充水及稳压过程中隧洞衬砌钢筋与内水位同步变化。典型过程线见图3。

图3 钢筋计测值典型过程线

d.在充水过程中，引水系统测缝计测值变化范围在-1.74～0.62mm，稳压阶段测缝计的测值变化范围在-0.29～0.04mm。在引水主洞、引水岔洞及引水支洞部位的测缝计基本表现为缝隙闭合，在3号施工支洞堵头内的测缝计基本表现为缝隙张开。典型过程线见图4。

随着我国市场化程度的不断深入，不论是企业还是事业单位，对于成本核算等成本管理工作都要有一个全新的认知。在事业单位开展各项活动，完成各项任务时所产生的费用就称之为事业单位成本。而事业单位的成本核算则是指事业单位在开展活动和完成任务的过程当中对所要消耗的有形劳动和无形劳动进行整体的核实和计算。

图4 测缝计测值典型过程线

e.在充水阶段渗压计的水位变化范围在0～325.18m(充水试验水位变化为377.465m)，稳压阶段渗压计的水位变化范围在-20.81～31.78m，衬砌外水压力及3号施工支洞堵头一、二期混凝土间的渗透压力受充水水位变化影响均比较明显。3号施工支洞堵头内的渗压计在稳压阶段基本表现为水位的上升(变化范围在-4.80～31.78m)，其余部位渗压计基本表现为水位下降(变化范围在-20.81～2.81m)。典型过程线见图5。

图5 渗压计测值典型过程线

f.在充水阶段钢板计的测值变化范围在4.52～115.49MPa，稳压阶段钢板计的测值变化范围在-4.11～13.23MPa，测值变化趋势均为受拉，表明隧洞钢衬应力受水道充水水位变化影响明显。典型过程线见图6。

图6 钢板计测值典型过程线

g.在充水试验阶段应变计及无应力计的测值变化范围在-102.58～78.27×10-6，稳压阶段应变计及无应力计的测值变化范围在-1.37～12.91×10-6，表明衬砌混凝土受力变化不大。典型过程线见图7。

图7 应变计及无应力计测值典型过程线

h.在充水阶段测压管的测值变化范围在-0.30～2.05m，稳压阶段测压管的测值变化范围在-0.33～0.89m，地下厂房防渗体系渗压变化不明显。典型过程线见图8。

图8 测压管测值典型过程线

i.在充水阶段地下水位观测孔的测值变化范围在-0.81～0.22m，稳压阶段地下水位观测孔的测值变化范围在-0.61～-0.04m，引水水道外地表水位变化不明显。典型过程线见图9。

图9 地下水位观测孔测值典型过程线

j.在充水阶段3号施工支洞量水堰的测值变化范围在-1.54～-0.24L/s，稳压阶段3号施工支洞量水堰的测值变化范围在-0.76～0.3L/s，渗漏量较小。在充水及稳压阶段，因地下厂房廊道内的渗漏量过小，导致此处的量水堰未获取有效数据。

3 监测评价及建议

海蓄电站引水水道充水及稳压期间，各测点测值受充水的影响均发生变化，但变幅较小，均处于正常范围内[4]。

a.引水系统充水及稳压期间，引水隧洞围岩变形、衬砌混凝土应力、地下厂房防渗体系渗流及地表渗流均比较稳定，受充水试验影响较小。

b.引水系统充水期间，引水隧洞压力、钢筋及钢衬受力、围岩与衬砌接缝变形及支护锚杆受力随着内水位的升高同步变化，表明引水隧洞在充水过程中的基本荷载、变形及受力状态均发生了一定的变化。在稳压期间，引水隧洞的变形及受力状态变化不大，隧洞外渗流场仍在缓慢调整，有恢复充水前状态的趋势，下一阶段应继续加强观测。

c. 3号施工支洞堵头一、二期接缝间渗透压力在充水期间增加明显，稳压期间在堵头的中后段接缝间渗压仍在缓慢增长，尚未收敛，下一阶段应继续关注该部位的渗压变化。

d.充水试验及稳压期间，排水廊道及3号施工支洞量水堰、上库附近地下水位观测孔、排水廊道内测压管等部位尚未接入自动化系统，仍需采用人工观测，效率较低，下一阶段应加快实现自动化功能。

e. 3号施工支洞堵头监测数据的GPS自动传输模块在充水完成后的最后稳压阶段因接收信号不强、电压不稳定等因素导致数据未有效传输，只能靠人工在数据自动采集装置提取数据，建议后续的永久安全监测自动化系统应谨慎采用GPS 传输模块。

f.个别部位的监测仪器成活数量较少，如位于引水主洞中平洞前部的a2- a2断面仅成活2支测缝计，较大地削弱了安全监测对充水试验的指导作用，建议后续类似电站应高度重视并加强安全监测仪器的施工期临时保护工作。

4 结 语

海蓄电站引水水道充水试验安全监测数据比较全面客观地反映了引水水道在充水过程中的状态变化，为保障充水试验的一次性成功发挥了关键作用，同时,也为掌握海蓄电站相关水工建筑物的运行规律提供了比较翔实的基础资料。海蓄电站引水水道充水试验的安全监测成果可供后续类似工程参考借鉴。

[1] 赵永涛.龙背湾水电站2号机组充水试验研究[J].人民长江，2016，47(24)：93-97.

[2] 冯利海，刘有战，卫图峰，等.黄河防洪工程安全监测浅谈[J].人民黄河，2003，25(11)：15-16.

[3] 韩琳，娄萱，马晓兵，等.黄河下游赵口河段堤防渗流自动监测试点研究[J].人民黄河，2016，38(2)：37-39.

[4] 郝继锋，孙翔，颜蔚，等.白河倒虹吸工程施工期及充水试验期安全监测分析[J].水电能源科学，2015，33(11)：118-122.