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(xiāng)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(jù)ZKC1鉆孔揭露情況，按巖體節(jié)理裂隙發(fā)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(wěn)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(xù)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(wěn)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(xù)五次，當流量無持續(xù)增大趨勢，且五次流量讀數(shù)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(xù)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(tài)是不同的，在不同的壓力下巖體裂隙的狀態(tài)（張開度、充填物等）會發(fā)生變化，因而其滲透性也會發(fā)生變化。根據(jù)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(jù)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(jù)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(tài)沒有發(fā)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(tài)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(tài)，呈現(xiàn)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(tài)沒有發(fā)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(tài)，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(jù)ZKC1鉆孔巖芯，A型及B型試段巖體完整，裂隙不發(fā)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(jù)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(fā)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(fā)育，局部有中陡傾角的閉合裂隙發(fā)育，由于裂隙閉合、短小，透水性較弱，多屬微透水。

（4）根據(jù)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(fā)育巖體在高壓水頭作用下發(fā)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(xiàn)象，對其它可能存在的斷層破碎帶、節(jié)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(fā)展和改革委員會.水電水利工程鉆孔壓水試驗規(guī)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(fā)電工程學會電網(wǎng)調峰與抽水蓄能專業(yè)委員會抽水蓄能學術年會，2009，27：50～52.

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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。