潘定才，章 鵬，羅佑坤，蘇書堅(jiān)

(1.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510630;2.南方電網(wǎng)物資有限公司，廣東 廣州 510630)

1 工程概況

深圳抽水蓄能電站位于深圳鹽田區(qū)和龍崗區(qū)內(nèi)，電站安裝4臺單機(jī)容量300 MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 200 MW。樞紐工程由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)(引水道和尾水道)、地下廠房洞室群及開關(guān)站、場內(nèi)永久道路等部分組成。輸水系統(tǒng)采用一洞四機(jī)布置。引水道長3 468 m，由上庫進(jìn)出水口、上游調(diào)壓井、引水隧洞(上平洞、上斜井、中平洞、下斜井、下平洞、引水岔管、引水支管、施工支洞堵頭等組成。引水主洞洞徑9.5 m，主洞和高壓岔管均采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度分別為0.6 m和0.8 m，設(shè)計(jì)最大靜水頭531 m。引水支管內(nèi)徑2.3～4.0 m，采用600 MPa級高強(qiáng)鋼板內(nèi)襯，鋼板厚42～46 mm。上游調(diào)壓井升管和大井內(nèi)徑分別為9.5、16 m，襯砌厚0.6 m。尾水道長1 255 m，由尾水支管、尾水岔管、尾水調(diào)壓井、尾水隧洞、下庫進(jìn)出水口、施工支洞堵頭等組成[1]。尾水道2017年7月17日已完成首次充水試驗(yàn)，充水一次成功，未進(jìn)行排水放空。輸水系統(tǒng)縱剖面示意見圖1。

2 充水試驗(yàn)程序

引水道充水設(shè)施為上庫進(jìn)出水口事故檢修閘門設(shè)置的2個平蓋式充水閥(Φ250 mm)，充水閥由固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，通過啟閉機(jī)動滑輪組的升降控制充水閥開度。為防止充水時樹枝、木板等漂浮異物卡住充水閥導(dǎo)致充水閥無法調(diào)節(jié)開度或關(guān)閉[2]，充水閥外增設(shè)防護(hù)網(wǎng)罩，確保水道充水工作能夠順利進(jìn)行。

圖1 輸水系統(tǒng)縱剖面示意

表1 引水道充水過程水位上升速度及穩(wěn)壓時間

水道充水前，已通過充水閥放水，完成水道系統(tǒng)的沖洗、清理和檢查工作。

2.1 計(jì)劃充水程序

充水時結(jié)合水道布置的特點(diǎn)，劃分水頭段分級，確定穩(wěn)壓水位和時長，確認(rèn)監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常后進(jìn)行下一水頭段充水。引水道充水控制水位上升速度宜不超過4 m/h[1]。

第1階段：充下平洞、引水岔管、引水支管，充水閥開度約6 cm。

第2階段：充下斜井，充水閥開度約0.5 cm。

第3階段：充中平洞兼穩(wěn)壓，充水閥開度約2.5 cm。

第4階段：充上斜井(280 m高程以下)，充水閥開度約0.5 cm。

第5階段：關(guān)閉充水閥，穩(wěn)壓48 h，檢查水道滲漏情況，期間進(jìn)行球閥操作水切換，1號機(jī)主軸密封供水和機(jī)組段充水操作。

第6階段：充上斜井(280 m高程以上)，充水閥開度約0.5 cm。

第7階段：充上平洞和上游調(diào)壓井(486.25 m高程以下)，充水閥開度開度約4.5 cm。

第8階段：充通氣孔和上游調(diào)壓井(486.25 m高程以上)，充水至上庫水位，充水閥開度約0.5 cm，進(jìn)行中平洞2號施工支洞堵頭排水閥及1號球閥上游排水閥試驗(yàn)。

2.2 實(shí)際充水過程

電站引水道充水自2017年8月15日0∶55開始，29日20∶15充至上庫水位508.2 m，29日20∶30關(guān)閉上庫充水閥，31日20∶30穩(wěn)壓48 h結(jié)束，總歷時約475.3 h。為了控制水道水位上升速度、逐步抬升山體地下水位、降低水道內(nèi)外水頭差，鑒于實(shí)際充水過程中充水閥靈活可控，充水時增加了穩(wěn)壓次數(shù)，充水期間共穩(wěn)壓7次，穩(wěn)壓總時間221 h。水道不同部位水位平均上升速率見表1，僅下斜井水位平均上升速度超過4.0 m/h的設(shè)計(jì)控制要求，其余充水部位均滿足要求，鑒于充下斜井時下平洞、高岔段承受的內(nèi)壓水頭不足100 m，因此實(shí)際充水過程可控，與計(jì)劃充水程序基本一致。電站引水道充水完成后，經(jīng)檢查分析，相關(guān)水工建筑物和機(jī)電設(shè)備無異常，引水道未進(jìn)行排水放空。

3 主要觀測數(shù)據(jù)分析

3.1 滲水量

在施工支洞堵頭、廠房排水廊道等部位布設(shè)量水堰，監(jiān)測成果見表2。充水時隨水位增高，施工支洞堵頭和廠房排水廊道、尾閘室等部位陸續(xù)出現(xiàn)滲水點(diǎn)，充水完成后滲水量逐漸穩(wěn)定，總滲水量不大。

表2 主要滲水量監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)結(jié)果 L/s

1號施工支洞堵頭在水道水位430m穩(wěn)壓結(jié)束后開始測得讀數(shù)，后隨水道水位上升逐漸增大，在8月30日測得最大滲漏量277 mL/s，后滲漏量回落并趨于穩(wěn)定，滲漏量保持在184 mL/s左右。2號施工支洞堵頭在水道水位329 m穩(wěn)壓結(jié)束后開始測得讀數(shù)，后隨水道水位逐漸上升，在水道充滿水后滲漏量達(dá)到最大277 mL/s，后逐漸回落至218 mL/s。3號施工支洞堵頭充水后隨水道水位上升滲漏量逐漸增大，在水道水位231 m測得最大滲漏量1 340 mL/s，后逐漸回落至1 000 mL/s。充水后針對1號、2號、3號施工支洞堵頭滲漏點(diǎn)進(jìn)行了化學(xué)灌漿處理，處理完成后滲漏量分別為128、128、500 mL/s，處理效果明顯。

水道充水完成后，關(guān)閉上游充水閥穩(wěn)壓48 h，通過水道水位變化測算出水道系統(tǒng)滲水量約19.2 m3/h。從測值分析，水道滲漏量在可控范圍內(nèi)。

3.2 滲壓計(jì)

在高壓岔管至地下廠房區(qū)域布置了7支針對斷層的滲壓計(jì)(PS3～PS9)，具體位置如圖2所示。滲壓計(jì)觀測數(shù)據(jù)如表3、圖3所示。在水道充水水位超過300 m高程后，滲壓計(jì)測值均隨水位快速上升，充水完成10 d后基本穩(wěn)定，PS3、PS4、PS7、PS8測值變幅超過100 m，其余滲壓計(jì)測值變化較小。PS3在高岔帷幕前，PS5、PS6、PS9在高岔帷幕后，從滲壓計(jì)測值可以看出引水支管附近防滲帷幕效果良好。PS4、PS7、PS8距離引水支管防滲帷幕較遠(yuǎn)，滲壓計(jì)測值變幅反而偏大。充水期間PS7測值增長最快，充水完成約10 d后趨于穩(wěn)定且略有下降，表明水道高壓水可能經(jīng)f369、f380、f381等斷層繞過防滲帷幕，滲入引水支管中部。地下滲流場實(shí)測水壓力小于引水鋼支管抗外壓設(shè)計(jì)值，壓力鋼管在水道放空情況下也是安全的。7支滲壓計(jì)水位測值較好的反應(yīng)了高壓岔管附近圍巖滲流場在充水期間變化情況。截至2019年底，各滲壓計(jì)測值與充水1月后測值相差不大，表明高壓水道附近地下滲流場充水完成1月后已經(jīng)形成新的平衡。

表3 滲壓計(jì)監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)結(jié)果 m

圖2 地下滲流場(高壓岔管區(qū)域)滲壓計(jì)平面布置

圖3 充水前后地下滲流場(高壓岔管區(qū)域)滲壓計(jì)測值變化曲線

3.3 鋼筋計(jì)

在高壓岔管和下平洞布置了鋼筋計(jì)，充水后鋼筋計(jì)監(jiān)測成果見表4，過程曲線見圖4。鋼筋計(jì)監(jiān)測最大值出現(xiàn)在高岔頂拱R5-2。R5-2在充水初期測值由-5.05 MPa(受壓)緩慢上升至10 MPa，在充水水位230 m穩(wěn)壓時測值緩緩回落，當(dāng)水道充水至280 m高程時測值由3.96 MPa突變至85.58 MPa，之后測值微微回落后保持平穩(wěn)，推測此處混凝土出現(xiàn)開裂，鋼筋瞬間測值則突變。其余鋼筋計(jì)測值未發(fā)現(xiàn)明顯突變，但鋼筋計(jì)充水前大部分受壓，說明水道高壓固結(jié)灌漿對鋼筋混凝土襯砌施加了一定的預(yù)壓應(yīng)力[2]。充水后鋼筋計(jì)拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼筋抗拉強(qiáng)度，說明鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)在高內(nèi)水壓力下是安全的。

表4 鋼筋計(jì)監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 充水前后高壓岔管區(qū)域鋼筋計(jì)測值變化曲線

4 結(jié) 語

(1)深圳抽水蓄能電站引水道通過上游充水閥控制充水速率，順利完成首次充水。充水完成后，滲壓計(jì)、鋼筋計(jì)等各類安全監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)基本正常，總滲水量不大，相關(guān)水工建筑物和機(jī)電設(shè)備均無異常，充水一次成功。充水完成至今，引水道各主體工程狀態(tài)正常，引水道設(shè)計(jì)合理，施工質(zhì)量良好，結(jié)構(gòu)安全可靠。

(2)充水過程控制可供類似工程借鑒。采用充水閥充水，以往工程多次出現(xiàn)充水閥被異物卡住情況，本項(xiàng)目對充水閥外增設(shè)了防護(hù)罩，確保了啟閉靈活可靠，充水過程中成功實(shí)現(xiàn)了多次水道穩(wěn)壓。

(3)各類監(jiān)測數(shù)據(jù)充分反映了鋼筋混凝土透水襯砌的技術(shù)特性與文獻(xiàn)[2]的結(jié)論基本一致。

(4)高壓水道區(qū)域針對斷層埋設(shè)滲壓計(jì)非常必要，本項(xiàng)目的滲壓計(jì)監(jiān)測對指導(dǎo)水道的充水起到了十分重要的作用，類似工程可借鑒。監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示出斷層在水道出露處的灌漿處理工作仍有缺陷，類似工程應(yīng)予以重視。

(5)施工支洞堵頭的施工質(zhì)量控制還需進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。