胥細(xì)望

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 水電站概況

蓋孜水電站工程是《喀什噶爾河流域蓋孜河中游段水電規(guī)劃報(bào)告》中推薦的“一庫(kù)五級(jí)”開發(fā)方案中的第二個(gè)梯級(jí)。工程任務(wù)是水力發(fā)電，與布倫口-公格爾水電站同步調(diào)峰運(yùn)行，電站設(shè)計(jì)水平年為2020年，供電范圍為喀克電網(wǎng)。電站裝機(jī)容量116 MW，保證處理量38.3 MW，額定水頭247 m，多年平均年發(fā)電量3.83億kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)3308 h，工程等別為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。

發(fā)電引水系統(tǒng)布置在引水調(diào)節(jié)池末端，進(jìn)口閘井底板高程2613.022 m，長(zhǎng)15 m，頂高程為2628.50 m。進(jìn)水口內(nèi)設(shè)置4.0 m×6.0 m攔污柵一道，兩孔；設(shè)置4.0 m×5.0 m擋水門一道，兩孔；設(shè)置3.5 m×4.0 m事故檢修閘門一道。整個(gè)引水系統(tǒng)總長(zhǎng)10.002 km，其中埋涵段長(zhǎng)度1201.792 m、引水隧洞段長(zhǎng)8800.660 m，采用C25鋼筋混凝土襯砌。在引水隧洞末端設(shè)置阻抗式調(diào)壓井，調(diào)壓井后部設(shè)置蝶閥室。壓力鋼管布置采用二級(jí)斜井布置，內(nèi)徑3.2 m。岔管通過1#岔管一分為二，再通過2#岔管分為兩個(gè)支管，支管管徑1.4/1.2 m。

蓋孜水電站水道系統(tǒng)長(zhǎng)，壓力管道洞徑較大且水頭高，要求1#和2#壓力管道在未完工時(shí)就應(yīng)充水運(yùn)行。為進(jìn)行工程設(shè)計(jì)合理性及施工質(zhì)量情況的檢查，并獲取結(jié)構(gòu)安全及滲水原型觀測(cè)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)充排水設(shè)施運(yùn)行的可靠性，為機(jī)組調(diào)試創(chuàng)造條件，為高水頭壓力管道施工積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行蓋孜水電站壓力鋼管管道充水試驗(yàn)。

2 充水試驗(yàn)過程

在進(jìn)行1#壓力管道充水試驗(yàn)前，先進(jìn)行尾水洞充水，同時(shí)進(jìn)行1#壓力管道進(jìn)口事故門實(shí)際泄水量的測(cè)量。兩次沖洗下平洞并放空后的檢查結(jié)果表明，第一次放空過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)塊混凝土塊，此外，水道結(jié)構(gòu)、排水廊道、支洞堵頭等均無異常。之后開始正式充水，并根據(jù)水道實(shí)際布置情況，分成八個(gè)水頭段進(jìn)行升壓速率與穩(wěn)壓時(shí)間等參數(shù)的確定，考慮到豎井段水頭變幅較大，穩(wěn)壓時(shí)間應(yīng)確定在12 h及以上，不同水頭段充水試驗(yàn)及穩(wěn)壓情況[1]分析如下：

2017年5月29日21:10打開壓力管道進(jìn)口閘門充水閥門準(zhǔn)備充水，并將充水速率控制在10 m/h以內(nèi)，到次日17:00，水位高程從521.5 m上升至685.4 m，充水歷時(shí)20.667 h。待水位高程上升至685.4 m后穩(wěn)壓24 h，5月31日17:00水位測(cè)量結(jié)果為690.5 m，扣除充水前閘門實(shí)測(cè)滲水量0.054 L/s后，地下水補(bǔ)水流量均值為1.4 L/s。

2017年5月31日17:00進(jìn)行調(diào)蓄水庫(kù)潛水泵充水，并將豎井水位上升速率控制在10 m/h以內(nèi)，至次日5:00水位高程從690.5 m升至720 m，充水歷時(shí)12 h。待水位上升至720 m后穩(wěn)壓24 h，6月1日5:00所測(cè)得的水位高程下降為711.5 m，漏水流量平均值為2.5 L/s。

6月1日5:00開始充水，將水位上升速率控制在5 m/h以內(nèi)，至次日凌晨4:00水位高程從711.5 m升至810.3 m，充水歷時(shí)23 h。待水位到達(dá)810.3 m后穩(wěn)壓24 h，在6月3日凌晨4:00所測(cè)得的水位高程為805.2 m，漏水流量平均值為1.1 L/s。

6月3日凌晨4:00開始充水后將水位上升速率控制在5 m/h以內(nèi)，至當(dāng)日15:30水位高程由805.2 m再升至850.0 m，充水歷時(shí)11.5 h。待水位到達(dá)850.0 m后穩(wěn)壓17.5 h，在次日上午9:00所測(cè)得的水位為845.6 m，漏水流量均值為1.6 L/s。

6月4日上午9:00開始充水，并將水位上升速度控制在5 m/h以內(nèi)，到當(dāng)日23:00水位高程由845.6 m升至895.0 m，充水歷時(shí)14 h，待水位高程到達(dá)895.0 m后穩(wěn)壓18.5 h，在6月6日17:00所觀測(cè)的數(shù)位高程890.3 m，漏水流量均值2.5 L/s。為控制水位下降速度，補(bǔ)水至當(dāng)日19:00，水位高程升至1003 m后穩(wěn)壓16 h，之后至次日11:00所觀測(cè)的水位高程均值為1001.3 m，滲漏量均值2.6 L/s。

6月7日18:00將事故閥門充水閥進(jìn)口打開后充水，并將水位高程上升速率控制在10 m/h以內(nèi)，至次日凌晨2:30水位高程由1001.3 m升至1085.4 m，充水歷時(shí)8.5 h。待充水水位達(dá)蓄水位后，關(guān)閉閘門，采用水泵計(jì)量充水的方式進(jìn)行1#和2#壓力管道漏水量量測(cè)，所測(cè)得的滲流量18.5 L/s～19.5 L/s。不補(bǔ)水時(shí)通氣孔內(nèi)水位下降值為3.0 m，可以折算成18.5 L/s的漏水量。

6月9日8:00提起壓力管道進(jìn)水口事故閘門后調(diào)試機(jī)電設(shè)備并結(jié)束壓力管道充水試驗(yàn)，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施還應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行1個(gè)月的加密監(jiān)測(cè)[2]。

3 充水試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

若不考慮壓力管道沖洗時(shí)間，水壓試驗(yàn)耗時(shí)近14 d，充水試驗(yàn)過程中主要進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀表儀器、量水堰等觀測(cè)設(shè)施的讀數(shù)，以及相關(guān)建筑物表面的巡視。

3.1 充水試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1.1 滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

蓋孜水電站1#壓力管道滲壓觀測(cè)斷面3個(gè)，具體在樁號(hào)1+140下平段鋼襯段、0+650混凝土襯砌段、高程875 m處。在各斷面開挖邊線0.5 m圍巖內(nèi)均埋設(shè)3支滲壓計(jì)，高程875 m處滲壓計(jì)因出現(xiàn)故障，并未取得有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。2#壓力管道滲壓觀測(cè)斷面布設(shè)情況與1#壓力管道類似，分別在豎井及下平段鋼襯段布設(shè)3個(gè)永久性觀測(cè)斷面。

1#和2#壓力鋼管下平段滲壓觀測(cè)結(jié)果見表1。

表1 1#和2#壓力鋼管下平段滲壓觀測(cè)結(jié)果

3.1.2 滲水量監(jiān)測(cè)結(jié)果

壓力管道充水試驗(yàn)期間采用量水堰等測(cè)量方法進(jìn)行施工洞堵頭及各排水洞滲水點(diǎn)滲水量的監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表2。

表2 滲水量監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1.3 混凝土應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

蓋孜水電站1#和2#壓力鋼管下平段混凝土襯砌段和豎井段分別埋設(shè)5支和4支混凝土應(yīng)變計(jì)，混凝土襯砌段儀器檢測(cè)成果具有代表性，見表3。

表3 1#和2#壓力鋼管混凝土應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2 充水試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 滲漏結(jié)果分析

1#和2#壓力鋼管下平段滲壓及滲水量監(jiān)測(cè)結(jié)果(表1)表明，壓力管道混凝土、固結(jié)灌漿及鋼襯等結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量有保障，充水試驗(yàn)結(jié)果良好。實(shí)際漏水量比設(shè)計(jì)值小，而且在上平段充水試驗(yàn)的過程中有較大幅度增加，其原因可能包括：下平段和豎井下部圍巖透水性預(yù)計(jì)值較小，且豎井段襯砌施工前井壁設(shè)置了土工膜，形成混凝土-土工膜的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)[3]；襯砌混凝土有較高的強(qiáng)度等級(jí)，且施工裂縫均經(jīng)過化學(xué)灌漿處理后形成了一定的預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫實(shí)際開裂寬度小于設(shè)計(jì)值。

3.2.2 襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)

通過分析1#下平段頂拱中心線混凝土應(yīng)變情況可以看出，在充水試驗(yàn)前1#壓力管道下平段襯砌呈受壓狀態(tài)，在充水試驗(yàn)過程中壓應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。應(yīng)變計(jì)讀數(shù)的變化趨勢(shì)規(guī)律與襯砌受力情況相吻合，也即充水試驗(yàn)前主要受圍巖壓力、地下水及高壓固結(jié)灌漿殘余壓力的影響而處于受壓狀態(tài)，充水試驗(yàn)過程中內(nèi)水壓力不斷增大，壓應(yīng)力下降，拉應(yīng)力增大，待襯砌結(jié)構(gòu)開裂后，應(yīng)力狀況將重新分布[4]。

所埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器、滲流量讀數(shù)變化情況及外觀巡視結(jié)果表明，蓋孜水電站1#壓力管道充水對(duì)2#壓力管道及近洞邊坡、進(jìn)水口、廠房、排水洞等周圍建筑物均無不利影響。

4 結(jié)論

本文分析結(jié)果表明，蓋孜水電站1#和2#壓力管道充水程序設(shè)計(jì)合理，充水過程中并未出現(xiàn)任何異常情況，下平段最大水頭所對(duì)應(yīng)的總滲漏量低于設(shè)計(jì)水平，表明1#壓力鋼管襯砌、混凝土襯砌及固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)科學(xué)合理，施工質(zhì)量良好。此外，500 m以上的高水頭壓力管道應(yīng)進(jìn)行透水襯砌設(shè)計(jì)，并通過施工質(zhì)量的控制，以達(dá)到控制滲水、提升結(jié)構(gòu)安全性及節(jié)省投資的目的。在混凝土襯砌與圍巖間設(shè)置土工膜復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，既有利于施工排水，又能控制壓力鋼管運(yùn)行過程中可能的滲漏。