深圳抽水蓄能电站引水道首次充水试验研究

潘定才，章 鹏，罗佑坤，苏书坚

(1.南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510630;2.南方电网物资有限公司，广东 广州 510630)

1 工程概况

深圳抽水蓄能电站位于深圳盐田区和龙岗区内，电站安装4台单机容量300 MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 200 MW。枢纽工程由上水库、下水库、输水系统(引水道和尾水道)、地下厂房洞室群及开关站、场内永久道路等部分组成。输水系统采用一洞四机布置。引水道长3 468 m，由上库进出水口、上游调压井、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、施工支洞堵头等组成。引水主洞洞径9.5 m，主洞和高压岔管均采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度分别为0.6 m和0.8 m，设计最大静水头531 m。引水支管内径2.3～4.0 m，采用600 MPa级高强钢板内衬，钢板厚42～46 mm。上游调压井升管和大井内径分别为9.5、16 m，衬砌厚0.6 m。尾水道长1 255 m，由尾水支管、尾水岔管、尾水调压井、尾水隧洞、下库进出水口、施工支洞堵头等组成[1]。尾水道2017年7月17日已完成首次充水试验，充水一次成功，未进行排水放空。输水系统纵剖面示意见图1。

2 充水试验程序

引水道充水设施为上库进出水口事故检修闸门设置的2个平盖式充水阀(Φ250 mm)，充水阀由固定卷扬式启闭机操作，通过启闭机动滑轮组的升降控制充水阀开度。为防止充水时树枝、木板等漂浮异物卡住充水阀导致充水阀无法调节开度或关闭[2]，充水阀外增设防护网罩，确保水道充水工作能够顺利进行。

图1 输水系统纵剖面示意

表1 引水道充水过程水位上升速度及稳压时间

水道充水前，已通过充水阀放水，完成水道系统的冲洗、清理和检查工作。

2.1 计划充水程序

充水时结合水道布置的特点，划分水头段分级，确定稳压水位和时长，确认监测数据无异常后进行下一水头段充水。引水道充水控制水位上升速度宜不超过4 m/h[1]。

第1阶段：充下平洞、引水岔管、引水支管，充水阀开度约6 cm。

第2阶段：充下斜井，充水阀开度约0.5 cm。

第3阶段：充中平洞兼稳压，充水阀开度约2.5 cm。

第4阶段：充上斜井(280 m高程以下)，充水阀开度约0.5 cm。

第5阶段：关闭充水阀，稳压48 h，检查水道渗漏情况，期间进行球阀操作水切换，1号机主轴密封供水和机组段充水操作。

第6阶段：充上斜井(280 m高程以上)，充水阀开度约0.5 cm。

第7阶段：充上平洞和上游调压井(486.25 m高程以下)，充水阀开度开度约4.5 cm。

第8阶段：充通气孔和上游调压井(486.25 m高程以上)，充水至上库水位，充水阀开度约0.5 cm，进行中平洞2号施工支洞堵头排水阀及1号球阀上游排水阀试验。

2.2 实际充水过程

电站引水道充水自2017年8月15日0∶55开始，29日20∶15充至上库水位508.2 m，29日20∶30关闭上库充水阀，31日20∶30稳压48 h结束，总历时约475.3 h。为了控制水道水位上升速度、逐步抬升山体地下水位、降低水道内外水头差，鉴于实际充水过程中充水阀灵活可控，充水时增加了稳压次数，充水期间共稳压7次，稳压总时间221 h。水道不同部位水位平均上升速率见表1，仅下斜井水位平均上升速度超过4.0 m/h的设计控制要求，其余充水部位均满足要求，鉴于充下斜井时下平洞、高岔段承受的内压水头不足100 m，因此实际充水过程可控，与计划充水程序基本一致。电站引水道充水完成后，经检查分析，相关水工建筑物和机电设备无异常，引水道未进行排水放空。

3 主要观测数据分析

3.1 渗水量

在施工支洞堵头、厂房排水廊道等部位布设量水堰，监测成果见表2。充水时随水位增高，施工支洞堵头和厂房排水廊道、尾闸室等部位陆续出现渗水点，充水完成后渗水量逐渐稳定，总渗水量不大。

表2 主要渗水量监测成果统计结果 L/s

1号施工支洞堵头在水道水位430m稳压结束后开始测得读数，后随水道水位上升逐渐增大，在8月30日测得最大渗漏量277 mL/s，后渗漏量回落并趋于稳定，渗漏量保持在184 mL/s左右。2号施工支洞堵头在水道水位329 m稳压结束后开始测得读数，后随水道水位逐渐上升，在水道充满水后渗漏量达到最大277 mL/s，后逐渐回落至218 mL/s。3号施工支洞堵头充水后随水道水位上升渗漏量逐渐增大，在水道水位231 m测得最大渗漏量1 340 mL/s，后逐渐回落至1 000 mL/s。充水后针对1号、2号、3号施工支洞堵头渗漏点进行了化学灌浆处理，处理完成后渗漏量分别为128、128、500 mL/s，处理效果明显。

水道充水完成后，关闭上游充水阀稳压48 h，通过水道水位变化测算出水道系统渗水量约19.2 m3/h。从测值分析，水道渗漏量在可控范围内。

3.2 渗压计

在高压岔管至地下厂房区域布置了7支针对断层的渗压计(PS3～PS9)，具体位置如图2所示。渗压计观测数据如表3、图3所示。在水道充水水位超过300 m高程后，渗压计测值均随水位快速上升，充水完成10 d后基本稳定，PS3、PS4、PS7、PS8测值变幅超过100 m，其余渗压计测值变化较小。PS3在高岔帷幕前，PS5、PS6、PS9在高岔帷幕后，从渗压计测值可以看出引水支管附近防渗帷幕效果良好。PS4、PS7、PS8距离引水支管防渗帷幕较远，渗压计测值变幅反而偏大。充水期间PS7测值增长最快，充水完成约10 d后趋于稳定且略有下降，表明水道高压水可能经f369、f380、f381等断层绕过防渗帷幕，渗入引水支管中部。地下渗流场实测水压力小于引水钢支管抗外压设计值，压力钢管在水道放空情况下也是安全的。7支渗压计水位测值较好的反应了高压岔管附近围岩渗流场在充水期间变化情况。截至2019年底，各渗压计测值与充水1月后测值相差不大，表明高压水道附近地下渗流场充水完成1月后已经形成新的平衡。

表3 渗压计监测成果统计结果 m

图2 地下渗流场(高压岔管区域)渗压计平面布置

图3 充水前后地下渗流场(高压岔管区域)渗压计测值变化曲线

3.3 钢筋计

在高压岔管和下平洞布置了钢筋计，充水后钢筋计监测成果见表4，过程曲线见图4。钢筋计监测最大值出现在高岔顶拱R5-2。R5-2在充水初期测值由-5.05 MPa(受压)缓慢上升至10 MPa，在充水水位230 m稳压时测值缓缓回落，当水道充水至280 m高程时测值由3.96 MPa突变至85.58 MPa，之后测值微微回落后保持平稳，推测此处混凝土出现开裂，钢筋瞬间测值则突变。其余钢筋计测值未发现明显突变，但钢筋计充水前大部分受压，说明水道高压固结灌浆对钢筋混凝土衬砌施加了一定的预压应力[2]。充水后钢筋计拉应力远小于钢筋抗拉强度，说明钢筋混凝土衬砌结构在高内水压力下是安全的。

表4 钢筋计监测成果统计结果

图4 充水前后高压岔管区域钢筋计测值变化曲线

4 结 语

(1)深圳抽水蓄能电站引水道通过上游充水阀控制充水速率，顺利完成首次充水。充水完成后，渗压计、钢筋计等各类安全监测仪器数据基本正常，总渗水量不大，相关水工建筑物和机电设备均无异常，充水一次成功。充水完成至今，引水道各主体工程状态正常，引水道设计合理，施工质量良好，结构安全可靠。

(2)充水过程控制可供类似工程借鉴。采用充水阀充水，以往工程多次出现充水阀被异物卡住情况，本项目对充水阀外增设了防护罩，确保了启闭灵活可靠，充水过程中成功实现了多次水道稳压。

(3)各类监测数据充分反映了钢筋混凝土透水衬砌的技术特性与文献[2]的结论基本一致。

(4)高压水道区域针对断层埋设渗压计非常必要，本项目的渗压计监测对指导水道的充水起到了十分重要的作用，类似工程可借鉴。监测数据揭示出断层在水道出露处的灌浆处理工作仍有缺陷，类似工程应予以重视。

(5)施工支洞堵头的施工质量控制还需进一步加强和完善。