盖孜水电站引水隧洞充排水实践探讨

伊聪慧

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

盖孜水电站工程为中型Ⅲ等工程，主要建筑物包括引水调节池、引泄水建筑物、发电引水系统、水电站厂房、尾水建筑物，临时建筑物包括围堰工程等建筑物组成。引水调节池长110 m，发电引水洞全长10.01 km，电站加权水头360.48 m。引水调节池正常引水位2625.670 m，引水调节池最低引水位2624.792 m，电站总装机容量为116 MW(3×38.7 MW)，保证出力38.3 MW，多年平均发电量3.83亿kW·h。

发电引水系统布置在调节池末端，进口紧靠调节池尾部，进口底部高程2613.022 m。引水系统采用一洞三机联合供水的布置型式，电站共三台机组，设计引用流量3×12.6 m3/s，额定水头为347 m，引水隧洞总长10.01 km，其中埋涵段长度1206.936 m、引水隧洞段长8803.153 m。在引水隧洞末端桩号发8+803.152 m(调压井中心线)设置阻抗式调压井，并设置蝶阀室。压力管道布置采用两级斜井布置。在2401.6 m高程上布置了长32.68 m的平台。高压管道水平距离长1191.206 m，斜长1379.077 m，由一斜井段、中水平段、二斜井段及下平洞段组成。圆形断面，内径为3.2 m。岔管为明管，采用“卜”形月牙肋岔管，通过1#岔管一分为二，再通过2#岔管分为两个支管。支管共有3根，长度分别为37.806 m、22.008 m、27.008 m，支管垂直厂房纵轴线，管径1.40 m、1.20 m，发电引水系统构成见图1。引水隧洞埋深大、洞线长、洞径大，到目前为止，盖孜水电站引水隧洞已进行多次充排水操作，为引水隧洞充排水检修提供了实践经验。

图1 发电引水系统构成图

2 引水隧洞充排水实践

2.1 引水隧洞充水

引水隧洞段总容积为138781 m3。根据类似工程经验和本工程的特点，综合发电引水隧洞水头和沿线地质情况，本次发电引水隧洞充水分3个阶段进行控制，并对引水隧洞、调压井、各施工支洞(包括堵头和检修门)进行保压观测。引水隧洞(含调压井)内的水位上升速度应控制在3.5 m/h以内，相应充水流量应应控制在3.95 m3/s以内。

第1阶段：充水至2587.989 m高程(3#支洞底板)，该阶段水量约16013 m3。观察蝶阀上游侧水位变动情况，水位控制在充水至预定高程后停止充水，保压12 h，记录观测数据，监视各部位是否正常。如无异常，即可进行下一阶段充水。

第2阶段：充水至2596.842 m高程(1#支洞底板)，该阶段水量约75056 m3，预计充水时间5.5 h。观察蝶阀上游侧水位变动情况，充水至预定高程后停止充水，保压12 h，记录观测数据，监视各部位是否正常。如无异常，即可进行下一阶段充水。

第3阶段：充水至2625.67 m高程(正常引水位)，该阶段水量约47712 m3，预计充水时间8.5 h。充水至预定高程后停止充水，保压24 h，记录观测数据，监视各部位是否正常。

在隧洞充水和稳压观测中，须密切注意观察蝶阀压力表读数和施工支洞检修门的密封情况，如有渗漏，应及时均匀拧紧法兰螺栓；并注意观察引水隧洞、各施工支洞沿线外围岸坡及施工支洞堵头的渗漏情况，特别要观察引水隧洞支洞段边坡、山体渗漏情况。如发现引水涵管渗漏、引水隧洞沿线渗漏、边坡变形、失稳；厂房处山坡渗漏、边坡变形、失稳；支洞封堵门变形、渗漏量大；施工支洞堵头渗漏量大；观测数据偏离正常范围等异常情况，应立即报告领导小组，采取相应处理措施。

发电引水系统充水及保压观测期间，在发电引水系统的沿线，领导小组要安排各专业组进行观测和巡视，将获取的信息第一时间报给领导小组。经对发电引水隧洞充水的情况进行检查，结果正常，即对发电洞进水口事故检修门进行静水试验[1]。静水试验合格后，提起发电洞进水口事故检修门并锁定。

2.2 引水隧洞排水

2.2.1 引水隧洞排水方式选择

盖孜水电站引水隧洞主要采用水轮机空转排水和引水隧洞检修排水阀排水两种排水方式：(1)引水隧洞的水在水轮机空转状态下通过水轮发电机组排放至尾水，在机组额定转速以内通过水轮机导叶开度的增减以调节排水量。水轮机空转排水方式排水量大，排水速度快，可使引水隧洞同一水力单元2台水轮发电机组退备时间大大缩短。但水轮机在空转排水状态下可能会因其排水速率过快而失控，引发隧洞主体锚杆、混凝土衬砌等支护结构应力应变甚至引水隧洞的破坏。(2)引水隧洞检修排水阀排水方式下引水隧洞水通过设置于隧洞末端底板处的70 cm排水阀排出至排水洞，该方式下排水流量小，流量调节也更为灵活可控，有助于确保排水过程中引水隧洞本身的安全性。但排水时间较长，引水隧洞同一水力单元2台水轮发电机组退备时间也因此而延长。

考虑到盖孜水电站引水隧洞直径大、体量大、隧洞长，水头高，地质条件复杂，排水风险较大，结合该水电站引水隧洞排水实践，应采用分阶段排水方式，即在水轮发电机组过水条件较好时，可采用机组空转方式排水至毛水头295.0 m，剩余部分通过隧洞检修排水阀排水。

2.2.2 引水隧洞排水过程控制

在盖孜水电站引水隧洞同一水力单元水轮发电机组具备过流条件的情况下，应按照以下阶段排水：第1阶段，充分利用水轮机空转完成排水过程，并待排水至机组毛水头290 m(即引水隧洞进水口底坎处高程1624.0 m)时停机，并加强水轮发电机组运行状态的实时监测，对于出现机组摆度、振动、温度等参数异常时必须立即停机检查，此阶段耗时不超过7.5 h；第2阶段，利用引水隧洞检修排水阀排水至隧洞末端底坎高程1575.0 m，排水过程中所监测的渗漏量超出正常范围，必须立即处理，耗时130 h；第3阶段，利用机组压力钢管将引水隧洞内余水排出。

3 引水隧洞充排水过程监测

盖孜水电站引水隧洞充排水过程中，所监测到的各主体工程围岩变形、锚杆应力、锚索荷载、围岩渗透压力、钢筋应力、混凝土应变、岩体孔隙水压力等结果见表1。

表1 盖孜水电站引水隧洞充排水过程监测结果

通过对表1监测结果的分析可以发现，引水隧洞充排水过程中围岩变形最值位于-0.43 mm～0.16 mm范围内，平均值在-0.01 mm～-0.08 mm之间，表明围岩状况稳定性良好。且引水隧洞充排水过程中，启闭机动作可靠准确，充水阀和碟阀开闭及时准确，进水口、调压井和发电厂房等构筑物边坡并未出现位移异常，附近冲沟流量也并未发生改变。各主体工程锚杆应力、锚索荷载、围岩渗透压力、钢筋应力、混凝土应变、岩体孔隙水压力等应力应变状态也基本稳定。

考虑到盖孜水电站引水隧洞地质条件复杂、所承受的内水压力及渗漏影响较大，若充排水速度过快会破坏引水隧洞衬砌结构，进水口闸门关闭不严会引发闸门漏水，误提进水口闸门会造成厂房淹没和人员伤亡，空转排水会导致开度和排水速率过大而排水失控。为应对上述风险，引水隧洞充排水过程中如遇渗漏量超标，集中渗漏水超量[2]，大量渗漏水集中于边坡或不知去向等现象，则应立即停止充排水，并通过检修排水系统放空排水后全面检查。加强充排水速率控制并在各阶段充排水结束后稳压一段时间，监测结果确认后再开始下一阶段充排水试验。

4 结论

通过本文分析可以看出，引水隧洞充排水方案选择的过程中，必须充分考虑内水压力、充水速度、衬砌结构承受能力、过程能耗等方面，并应在考虑衬砌及围岩受力水平的情况下加强充水速度及水力梯度增加速度的控制。盖孜水电站引水隧洞多次充排水操作取得了一定的实践经验，并通过分析充排水过程中主要的风险点及针对性强的风控措施，确保充排水过程的安全。本文所取得的实践经验对盖孜水电站以及类似高水头、长距离、大直径引水隧洞采用闸门充水阀间歇式充排水、分级稳压过程具有重要的借鉴参考价值。