李天述

摘 要：有壓式引水發(fā)電站的壓力輸水管道的結(jié)構(gòu)安全狀況極為重要，在電站運(yùn)行前需對其結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行評價。本文重點(diǎn)分析了錦屏二級水電站高壓管道在充排水試驗(yàn)和運(yùn)行初期的圍巖變形、錨桿應(yīng)力、壓力鋼管應(yīng)力及圍巖滲透壓力的變化情況。結(jié)果表明，錦屏二級水電站高壓管道施工質(zhì)量優(yōu)良，運(yùn)行狀況良好，工程安全狀態(tài)正常。

關(guān)鍵詞：高壓管道；運(yùn)行初期；安全評價1 工程概況

為保證充水后高壓管道的抗壓穩(wěn)定和改善地下廠房的運(yùn)行環(huán)境，高壓管道襯砌形式采用全洞段鋼襯（除上平段外），鋼襯后進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿。在高壓管道末端（距廠房上游側(cè)邊墻2.38m處）采用600MPa級強(qiáng)鋼板，其余洞段采用16MnR的500MPa級壓力容器鋼；高壓管道鋼襯后最大直徑6.5m，最小直徑6.05m。

2 工程地質(zhì)條件

錦屏二級水電站高壓管道地質(zhì)構(gòu)造單一，位于褶皺一翼，為單斜地層，無區(qū)域性斷裂或次一級的大斷層（Ⅰ類結(jié)構(gòu)面）通過；f7斷層規(guī)模相對較大，為Ⅱ類結(jié)構(gòu)面，性狀較差，在引水隧洞上游調(diào)壓室前段通過；其余為小型斷層及破碎帶，多為Ⅲ級結(jié)構(gòu)面。裂隙較發(fā)育～發(fā)育，局部密集，以“N10°E～N10°W NW～NE∠75°～85°，層面裂隙，面平直，平行發(fā)育，間距20～40cm，充填鈣膜”和“N50°～70°E NW∠80°～85°，平行發(fā)育，間距10～20cm，局部擠壓，夾擠壓片巖和泥質(zhì)”為主，裂隙多充填鈣質(zhì)，少量充填鐵錳質(zhì)、泥質(zhì)。4號～8號高壓管道沿線巖溶發(fā)育規(guī)模相對較大，主要分布在豎井40～83m段，巖溶形態(tài)主要為溶蝕裂隙、溶蝕寬縫和垂直溶蝕管道；1號～3號高壓管道巖溶洞穴相對不發(fā)育，以溶蝕裂隙為主。巖溶洞穴周邊巖體破碎～較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差，易坍塌。

錦屏二級水電站高壓管道圍巖為T2y5灰黑色中厚層細(xì)晶大理巖、灰白色粗晶（臭）大理巖及花斑狀大理巖，呈微風(fēng)化～新鮮狀；巖體較完整～完整，局部較破碎，圍巖以Ⅲ、Ⅱ類為主，圍巖穩(wěn)定～基本穩(wěn)定；局部巖溶集中發(fā)育，洞段及存在裂隙不利組合的洞段為Ⅳ類，局部圍巖穩(wěn)定性較差～差。

3 安全監(jiān)測布置及設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

3.1安全監(jiān)測布置

錦屏二級水電站高壓管道安全監(jiān)測包括圍巖變形、圍巖承載能力、襯砌及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況、圍巖滲透壓力監(jiān)測等。采用在高壓管道上平段、豎井段、下平段各選取若干斷面布置多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測圍巖變形情況，布置錨桿應(yīng)力計(jì)監(jiān)測支護(hù)錨桿受力情況，布置滲壓計(jì)監(jiān)測圍巖滲透壓力情況；在圍巖與混凝土襯砌接縫處布置測縫計(jì)，監(jiān)測圍巖與襯砌混凝土接縫變化情況；在鋼管與混凝土襯砌接縫處布置鋼管縫隙計(jì)，監(jiān)測鋼管與襯砌混凝土接縫變化情況；在豎井及下平鋼襯段布置鋼板應(yīng)力計(jì)監(jiān)測鋼管受力情況。

錦屏二級水電站高壓管道監(jiān)測儀器分別布置在1號、2號、3號、5號和7號管道內(nèi)，共安裝多點(diǎn)位移計(jì)42套/131支、錨桿應(yīng)力計(jì)48組/48支、鋼板應(yīng)力計(jì)36支、滲壓計(jì)87支、測縫計(jì)58支、鋼管縫隙計(jì)38支、測壓管39個。

3.2 設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

錦屏二級水電站高壓管道在充排水試驗(yàn)及機(jī)組運(yùn)行期間，壓力管道內(nèi)水壓力對高壓管道的穩(wěn)定性影響極為重要，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。在各種工況下高壓管道末端（蝸殼首部）內(nèi)水壓力控制值見表1。

根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5077-1997）有關(guān)水錘壓力沿管道分布的要求，高壓管道內(nèi)水壓力在考慮靜水壓力和水擊壓力作用分項(xiàng)系數(shù)后確定，靜水壓力和水錘壓力的作用分項(xiàng)系數(shù)分別為1.0和1.1。高壓管道鋼襯段內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值見表2。

4 充排水試驗(yàn)及運(yùn)行初期監(jiān)測成果分析

4.1 1號高壓管道

（1）1號高壓管道水充滿時，內(nèi)水壓力達(dá)到2.40～3.23MPa，鋼管膨脹，鋼管環(huán)向拉應(yīng)力增大，最大變化量182.52MPa（1400m高程）；表層圍巖發(fā)生徑向壓縮變形，最大變化量-0.77mm；錨桿拉應(yīng)力減小，最大變化量-72.15MPa。水排空后，內(nèi)水壓力降為0MPa，鋼管收縮，鋼管環(huán)向拉應(yīng)力減小，最大變化量-160.54MPa；表層圍巖發(fā)生徑向松弛變形，最大變化量0.43mm；錨桿拉應(yīng)力增大，最大變化量49.60MPa。高壓鋼管、表層圍巖及支護(hù)錨桿表現(xiàn)出同步的彈性變形特征，符合變化規(guī)律，變化量未超過材料強(qiáng)度極限，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)均在正常范圍內(nèi)。

圍巖滲透壓力，充排水試驗(yàn)期間，受1號調(diào)壓室內(nèi)水外滲影響，高壓管道上平段滲壓計(jì)測值與調(diào)壓室豎井水位呈正相關(guān)系，即水位升高，滲壓計(jì)測值增大；水位降低，滲壓計(jì)測值減小。隨著充排水過程的結(jié)束，高壓管道上平段滲壓計(jì)測值基本恢復(fù)到充水前的狀態(tài)。在充水、排水過程中，上平段圍巖滲透壓力最大變化量分別為89.05kPa、-100.61kPa，豎井段最大變化量分別為20.54kPa、-20.79kPa，下平段最大變化量分別為-28.00kPa、-46.89kPa。

（2）1號機(jī)組運(yùn)行初期，1號高壓管道圍巖變形最大變化量0.67mm，錨桿應(yīng)力最大變化量-5.91MPa，鋼管應(yīng)力最大變化量-13.29MPa，接縫開合度最大變化量-0.04mm，上平段圍巖滲透壓力最大變化量-63.13kPa。監(jiān)測成果表明1號高壓管道工程安全狀態(tài)基本正常。

4.2 2號高壓管道

2號高壓管道圍巖變形、錨桿應(yīng)力及混凝土與圍巖接縫開合度在充排水試驗(yàn)與機(jī)組運(yùn)行初期變化均較小。上平段圍巖滲透壓力在充排水前后變化明顯，最大變化量539.70kPa，符合變化規(guī)律。監(jiān)測成果表明2號高壓管道工程安全狀態(tài)基本正常。

4.3 3號高壓管道

（1）3號高壓管道在充水過程中，鋼管應(yīng)力最大變化量-0.65MPa，圍巖變形最大變化量-0.36mm，錨桿應(yīng)力最大變化量1.10MPa，混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量-0.19mm。水排空后，鋼管應(yīng)力最大變化量0.84MPa，圍巖變形最大變化量0.19mm，錨桿應(yīng)力最大變化量-22.61MPa，混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量0.10mm。3號高壓管道滲壓計(jì)均布置在鋼襯段圍巖部位，圍巖的滲透壓力在充排水前后基本無變化。

（2）3號機(jī)組運(yùn)行初期，3號高壓管道圍巖變形最大變化量0.13mm，錨桿應(yīng)力最大變化量9.61MPa，鋼管應(yīng)力最大變化量11.65MPa，接縫開合度最大變化量0.11mm，圍巖滲透壓力基本無變化。監(jiān)測成果表明3號高壓管道工程安全狀態(tài)基本正常。

4.4 5號高壓管道

（1）5號高壓管道在充水過程中，圍巖變形最大變化量-2.05mm（0+246斷面），錨桿應(yīng)力最大變化量-164.48MPa（0+246斷面），混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量-0.12mm。水排空后，圍巖變形最大變化量1.43mm，錨桿應(yīng)力最大變化量119.50MPa，混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量0.11mm。5號高壓管道滲壓計(jì)均布置在鋼襯段圍巖部位，圍巖的滲透壓力在充排水前后基本無變化。

（2）5號機(jī)組運(yùn)行初期，5號高壓管道圍巖變形最大變化量-0.12mm，錨桿應(yīng)力最大變化量-15.95MPa，接縫開合度最大變化量-0.03mm，圍巖滲透壓力基本無變化。監(jiān)測成果表明5號高壓管道工程安全狀態(tài)基本正常。

4.5 7號高壓管道

7號高壓管道在充水過程中，鋼管應(yīng)力最大變化量67.37MPa（1400m高程），圍巖變形最大變化量-0.27mm，錨桿應(yīng)力最大變化量-7.70MPa，混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量-0.23mm，圍巖滲透壓力最大變化量139.69kPa（上平段部位）。水排空后，鋼管應(yīng)力最大變化量-8.17MPa，圍巖變形最大變化量0.17mm，錨桿應(yīng)力最大變化量3.25MPa，混凝土與圍巖接縫開合度最大變化量0.21mm，圍巖滲透壓力最大變化量-146.30kPa（上平段部位）。

5 異常問題處置措施

5號高壓管道在充排水過程中，下平段0+246斷面水充滿時，內(nèi)水壓力達(dá)到3.20MPa，鋼管膨脹，表層圍巖發(fā)生徑向壓縮變形，最大變化量-2.05mm，平均變化量-0.98mm；錨桿拉應(yīng)力減小，最大變化量-164.48MPa，平均變化量-129.41MPa。水排空后，內(nèi)水壓力降為0MPa，鋼管收縮，表層圍巖發(fā)生徑向松弛變形，最大變化量1.43mm，平均變化量0.67mm；錨桿拉應(yīng)力增大，最大變化量119.50MPa，平均變化量96.59MPa。針對這一異常問題，業(yè)主組織相關(guān)單位召開專題會議，分析原因。該斷面圍巖變形、錨桿應(yīng)力變化較大的原因，主要是由于5號高壓管道K0+220～K0+250段處于f38、f64、f66小斷層帶，斷層帶寬約10～50cm，局部圍巖為Ⅳ類，巖體較破碎，且裂隙發(fā)育，壓力鋼管安裝后經(jīng)過固結(jié)灌漿與周邊巖體緊密結(jié)合，當(dāng)壓力管道內(nèi)水壓力增加鋼管膨脹直接將應(yīng)力傳遞至周邊圍巖，致使周邊圍巖變形及支護(hù)錨桿應(yīng)力相繼發(fā)生變化。

為進(jìn)一步了解該部位圍巖變形情況，設(shè)計(jì)在該斷面新增了1套三點(diǎn)式位移計(jì)，用于進(jìn)一步監(jiān)測該部位圍巖的變形情況。新增的多點(diǎn)位移計(jì)安裝后運(yùn)行正常，且測值變化較?。辉摂嗝嫫溆啾O(jiān)測儀器在機(jī)組運(yùn)行期間，儀器測值變化均較小，表明該斷面圍巖及鋼襯支護(hù)結(jié)構(gòu)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

6 初步結(jié)論

錦屏二級水電站高壓管道在充排水試驗(yàn)過程中，部分監(jiān)測儀器測值隨著壓力管道內(nèi)水壓力的變化而變化，但其變化表現(xiàn)的特征符合壓力管道內(nèi)水壓力變化所引起的變化規(guī)律，且變化量未超過材料強(qiáng)度極限，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)均在正常范圍內(nèi)。

錦屏二級水電站高壓管道經(jīng)過充排水試驗(yàn)后進(jìn)入機(jī)組發(fā)電運(yùn)行期。通過機(jī)組運(yùn)行期的監(jiān)測成果顯示，高壓管道的圍巖狀態(tài)、系統(tǒng)錨桿及壓力鋼管等支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)、襯砌混凝土與圍巖的接縫開合度狀態(tài)基本穩(wěn)定，圍巖滲透壓力狀態(tài)基本正常；表明高壓管道施工質(zhì)量優(yōu)良，運(yùn)行狀況良好，工程安全狀態(tài)正常。