摘要：本文根据某抽水蓄能电站1号输水系统充排水安全监测资料数据，从引水岔管、高压钢支管的外水压力、衬砌混凝土应力应变、钢板应力、接缝变形等方面入手，分析充排水过程对工程结构运行状况的影响，可以为后期1号引水系统、2号引水系统充排水提供相应技术参考。
关键词：抽水蓄能电站 1号输水系统 充排水 监测成果
0引言
我国水利水电工程安全监测工作从20世纪50年代发展，至今已有60多年历史。安全监测是大坝的保健医生，是水工建筑物的耳目，潘家铮院士曾对安全监测赋诗一首：岩土工程，无限奥妙。综合监测，至关重要。安全之本，科研之宝。奋力攀登，开创新道[1]。因此做好安全监测工作具有重大意义。本文根据某抽水蓄能电站1号引水系统充排水安全监测资料数据，从引水岔管、高压钢支管的外水压力、衬砌混凝土应力应变、钢板应力、接缝变形等方面入手，分析充排水过程对工程结构运行状况的影响，可以为后期1号引水系统、2号引水系统充排水提供相应技术参考。
1工程概况
某抽蓄能电站输水系统布置于横岭南坡北东向山梁及山前丘陵区内，输水系统采用两洞四机布置。其组成部分主要有：侧向进/出水口及闸门井、引水上平洞、引水竖井及下平洞、钢筋混凝土引水岔管、高压支管等。其中引水平洞和高压竖井洞径均为8.0m，高压支管洞径为4.8m，其中上游输水系统总长约572.6/577.57m。为降低压力钢管外水压力，在引水高压钢管的上方布置了排水廊道系统，在钢衬的起始处设置了两排防渗帷幕灌浆，并在与引水道平行的排水廊道内布置了斜向上45°的系统排水孔，形成排水孔网。详见图1-1和1-2。
图1-1引水隧洞压力钢管和引水岔管观测仪器布置图
2排水过程
1号输水系统排水自2016年9月22日16：00开始，截止9月28日上午9时水道内水位降至106.9m，排水速率按小于2.5m/h控制。9月29日下午约14:00，2#机球阀打开，排水完成。
图1-2引水隧洞竖井及下平段观测仪器布置图
1号输水系统充水2016年10月23日早上8:30开始，对1号引水系统进行充水。10月24日凌晨0时，上库充水泵打开。10月24日凌晨5时30分，水道内水位升至201.38m，之后开始保压。10月24日下午17时40分充水泵打开。10月25日早上7时25分充水泵关闭，保压。10月25日下午17时35分充水泵打开。10月26日上午11:00充水泵关闭，保压。10月27日上午11:30充水泵打开。10月27日下午16:39分上库闸门提起，充水完成。
3监测成果分析
3.1输水系统山体水位监测
各测压管监测成果见表3.5-1，测压管水头～水道水位关系典型曲线见图3.1-1。测压管监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-2.51m（KUP9）；排空检修阶段，最大变化量-5.70m（KUP9）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量-0.56m（KUP9）。整体来看，输水系统山体地下水位与水道水位的相关性不明显，输水系统山体地下水位的变化不影响输水系统的稳定。
3.21号引水岔管
3.2.1外水压力
各渗压计监测成果见表3.5-1，渗压计水头～水道水位典型关系曲线见图3.2.1-1。渗压计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-174.80m（Pcg1-1降幅174.80m）；排空检修阶段，最大变化量-8.01m（Pcg1-3降幅8.01m）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量190.01m（Pcg1-1增幅190.01m）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，1号引水岔管外水压力与水道水位有很强相关性，水道水位降低，外水压力减小；水道水位升高，外水压力增大，但变幅小于水道水位的变化量。
图3.1-1输水系统山体地下水位与水道水位典型关系曲线
图3.2.1-1引水岔管外水压力与水道水位典型关系曲线
3.2.2衬砌混凝土应变
各应变计监测成果见表3.5-1，应变计微应变～水道水位典型关系曲线见图3.2.2-1。应变计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-74.42με(Scg1-1-h)；排空检修阶段，最大变化量-31.45με(Scg1-2-r)；在1号输水系统充水过程中，最大变化量-71.18με(Scg1-3-r)。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，1号引水岔管衬砌混凝土三向应变与水道水位有较强相关性，变化规律符合实际情况。衬砌混凝土应变已基本恢复至充排水开始阶段水平。
图3.2.2-1引水岔管衬砌混凝土应变与水道水位典型关系曲线
3.2.3衬砌钢筋应力
各钢筋计监测成果见表3.5-1，钢筋应力～水道水位关系曲线见图3.2.3-1。钢筋计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-14.10MPa（Rcg1-1）；排空检修阶段，最大变化量5.70MPa；在1号输水系统充水过程中，最大变化量10.56MPa（Rcg1-1）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，1号引水岔管钢筋计Rcg1-1应力与水道水位有较强相关性，变化规律符合实际情况，充水完成后量值已基本恢复至充排水开始阶段水平，表明1号引水岔管衬砌钢筋受力正常。钢筋计Rcg1-3应力排水前量值很小，在整个充排水阶段变化很小。
图3.2.3-1引水岔管衬砌钢筋应力与水道水位相关曲线
3.2.4接缝变形
各测缝计监测成果见表3.5-1，接缝开合度～水道水位典型关系曲线见图3.2.4-1。测缝计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量0.05mm（Jcg1-3）；排空检修阶段，最大变化量0.05mm（Jcg1-1）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量-0.07mm（Jcg1-1）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，1号引水岔管的围岩与衬砌的接触缝变形较小，量值很小，与水道水位无明显相关性，表明衬砌与围岩结合较紧密，无明显脱空现象。
图3.2.4-1引水岔管围岩缝隙开合度与水道水位典型关系曲线
3.32号高压钢支管
3.3.1衬砌混凝土与围岩、钢管与衬砌混凝土接缝变形
各测缝计、钢管缝隙计监测成果见表3.5-1，接缝开合度～水道水位典型关系曲线见图3.3.1-1。测缝计、钢管缝隙计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-0.04mm（Jg2-1）；排空检修阶段，最大变化量-0.04mm（Jg2-1）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量-0.05mm（Jg2-1）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，2号高压钢支管的衬砌混凝土与围岩接缝变形及钢管与衬砌混凝土接缝变形均较小，与水道水位无明显相关性，表明接缝结合较紧密，无明显脱空现象。
图3.3.1-1引水钢管缝隙开合度与水道水位典型关系曲线
3.3.2钢衬受力
钢板应力计应力计算方法：弹模取0.2×106MPa，用弹模乘以应变值得到应力，未考虑泊松比效应。
各钢板应力计监测成果见表3.5-1，钢板应变（应力）～水道水位关系曲线见图3.3.2-1。钢板应力计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-44.66MPa（Sgh2-4）；排空检修阶段，最大变化量2.79MPa（Sgh2-2）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量46.19MPa（Sgh2-4）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，2号高压钢支管的钢板环向和轴向应变与水道水位有较强相关性，水道水位降低，应变（应力）减小；水道水位升高，应变（应力）增大，变化规律符合实际情况。充水完成后，应力量值能恢复到排水之前水平，表明2号高压钢支管钢衬受力正常。
图3.3.2-1引水钢管钢衬应力与水道水位典型关系曲线
3.3.3外水压力
各渗压计监测成果见表3.5-1，渗压计水头～水道水位关系曲线见图3.3.3-1。渗压计监测成果表明：在1号输水系统排水过程中，最大变化量-10.40m（Pg2-3降幅10.40m）；排空检修阶段，最大变化量-2.03m（Pg2-3降幅2.03m）；在1号输水系统充水过程中，最大变化量9.93m（Pg2-3增幅9.93m）。整体来看，在1号输水系统充排水过程中，2号高压钢支管外水压力与水道水位有较强相关性，水道水位降低，外水压力减小；水道水位升高，外水压力增大，但变幅远小于水道水位的变化量。充水完成后，外水压力基本恢复到排水之前水平。
图3.3.3-1引水钢管外水压力与水道水位相关曲线
3.42号输水系统外水压力监测
由表3.4-1可知，在1号输水系统充排水过程中，2号引水隧洞竖井段（260m高程）、2号引水隧洞下平段（0+202断面）、2号引水岔管外水压力、3号高压钢支管外水压力变化量较小，过程线变化平缓，与水道水位的相关性不明显，说明输水系统两隧洞无连通性。
4现场检查结果
（1）本次充排水过程中，巡检情况如下：
1）1号及#6施工支洞堵头无明显渗水点。
2）1号及2号高压钢管外排水管渗漏量无异常。
3）三层排水廊道渗漏量无异常。
（2）隧洞内部检查
球阀打开后，进入隧洞内部进行检查，情况良好，未见渗滴水，混凝土衬砌段和钢衬接缝处也未见渗水，通过地质雷达检测，成果显示混凝土和钢衬内部无明显缺陷。
5结论
1号输水系统充排水期间，岔管的外水压力变化正常，衬砌混凝土钢筋应力应变、钢筋应力状态变化正常，围岩接缝开合度基本稳定；高压钢管外水压力变化正常，支护结构的应力应变状态变化正常，衬砌混凝土接缝开合度、钢衬与衬砌混凝土接缝开合度基本稳定。1号输水系统充排水对2号输水系统外水压力无影响。高压排水廊道渗流量稳定。各项监测成果符合一般规律。充排水过程中，1号输系统工程安全状态基本正常，充水完成后各项监测数据已基本恢复到排水前状态。
参考文献（References）
[1]南京水利科学研究院勘测设计院.岩土工程安全监测手册.北京：中国水利水电出版社，2008.
论文作者:李数林,尹礼亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/12
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