高海拔地区高水头长引水系统充水试验技术要点

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1、高海拔地区高水头长引水系统充水试验技术要点摘 要：引水隧洞的充水试验是引水式水电站投产前的关键步骤，由于受到内外水 压力的影响，应力状态发生改变，引起引水隧洞、压力钢管等部位发生应变，一旦 应变超出允许范围，将发生失稳。高海拔地区高水头长引水隧洞由于地质情况复杂、 水头高、水量多等特点，失稳风险更大。本文以吉沙水电站引水系统充水试验为例， 结合实际情况，对引水系统充水试验的关键技术问题及要求进行分析，为同类电站 引水隧洞的充水试验提供了有益参考。关键词：引水系统；充水试验；技术要点；吉沙水电站0 引 言我国水资源丰富，但是优良的水电工程常位于边远的山区，隧洞引水式电站是 应用较多的一种类型1。

2、引水式电站正常运行承受内水压力时，隧洞外围混凝土和 岩石往往能够分担很大一部分荷载，在承担全部内水压力时，衬砌只起到防渗作用2。因此，在隧洞充水前需要通过对引水系统的监测资料进行评估、计算，对充水 过程进行周密计算，采取相应的技术措施，保证安全。2008 年年底吉沙水电站具备投运条件，为确保充水过程的顺利进行，对充水所 涉及的所有启闭设备和控制系统进行实验和检查，对引水系统进行整体检查，检查 项目符合有关规程规范及设计要求，且经指挥机构确认后，引水系统才可以充水。 水道系统充水时，为保证引水系统结构的安全稳定，必须严格控制水位上升的速度， 并稳定一段时间，待监测系统确认后，方可进行下一阶段的充

3、水。此次高压引水系 统的充水试验可以为今后的工作提供借鉴。1 吉沙水电站概况吉沙水电站位于云南省迪庆藏族自治州香格里拉县境内的硕多岗河主河道上， 是硕多岗河流域规划一库八级中的第二个梯级电站。工程区属青藏高原南东缘的横 断山区，西侧为云岭山脉，东侧为哈巴雪山及天宝雪山。吉沙水电站采用引水式开发方案，总装机容量为120MW（2X60MW）,是一座以发 电为主的水力发电工程。工程由首部枢纽、引水隧洞、调压井、高压管道和地面发 电厂房等组成。首部枢纽位于小中甸镇上吉沙村东侧 1.5km 处的硕多岗河主河道， 坝型为混凝土重力坝，水库为日调节水库，水库正常蓄水位3132 m，坝址以上流域 面积1123

4、 km2，总库容251.92万m3（天然），调节库容109.09万m3（天然）。电站 进水口布置在坝前左岸，引水系统总长约15.58km，低压引水隧洞采用圆形断面， 洞长约14.9km ；调压井采用简单阻抗式，圆形断面，内径7.5m，井高104.11m。高 压管道段长约1074m，主管内径2.6m。电站厂房位于虎跳峡镇花椒坡村，为地面式 厂房，电站额定水头485.00 m,单机发电流量14.37 m3/s，采用2台冲击式水轮 发电机组，总装机容量120MW。电站装机利用小时数为4690h (联合运行)，多年平 均发电量为5.628亿kW.h (联合运行)，水量利用系数为88.48% (联合运行

5、)。2008 年年底电站已投产发电，至今机组运行情况良好。吉沙水电站装机规模不大，但是很有特点，首先是它的引水隧洞总长达14.9km， 是全国在建和已建的电站中最长引水隧洞的工程；第二是它的心脏采用的是与法国 阿尔斯通合作生产的冲击式水轮发电机组，单机装机规模60MW，也是目前国内在建 的冲击式单机规模最大的电站之一；第三是它地处海拔3200m的滇西北高原，最大 水头达540m，高压管道单个斜井长度达280余米，在国内高原地区常规电站中这也 是屈指可数的指标，是典型的高海拔，高水头，长隧洞电站。2 隧洞放空及关键环节分析2.1 充水前检查(1) 电站进水口范围内清理情况检查；(2) 电站进水口

6、混凝土外观质量检查；(3) 电站进水口闸门、充水阀、水封及启闭机状态检查；(4) 电站进水口永久原型观测仪器工作状态检查；(5) 引水隧洞内清理情况检查；( 6) 引水隧洞混凝土衬砌结构外观质量检查；(7) 引水隧洞混凝土衬砌灌浆封孔外观质量检查；( 8) 2、4、6施工支洞密封门状态检查;(9) 引水隧洞1#6#施工支洞封堵外观质量检查；(10) 引水隧洞永久原型观测仪器工作状态检查；( 11)调压井内部清理情况；(12)调压井混凝土结构外观质量检查；( 13)调压井事故闸门、充水阀、水封及启闭机状态检查；(14) 调压井永久原型观测仪器观测状态检查；(15) 高压管道(含主管段、岔管段及1

7、#、2#支管段)内清理情况检查；(16) 引水隧洞衬砌与钢筋混凝土衬砌结合部外观及平顺度检查；(17) 引水隧洞钢衬与钢筋混凝土衬砌结合部帷幕灌浆封孔及外观质量检查;（18）高压管道（含主管段、岔管段及1、2支管段）各段钢管钢衬焊接质量及 母材外观检查、防腐漆喷涂质量检查；（19）钢管支管段与蜗壳结合部焊接质量及连接状态外观检查；（20）高压管道底部排水管出水情况检查；（21）高压管道 7、8施工支洞封堵外观质量检查；（22）岔管镇墩混凝土结构外观质量检查；（23）高压管道上中平段、下中平段进入孔配合面间隙检查、止水橡胶环组装质 量检查及关闭试验；（24）球阀及其旁通阀、反向喷嘴液压阀工作状态

8、和启闭油压设备工作状态检查；（25）球阀前水压计工作状态检查；（26）厂房检修集水井、渗漏集水井清理情况检查：（27）厂房检修集水井、渗漏集水井深井泵工作状态检查；（28）尾水建筑物工程施工形象及质量检查；经检查，以上项目符合有关规程规范及设计要求，且经指挥机构确认后，引水 系统才可以充水。以上工作应在开始冲水前 3 天完成。检查完成后，禁止任何人员、 设备、材料进入充水系统涉及的任何区域，否则，充水检查重新进行。2.2 充水程序及要求水库水位淹没引水系统进水口事故闸门充水阀并高于充水阀 1.5m 后，关闭机 组球阀及其旁通阀、反向喷嘴液压阀后，经进水口事故闸门充水阀向压力引水隧洞 充水（如水

9、库水位淹没引水系统进水口事故闸门充水阀小于 1.5m 时，不得充水）， 直至引水隧洞及高压管道充满。1）水位上升速度要求水道系统充水时，为保证管道结构的安全稳定，必须严格控制水位上升的速度， 并稳定一段时间，待监测系统确认后，方可进行下一阶段的充水。水道系统各阶段 充水控制速率要求见下表 21。表 21引水系统充水控制速率要求充水阶段充水次序充水部位起始结束水位（m）水位上升 速度（m/h）稳压时间（h）一1下平段及弯段局部、支管 段2589.80 以下1042下斜井段及弯段局部2589.802733.701083下中平段及弯段局部2733.702736.301044中斜井段及弯段局部2736

10、.302888.701085上中平段及弯段局部2888.702891.301046上斜井段及弯段局部2891.303061.10108二1调压井底板以下3060306610824#施工支洞水位以下30663080102432#施工支洞水位以下3080310010244水库进水口水位310031321048注：考虑到引水隧洞较长，分段充水后全线检查须耗费较长时间，故引水隧洞充水 稳压时间应较长。2）充水容积和充水时间引水系统总充水量15.56万m3,各段充水容积及时间参数见表22。充水阶段合计充水次序充水部位F平段及弯段、支管段下斜井段及弯段局部下中平段及弯段局部中斜井段及弯段局部上中平段及弯段

11、局部上斜井段及弯段局部调压井底板以下4#施工支洞水位以下2#施工支洞水位以下水库进水口水位起始结束水位(m)2589.80 以下2589.802733.702733.702736.302736.302888.702888.702891.302891.303061.103061.103066306630803080310031003132压力表读数(Mpa)0.00 0.020.02 1.461.46 1.491.49 3.013.01 3.043.04 4.734.73 4.784.78 4.924.92 5.125.12 5.44充水量(m3)950910920960280104016340

12、381205447041560155550限制流量(m3/s)0.4520.0150.4520.0150.250.0150.4520.4520.4520.452估算充水时间(h)0.58416.8520.56517.7780.31119.25910.04223.42733.47525.541148注:1.表中“总充水量”为根据目前图纸估算结果，未考虑施工偏差。2. 表中“估算冲水时间”是按水库正常蓄水位估算的。根据水库水位不同有所变化，充水过程中应对引水系统内3. 表中第一充水阶段充水次序 1 的“估算充水时间”未考虑从进水口冲水阀到充水部位中间洞段的存水量。4. 压力表读数未考虑大气压强影响

13、修正系数。3）充水程序及要求1）第一阶段：高压管道充水阶段 充水前各项检查及缺陷处理完毕，符合设计及有关规程规范要求。水库已下闸 蓄水，达到正常蓄水位或死水位以上，首先仔细检查引水过程首部（1施工支 洞上游）山体渗水情况，并做好记录与以便进行充水前对比； 引水系统内人员撤离，并确认洞内无人； 机组控制阀、放空阀、机组供水阀已处于关闭状态； 高压管道进入孔已处于关闭状态； 监测及巡视人员就位，记录充水前各项观测仪器数据； 施工支洞检修闸门已处于关闭状态； 调压井事故闸门处于开启运行状态； 充水命令发布；a、开启进水口事故闸门充水阀，控制进水流量，开始充水；b、自调压井顶部检查过流及充水情况； 充

14、水结束命令发布；a、达到分部分段充水需求，即关闭进水口事故闸门充水阀；b、阶段性充水结束，平压时间应按要求进行检查、监测并做好记录；2）第二阶段：隧洞充水阶段 隧洞充水前的准备工作已完成； 第一阶段充水平压时间内，检查及监测工作已完成； 第一阶段充水后，引水工程未发现异常现象（渗、漏水、建筑物破坏等）； 充水命令发布；a、开启进水口事故闸门充水阀，控制进水流量，开始充水；b、自调压井顶部检查过流及充水情况； 充水结束命令发布；a、达到分部分段充水需求，即关闭进水口事故闸门充水阀；b、阶段性充水结束，平压时间应按要求进行检查、监测并做好记录； 充水完毕。2.3 安全监测（1）监测目的1）监测各充水部位水位变化情况；2）监测各主要建筑物充水工作的应力应变状态，发现问题及时解决，保证工程 安全；3）检查引水系统渗漏情况，以便于采取措施，降低渗漏；4）为引水系统分部分段限压充水、协调各工作面提供决策信息；（2）监测项目1）高压管道及引水隧洞的水位变化情况；2）高压管道及引水隧洞各永久观测的断面的观测参数变化情况；3）高压管道及引水隧洞各施工支洞封堵堵头渗漏情况；