吉布洛水电站引水隧洞充水放空运行期间安全监测数据分析

1、吉布洛水电站引水隧洞充水放空运行期间安全监测数据分析    摘要：本文在赤几吉布洛电站引水隧洞充水、放空及2次充水初运行期间，对隧洞薄壁钢筋混凝土衬砌体中的钢筋应力、外水压力、混凝土开合度、围岩位移变形的监测数据分析，为隧洞充水、放空提供指导性依据，并结合隧洞放空期间的进洞检查情况来评价隧洞的安全性。 关键词：隧洞、充水、放空、安全。 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 综述 赤几吉布洛水电站位于赤道几内亚共和国的RIO WELE河流上，距离其入海口176km。流域属赤道雨林气候与热带季风气候的混合形式，降雨量十分充沛，且年内分配较为均

2、匀。 吉布洛水电站为低坝有压引水式电站，电站枢纽建筑物主要由首部枢纽拦河坝、电站进水口、引水隧洞、调压井、电站厂房、尾水洞及尾水渠等组成。该电站以发电为主，属等中型工程。拦河坝结构为两岸土石坝段与中间段混凝土重力坝相连接，坝顶长度为383.36m，坝顶高程586.0,最大坝高26.00m，正常蓄水位577.0m，正常尾水位486.10m。引水隧洞进水口布置在拦河坝左岸，紧邻1#挡水坝段；引水隧洞长1328.33m，底坡i=2.666%，衬砌后洞径为7.20m 。引水形式为1洞4机，电站装机容量为120MW，装机4台，单机容量30MW。电站建成后将向赤几多个城市及周边国家供应电能，以满足赤几经济

3、日益发展所需的电力需求和对外经济的持续增长。 引水隧洞主洞洞室围岩结构较完整，多为花岗岩、闪长岩，属微风化和新鲜洞室围岩。隧洞地下水不丰富，出水点较少，大部分洞室干燥，个别顶拱有零星的滴水点和线状出水点。围岩坚硬物理力学性能好，节理裂隙较不发育，延伸长度差中等，裂隙宽度大多小于0.5mm，属闭合，少数微张。裂隙充填物以铁膜、钙膜为主，裂面粗糙，围岩多属-围岩。 根据工程地质、水文情况和结构受力分析，黄河勘测规划设计有限公司优化引水隧洞下平段(Y0+131.77Y1+005.70)衬砌为薄壁单层钢筋混凝土结构,衬砌厚度30cm，主筋为14150、分布筋为12200，混凝土强度等级为C25W10二

4、级配。 1.1监测布置 为确保几吉布洛水电站引水隧洞在施工期和运行期的安全，及时了解引水隧洞工况，故在引水隧洞下平段Y0+210.00桩号处（距离下弯段78.23m）布置监测断面（仪器布置见图1），主要监测项目有外水压力监测（渗压计）、钢筋应力监测（钢筋计）、混凝土开合度监测（测缝计）、围岩变形监测（3点式多点位移计）。 图1：引水隧洞Y0+210.00断面观测仪器布置剖面图 1.2隧洞放空事由 由于隧洞首次充水前验收时监理工程师存在不合理的分歧意见，为了保证首台机组4#机如期调试发电并满足大陆电网调试用电的需求和确保2011年10月15日4台机组并网发电目标的实现，针对监理提出的异议，在项目

5、部和设计院多次努力同监理工程师技术交流未果的情况下，最后得到业主农矿部的支持并批准同意先进行隧洞充水；至于监理工程师存在的异议，待首台机组调试发电后再择机对隧洞进行放空检查。隧洞首次放空后于2011年8月14日开始进入隧洞进行放空检查。 引水隧洞第1次充水时间：2011年5月6日2011年5月12日。 引水隧洞第1次放空时间：2011年7月19日2011年8月11日。 引水隧洞第2次充水时间：2011年9月29日2011年10月5日。 1.3 隧洞充水、放空期间观测及控制水位依据 隧洞在充水和放空期间，为保证隧洞安全，合理控制隧洞充水、放空水位高度，对隧洞埋设仪器采取加强观测频率读数，一般1次

6、/46小时，数据采集后及时录入微机进行数据分析处理并输出每支仪器物理量及变化过程线，经分析后用于指导隧洞下一步充水和放空工作。隧洞充水、放空水位对照图见图2，隧洞首次充水水位上升高度统计表见表1，隧洞首次充水渗压计测值与隧洞充水水位变化过程线见附图1；隧洞1次放空隧洞水位下降高度统计表见表2，隧洞1次放空渗压计测值与隧洞放空水位变化过程线见附图2。 图2：隧洞充水、放空水位对照图 附图1：隧洞首次充水渗压计测值与充水水位变化过程线 表1：隧洞首次充水水位上升高度统计表 表2：隧洞1次放空隧洞水位下降高度统计表 附图2：隧洞1次放空渗压计测值与放空水位变化过程线 2 观测数据分析 2.1特征值统

7、计 根据对观测数据计算结果的统计，将仪器特征值汇入下列表3、表4征值统计表中。 表3：隧洞充水-放空-2次充水运行期间仪器测值最大变化量特征值统计表 表4：隧洞充水-放空-2次充水-运行期间观测数据计算成果统计表 2.2渗压计观测结果分析 (1)从附图1、附图2、附图3、表3、表4中可以看出： 隧洞充水-放空-2次充水期间，渗压计测值随着洞内充水和放空水位的变化而变化，即隧洞充水时渗压计测值外水压力随洞内水位升高而增大，隧洞放空时渗压计测值外水压力随洞内水位降低而减小，符合外水压力变化规律。两次充水时渗压计测值变化过程线趋势一致。其中，P2-04外水压力最大值为688.5Kpa；P2-05外水

8、压力最大值为608.80Kpa；P2-06外水压力最大值为654.40Kpa。放空期间渗压计测值外水压力下降滞后于洞内水位下降速度。从表5中可以看出，隧洞内放空水位在516.05490.00m时，P2-05和P2-06外水压力值仍然很高，外水压力水头值在31.69m43.93m，超过设计允许外水压力35.0m水头值。 (2).目前，渗压计测值变化较稳定，测值变化在 598.6Kpa694.33Kpa之间，最大值在P2-04处外水压力为69.4m水头。 表5：隧洞放空期间渗压计测点处外水压力水头值表。 附图3：渗压计外水压力变化过程线 2.3测缝计观测结果分析 (1). 从附图4测缝计开合度变形

9、过程线和特征值表3、表4可以看出： 隧洞充水-放空-2次充水期间，测缝计测值变化基本符合变形规律，即隧洞充水期间，隧洞受内水压力影响，混凝土缝隙呈压缩状态，缝隙开度减小；放空期间，由于隧洞内水压力撤销和受外水压力作用，使混凝土产生弹性收缩变形，混凝土缝隙开度略有增大。J2-01、J2-02、J2-03三支测缝计在两次充水期间的变化量很小，开度变化量在-0.02-0.13mm之间。隧洞放空期间J2-01和J2-02两支测缝计开度变化量为0.060.07mm，J2-03 最大开度变化量为0.39mm。 (2).目前，J2-01和J2-02两支测缝计变形基本稳定，J2-01最大测值在为0.36mm，J2-02最大测值为2.07mm。J2-03测值有较为缓慢的蠕变上升趋势，最大值为1.62mm。 附图4：测缝计开合度变化过程线 2.4钢筋计观测结果分析 (1). 从附图5钢筋计应力变形过程线和特征值表2、表3可以看出： 隧洞充水-放空-2次充水期间，钢筋计测值变化基本符合变形规律，隧洞充水期间，隧洞受内水压力影响，混凝土由原来的受压状态向受拉状态变化，致使钢筋计拉应力增大。隧洞放空期间，由于隧洞内水压力撤销和受外水压力作用，使混凝土产生弹性收缩