高度重視高水頭鋼筋混凝土壓力管道的風(fēng)險簡化

1、提綱（一）鋼筋混凝土高壓管道事故情況簡介（二）高水頭鋼筋混凝土高壓管道風(fēng)險分析（三）鋼筋混凝土高壓管道設(shè)計準(zhǔn)則的討論 （四） 需澄清的幾個概念(一)鋼筋混凝土高壓管道事故情況簡介1 GZ抽水蓄能電站排水廊道上游邊墻裂隙噴水,滲水量32L/s廣蓄二期岔、支管、廠房系統(tǒng)沿南北向勘探支洞剖面2 THP抽水蓄能電站初期充水滲漏集中在PD15探洞下平段6#施工支洞斜段中部7#施工支洞的堵頭運行期鋼支管頂部A1廊道排水孔突發(fā)涌水7#施工支洞下岔2#堵頭頂部突發(fā)涌水6#施工支洞涌水3 HZ抽水蓄能電站最大滲漏量 230L/s (724萬m3/a), PD01探洞 f304 斷層出現(xiàn)涌水4 BQ抽水蓄能電站滲

2、漏量 310 L/s(978萬m3/a) 集中在上斜段上下古風(fēng)化殼，及石英砂巖1號高壓管道首次充水時滲漏量與水位關(guān)系圖5 美國赫爾姆斯抽水蓄能電站壓力隧洞典型剖面圖通過斷層進(jìn)入地下廠房的滲漏量穩(wěn)定在 129L/s(407萬m3/a)6 美國巴斯康蒂抽水蓄能電站初期最大滲漏量486 L/s(1530萬m3/a) 13.5 m長鋼管屈曲破壞巴斯康蒂抽水蓄能電站高壓鋼管排水廊道布置圖7 法國蒙特齊克抽水蓄能電站運行一年后，斷層張裂，地下廠房交通洞等處出現(xiàn)大量滲漏(二) 高水頭鋼筋混凝土高壓管道風(fēng)險分析 600m以上高水頭鋼筋混凝土壓力管道風(fēng)險增加高壓管道高壓壓水試驗臨界壓力表1234電站最小埋深臨界

3、壓力臨界壓力比值臨界壓力比值臨界壓力比值設(shè)計最小地應(yīng)力m(MPa）(MPa）(%)(MPa）(%)(MPa）(%)(MPa）完整巖體發(fā)育隱裂隙的巖體貫穿型閉合裂隙發(fā)育張性裂隙（含裂隙型斷層）文登42098.5946673338.7完整巖體有微小閉合裂隙發(fā)育巖體張性裂隙發(fā)育巖體板橋峪46010126960753.9396天荒坪33010.29.26.27.68.2裂隙巖體斷層巖體黑糜峰2154.522.54.47RQD值均達(dá)90%以上巖脈與圍巖多呈裂隙式接觸，巖脈與圍巖多呈裂隙式接觸，RQD=53%,30%仙居4607.56804.5603407.25巖石較完整的部位,原生裂隙膠結(jié)良好,裂隙閉合

4、緊密裂隙較發(fā)育或斷層部位,處于張裂狀態(tài)回龍240623一般泰安260345.02綜合考慮工程投資與補修費用巴斯康蒂 1985年用半年時間進(jìn)行了大量高壓固結(jié)灌漿，共鉆孔1.7萬個，總長11.1萬m，灌入水泥2550 m3。第二年又化大量時間增加開挖約490 m的排水廊道，及1.83萬 m的排水孔。 蒙特齊克 化學(xué)灌漿處理，停機達(dá)5個月。 THP 前后三次放空處理，造成全廠停機累計約2月余，經(jīng)濟(jì)損失巨大。 HZ 共停機2月10天。僅f304斷層就灌注1816 t水泥。 BQ 初擬處理方案工期就長達(dá)12年，費用估計需幾千萬，甚至上億元。灌漿的可靠性和耐久性DL/T5195-2004規(guī)定 “上述規(guī)定不

5、能滿足時,應(yīng)采取工程措施?！?？SL279-2002 考慮到、類圍巖洞段即使采用高代價的工程處理措施，也可能由于施工原因留有隱患，故規(guī)定“、類圍巖中不得布置鋼筋混凝土岔管”。 BQ上、下古風(fēng)化殼這樣的類圍巖用灌漿處理費時費錢費力，效果還難以保證。灌漿的可靠性和耐久性巴斯康蒂 高壓固結(jié)灌漿11.1萬m， 1.83萬 m排水孔，7年之后，滲漏量下降不足1/3。 GZ 5年后，外水內(nèi)滲現(xiàn)象明顯比第一次放空檢查時嚴(yán)重，化學(xué)灌漿遭到了破壞。 THP 3 年運行， f810斷層又被擊穿， BQ 上、下古風(fēng)化殼，8m深固結(jié)灌漿，深2636m帷幕灌漿，僅帷幕灌漿就耗用水泥115t。但充水后滲漏量仍很大，水泥灌

6、漿減少滲漏量的效果不明顯。(三)鋼筋混凝土高壓管道設(shè)計準(zhǔn)則的討論1水工隧洞設(shè)計規(guī)范 DL/T 5195-2004SL 279-2002挪威準(zhǔn)則的經(jīng)驗系數(shù)1.31.5岔洞應(yīng)設(shè)置在、類不透水或微透水的巖體中 (水力梯度小于允許值)岔洞最小初始地應(yīng)力應(yīng)大于洞內(nèi)的靜水壓力，并宜進(jìn)行水力致裂試驗挪威準(zhǔn)則的經(jīng)驗系數(shù)1.1當(dāng)圍巖較完整無不利結(jié)構(gòu)面，可按不小于0.4倍內(nèi)水壓力水頭控制岔管宜布置在、類圍巖地段。類圍巖地段需經(jīng)論證后方可布置鋼筋混凝土岔管。、類圍巖地段不得布置鋼筋混凝土岔管。岔管必須滿足最小覆蓋厚度、水力劈裂、滲透穩(wěn)定的要求。施工中應(yīng)進(jìn)行地應(yīng)力測驗 設(shè)計準(zhǔn)則的討論(1)抗抬準(zhǔn)則_挪威準(zhǔn)則的工程檢驗

7、奧地利Fisher工程(47A)，位于沉積巖和粗玄巖中，最大靜水頭360m，覆蓋比。(RCRMcos)為巖柱重量在垂直于坡面方向的分力。當(dāng)坡度較大，例如=40左右， 3/ (RCRMcos)接近1.0，反映出初始地應(yīng)力為自重應(yīng)力場坡度較陡時，垂直于坡面方向的應(yīng)力往往即最小主應(yīng)力。地表坡度較緩時(RCRMcos)為垂直應(yīng)力v，最小主應(yīng)力為水平應(yīng)力,自重應(yīng)力場時： 3 =h=(/(1-) v =(0.250.33) v 挪威準(zhǔn)則經(jīng)驗系數(shù)F=1.301.50較合適3/(RCRMcos)=0.60.8的工程較多，在滿足挪威準(zhǔn)則條件下，即(RCRMcos)/( w hs)=1時，必須有1.251.67的

8、富裕度，才剛剛能滿足3= w hs的最小主應(yīng)力條件 最小主應(yīng)力準(zhǔn)則最小主應(yīng)力準(zhǔn)則源于水力劈裂準(zhǔn)則水力劈裂準(zhǔn)則： n whs因為裂隙產(chǎn)狀是隨機的,不可能獲得高壓水道全線、產(chǎn)狀各不相同的全部節(jié)理裂隙的 n值，水力劈裂準(zhǔn)則在實際中無法操作。 最小主應(yīng)力準(zhǔn)則： 3 F1whs 7)安全系數(shù)討論F11.2時，出現(xiàn)水力劈裂，引起嚴(yán)重滲漏的風(fēng)險大大增加。從安全出發(fā)，F(xiàn)1=1.21.3較適宜最小主應(yīng)力準(zhǔn)則中涉及的因素較多，不確定性較大。 F1取值也要考慮最小主應(yīng)力如何確定。高水頭鋼筋混凝土壓力管道進(jìn)行巖體高壓滲透試驗，可直接測定鉆孔中裂隙張開所需內(nèi)水壓力，較直觀地判斷是否滿足水力劈裂準(zhǔn)則(3)圍巖滲透準(zhǔn)則 1

9、)滲透性要求透水率q1.0Lu -滲漏量 影響到電站的效率 -影響有限 寶泉電站滲漏量高達(dá)310L/s，能源轉(zhuǎn)化效率降低僅0.3%0.5%山體滑坡：奧地利Fisher、加拿大Whatshan等工程補水：北方干旱地區(qū)，補水往往成為控制性因素 呼和浩特抽水蓄能電站下庫控制流域面積633km2，年均徑流量2120萬m3，扣除下游供水需要，年均可供電站補水量只有556萬m3。采用鋼筋混凝土壓力管道，電站年蒸發(fā)滲漏損失高達(dá)830萬m3，補水量難以滿足要求。最終選定壓力鋼管大量滲水涌入廠房：挪威Daja工程2)滲透穩(wěn)定性-不確定性在高壓(例如600m以上)滲流水的長期作用下，如何才能滿足“圍巖裂隙、節(jié)理或

10、巖脈中的充填物不被沖蝕，在滲流水作用下不產(chǎn)生溶出性侵蝕”的要求？“水力梯度小于允許值”，此允許值為多少？為避免滲透破壞，都以圍巖長期穩(wěn)定滲透水力梯度作為控制標(biāo)準(zhǔn)， 高壓壓水試驗根據(jù)試驗孔和測試孔之間的巖體產(chǎn)生水力劈裂，導(dǎo)致滲透壓力孔內(nèi)流量和壓力突然加大的現(xiàn)象來判斷滲透破壞時的水力梯度 THP 1 # 孔2034.6m 段巖體的平均極限水力坡降為 26 4150m 段的極限水力坡降為 32 建議：水力梯度 1520 HMF 滲透破壞水力坡降達(dá) 109總結(jié)工程滲透破壞實例 GZ 排水廊道壁巖體出現(xiàn)射水現(xiàn)象，臨界水力梯度約為 13.3 HZ f304斷層嚴(yán)重?fù)p漏，水力梯度小于 10.4 建議：水力梯

11、度 810 THP 1#管初次充水PD15探洞內(nèi)沿煌斑巖脈X512滲漏水呈噴射狀,水力坡降約 5.2 巴斯康蒂 兩洞間水頭差僅43m，沿一組垂直管道軸線的張性節(jié)理滲漏，按主管計，水力坡降為1.4。按支管計，水力坡降 3.2上述兩種觀點似乎有差異，其實并不矛盾 只是分別代表不同的巖體條件初步建議：水力梯度 1520水力梯度 810水力梯度 35 甚至更小完整巖石節(jié)理裂隙閉合的巖體張性節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶 (4) 圍巖條件圍巖滲漏準(zhǔn)則是保證不發(fā)生滲透失穩(wěn)，最小主應(yīng)力準(zhǔn)則就是保證不發(fā)生水力劈裂 上述條件僅是采用鋼筋混凝土襯砌的必要條件， 非充分條件內(nèi)水壓力遠(yuǎn)小于最小地應(yīng)力(滿足最小主應(yīng)力準(zhǔn)則)

12、就開始滲漏 BQ 水位剛淹沒下古風(fēng)化殼滲漏量就開始增加 巴斯康蒂 水頭差僅43m時，鄰管就出現(xiàn)滲水SL279-2002高壓鋼筋混凝土岔管宜布置在：、類圍巖地段類圍巖地段需經(jīng)論證后方可布置、類圍巖地段不得布置鋼筋混凝土岔管條文說明 、類圍巖洞段 即使采用高代價的工程處理措施，也可能由于施工原因留有隱患，故不得布置鋼筋混凝土岔管(四) 需澄清的幾個概念鋼筋混凝土岔管后緊接著鋼支管， 需兼顧鋼筋混凝土岔管防滲 和降低鋼支管外水壓力的需要GZ 為了減少鋼支管的外水壓力，將鋼支管上方的排水廊道高程由303m降低至240m (設(shè)計外水壓力由362m降低至225m) ， 忽略了岔管至排水廊道的距離相應(yīng)減小，因水力梯度過大，導(dǎo)致巖體水力劈裂 (1)防滲與降低外水壓力需統(tǒng)籌兼顧巴斯康蒂抽水蓄能電站HZ抽水蓄能電站開始只考慮鋼筋混凝土岔管防滲，進(jìn)行大量固結(jié)灌漿，而