２０１４年第１ ［文章编号］１００２－－０６２４（２０１４）０１－－００５３－－０２ 东北水利水电 水利科研 荒沟抽水蓄能电站输水隧洞的高压压水试验 张大龙，李长顺，杨宗玲，武立明 （中水东北勘测设计研究有限责任公司地质处，吉林长春１３００２１） ［摘要】为了解荒沟抽水蓄能电站输水隧洞在高压水头作用下的渗透特性及其在高压渗透状 态下岩体张开、拉裂的临界压力等，以ＺＫ１８１钻孔第七段第一、第二循环试验为例，进行试验 结果分析，为设计部门提供依据。 【关键词］榆水隧洞；荒沟抽水蓄能电站；高压压水试验 【中图分类号】Ｔｖ７４ 【文献标识码】Ａ Ｏ引言 高压压水试验是为了解岩体在高压水头作用 下的渗透特性及其在高压渗透状态下岩体张开、 最大流量为１００ Ｌ／ｍｉｎ，电机功率为１８．５ ｋＷ。 ２）自动记录仪：由浙江杭钻机械制造股份有 限公司生产的ＴＳ型智能自动记录仪。最大压力 １０ ＭＰａ，最大流量为１５０ Ｌ／ｍｉｎ。 拉裂的临界压力等设计参数，为设计部门提供设 计依据。 ３）抗震压力表：试验选用国产压力表，测量范 围 ２Ｏ ＭＰａ，精度１．５级。 ４）流量计：采用智能涡轮流量计。安装在出水 口。数字显示压水过程中的累积流量和瞬间流量， 精度１ Ｌ／ｒａｉｎｏ 工作区输水隧洞埋深一般为６６￣４３０ ｍ，高压 岔管岔管部位埋深约４１５ ｍ，承受最大内水压力约 ７ ＭＰａ，此次高压压水试验的最大压水压力是按管 道内水压力的１．２倍设计的。这种试验方法在我国 大中型抽水蓄能水电站勘察中已被广泛应用。 ５）栓塞：试验栓塞采用可承受３０ ＭＰａ压力的 ＸＴＦ一２型橡胶液压双栓塞。 １概述 荒沟抽水蓄能电站位于黑龙江省海林市境 内，距莲花水电站约４５ ｋｍ。该电站系以三道河右 ３高压压水试验主要技术要求 １）压水试验程序。压水试验工作要求在试验 孔造孔全部结束后进行，压水试验采用自下而上 的顺序进行高压压水试验。 岸的山间洼地作为上水库，已建的莲花水库作为 下水库。电站装机１ ２００ ＭＷ。为大型抽水蓄能水 电站。其输水隧洞的高压岔管型式为“卜．，型，分岔 角为６０￣，岔管内径由６．７ ｍ渐变至３．９ ｍ，岔管段 长度为２５ ｍ，围岩为华力西晚期白岗花岗岩。 ２）试段长度。此次高压压水试验计划每段长 度约为５ ｍ，严禁漏段。 ３）试验压力及分级。根据ＤＬ／Ｔ５２０８－－２００５（抽 ２试验设备 ２．１试验、记录主要设备 水蓄能电站设计导则＞的要求，进行管道内水压力 １．２倍的专门性压水试验，另据设计提供的岔管内水 压力７ ＭＰａ，确定试验的最大压力值约为８．４ ＭＰａ。 试验划分为８级、１２个压力阶段。 ４）加压及循环方式、延续时间。按照试验工作 ・１）高压水泵：采用宜昌黑旋风工程机械有限公 司生产的３ ＳＮＳ高压水泵，最大压力可达１０ ＭＰａ， ５３・ 水利科研 东北水利水电 ２０１４年第１期 大纲的要求，对完整岩体采用单循环，断层破碎带 等破碎岩体采用４个循环。 ①单循环加（减）压：单循环选用８个压力值 １２个压力阶段，每级压力及循环方式如下：１ ＭＰａ ２ ＭＰａ—｝３ ＭＰａ— ４ ＭＰａ— ５ ＭＰａ—｝６ ＭＰａ— ＭＰａ－÷８．４ ＭＰａ—岬ＭＰａ ５ ＭＰａ．＋３ ＭＰａ １ ＭＰａｏ ②４个循环加（减）压：第１循环选用８个压力 值１２个压力阶段，每级压力及循环方式与单循环 加（减）压相同。第２，３循环选用５个压力值９个 压力阶段，每级压力及循环方式为１ ＭＰａ＿＋３ ＭＰａ—｝５ ＭＰａ—｝７ ＭＰａ— ８．４ ＭＰａ—｝７ Ｍｐａ—｝５ ＭＰａ－÷３ ＭＰａ＿＋１ ＭＰａ。第４循环选用８个压力值 １２个压力阶段，每级压力及循环方式为１ ＭＰａ＿＋３ ＭＰａ—｝５ ＭＰａ—｝７ ＭＰａ—｝８．４ ＭＰＲ—｝７ ＭＰａ— ６ ＭＰａ—｝５ ＭＰａ－ ４ ＭＰａ—｝３ ＭＰａ－ ２ ＭＰａ． １ Ｍｐａｏ 试验升压时，流量稳定后每级压力持续５ ｍｉｎ； 出现临界压力后，每级压力流量稳定后持续３０ ｍｉｎ； 加至最高压力时，持续３０ ｍｉｎ；试验卸压时，每级压 力流量稳定后持续５ ｍｉｎ。 ４高压压水试验结果 下面以ＺＫ１８１钻孔第７段第１，第２循环试 验为例，进行试验结果分析。 该段位于高压岔管中心线以上３３．８５ ｍ处，见 ，；断层破碎带通过，产状Ｎ１６．３ｏｗ，倾向ＳＷ，倾角 ７７．９ｏ，出露深度３８１．２３￣３８２．２３ １＂Ｉ１，由碎块岩及少量 碎裂岩组成，该断层可能延伸至岔管部位，距１号 高压岔管中心线约９ ｍ。岩体完整性差，岩芯ＲＱＤ 平均值为４７％，岩体完整性系数Ｋｖ＝０．５５。 第１，第２循环试验成果详见表１，高压压水 Ｐ￣Ｑ曲线见图１。 从图１（ａ）可以看出，此段曲线为Ｅ（填充）型曲 线。试段岩体在压力由１ ＭＰａ升至７ ＭＰａ的流量逐 渐增大，为３．０１＂２８．７３ Ｌ／ｍｉｎ，升至８．４ ＭＰａ时流量 最大，为４１．２９ Ｌ／ｍｉｎ。从测试曲线可以看出，升压过 程中，曲线没有出现明显的拐点，但在压力４ ＭＰａ 与５ ＭＰａ之间流量变化相对较大，两者流量相差约 ７ Ｌ／ｒａｉｎ，可认为４ ＭＰａ为本段断层破碎带产生劈 裂的临界压力。降压曲线位于升压曲线的左侧，与 升压阶段相同压力下的流量相比，流量略有减少， ・５４・ 表１ ＺＫ１８１钻孔第７段第１、第２循环高压压水试验成果汇总表 瓣 几 一循耳 ４ ０ｌ唧９ Ｄ 一一 ７ ｎ， 钙 ● 瑚 娜 ５ ０Ｊ ５ 皿 Ｍ Ｓ ５ Ｓ Ｓ ３ １ｊ ｌ暑 锄㈣ 枷 鹏 哪 啪啪 嘶 蝴 ｉ ｉ嘴 ；㈣ ㈣ ｌ ¨ ； 帆 ５ Ｃ 蚕。４ ２ ２ ４ ６ ８ １０１２１４１６１８２Ｏ２２２４２６２８３０３２３４３６３８４０４２ Ｑ／Ｌ ｍｌｎ－Ｉ （ａ）第１循环 ９； ｉ ２ ４ ６ ８ １０１２１４１６ｌ８２０２２２４２６２８３０３２３４３６３８４０４２４４４６ Ｑ／Ｌ‘ｍｉｎ （ｂ）第２循环 图１第７段高压压水Ｐ＿Ｄ曲线 同级压力降压流量一般为升压流量的０．７￣０．９倍，１ ＭＰａ时流量降到Ｏ。说明此循环试段岩体在试验期 间，裂隙发生了变化，岩体渗透性降低，主要是由于 ２０１４年第１期 东北水利水电 水利科研 破碎带内裂隙被部分堵塞造成的。此外，裂隙处于 ５结果分析 半封闭状态，当被水充满后，流量逐渐减少。 １）ＺＫ１８１钻孔高压压水试验第七段１￣２循环 从图１（ｂ）可以看出，曲线凸向Ｐ轴，升压与降 成果汇总见表２。 压曲线大体重合或接近，多稍偏在第１循环的降 表２循环成果 压曲线的左侧。第２循环为ｃ（扩张）型曲线。从第 １循环到第２循环Ｐ—Ｑ曲线类型的变化表明：该 试段岩体断层破碎带在压水试验过程中，随着时 曼 篓 间的延续，裂隙逐渐被填充后又被逐渐扩张。降压 １循环 肿１７８．３４４ ０．００９９ ２．５０ Ｅ与升压的１ ＭＰａ，３ ＭＰａ，５ ＭＰａ，７ ＭＰａ压力下流 ２循环３８３循环 ． ９５ １７３ ．３９‘ …３ ０．０１０ ８ ２．７０ ‘． 孰２５ｍ，碎 Ｃ 翥 裁臼、阡 自 量与其对应压力的流量相比变化不大，说明断层 岩体经过第１循环的＞中蚀、填充、扩张后，裂隙变 ２）第７段岩体为断层破碎带，岩体临界压力 形基本稳定，没有再继续扩张。同样，曲线没有出 不明显，单循环临界压力约为４ ＭＰａ。多循环稳定 现明显拐点。 临界压力约为３ ＭＰａ。 应当指出，虽然此段试验测试曲线没有出现 ３）临界压力后的岩体透水率仅为Ｏ．０１ Ｌ／（ｍｉｎ． 明显拐点，但从历时试验曲线可以看出，第２循环 ｍ．ｍ），但在最大压力下岩体渗流量较大，一般流量 的升压３ ＭＰａ压力时，流量曲线波动相对剧烈，分 达４０ Ｌ／ｍｉｎ以上。建议断层部位采取处理措施。 析原因可能该压力时断层岩体裂隙可能出于＞中 ４）由于此次试验段数较少，未能完全概括高 蚀、扩张的临界状态，由此判断，此段岩体的临界 压岔管地段存在的各种地质现象，这些地质缺陷 压力大体为３ ＭＰａ。本段岩体虽为断层破碎，但透 在高压水流作用下的渗透性变化情况，有待进行 水率很小，属微透水。 多次试验的统计来完善。 【收稿日期】２Ｏ１３一Ｏ８—０９ （上接第２６页） 源的Ｉ，Ⅱ和Ⅲ类水占取样总数的７７．１％；不能直接作为生 ４５－４７． 活用水的ｖ类水占取样总数的２２．９％。该类水主要为铁、锰 ［５］蒋辉，张平．地下水环境质量模糊数学综合评判［Ｊ］．勘 和氮氨的严重超标引起，可能与储水地层的还原沉积环境 察科学技术，１９８８（６）：１—６． 有关。另外，部分地区地下水还存在总硬度、盐、可溶 ［６］郭小砾，刘红云，杨操静．模糊综合评价方法在地下水水 性总固体、高锰酸钾溶液超标现象。 质评价中的应用［Ｉ］．地下水，２００６，２８（４）：９－１２． ［参考文献］ ［７］ＧＢ／Ｔ１４８４８—９３．地下水质量标准［ｓ］． ［８］杜远生，童金南．古生物地史学概论［Ｍ］．北京：中国地 ［１］杨湘奎。陈佳音，祁福利，等．黑龙江省地下水若干问题 质大学出版社，１９９８，１８２—１８９． 研究［Ｉ］．黑龙江省水专学报，２００８，３５（４）：１０２—１０６． ［２］赵海卿，赵勇胜，杨湘奎，等．松嫩平原地下水资源及其 环境问题调查评价［Ｍ］．北京：地质出版社，２００９． ［３］邓昌州，姜吉生，张玉敏，等．哈尔滨市及周边地下水易 【收稿日期】２０１３－０４－１３ 污性评价［１］水文地质工程地质，２０１１，３８（２４０），１３５—１３９． 【基金项目】哈尔滨城市地质调查，该项目由黑龙江国土资源厅、哈 ［４］谷朝君，潘颖．内梅罗指数法在地下水水水质评价中的 尔滨市出资勘察项目（ＳＤ２００６—００１）和中国地调局项目 应用及存在问题［Ｉ］．环境保护科学，２００２，２８（１０９）： （１２１２０１０８８１２１０）资助。 ・５５ ・
