高埋深、高地温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的方法

摘要

本发明公开了一种高埋深、高地温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的方法，通过在发电引水隧洞的集石坑内布置监测仪器，通过监测布置的监测仪器读数来判断集石坑的填满程度，从而决定是否进行块石清除工作。本发明解决了有效判定引水发电隧洞内集石坑满载程度的问题，确保水电站发电设备的运行安全，并且不浪费发电效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止石块进入水轮机的方法，尤其是一种高埋深、高地 温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的方法。

背景技术

在发电引水隧洞设计中，为充分利用围岩的自稳能力、承载能力和抗渗 能力，减少投资，根据《水工隧洞设计规范》：II类围岩、隧洞直径6～10m 时宜采用喷混凝土支护；III类围岩可采用喷锚挂网等联合支护。但对于高 埋深、高地应力、高地温岩爆地区的引水发电隧洞，围岩采用喷锚支护或者 是裸洞方式，可能出现以下几种情况：首先，裸洞情况下，由于高地应力引 起岩爆发生，使得洞壁岩石剥落、掉块，影响工程的安全运行；其次，裸洞 情况下，由于围岩高地温，不衬砌条件下隧洞过水，水温较低，围岩在温度 荷载的作用下会产生较大的拉应力，使原来发生岩爆经应力重分布达到稳定 状态的岩体再次失稳、剥落，影响工程的安全运行；最后，喷锚支护情况下， 由于高地温，锚喷效果不好，粘接强度不够，喷锚支护剥落，围岩裸露，影 响工程的安全运行。在隧洞水流速度4m/s时候，块径不大于35cm的石块或 者混凝土块均可以被水流带走，如果这些岩石块体最终将进入水轮发电机， 则将造成发电机叶片及其他部件的损坏，甚至导致停机、报废，不仅维修费 用大，而且影响电力供应。目前，解决该问题的方法是在引水隧洞内适当的 部位设置集石坑，使岩石块体在坑内聚集，避免其进入水轮机。但是，该方 法存在的问题是不能科学合理地确定清理集石坑的时间，若清理工作的频率 过高，则会导致引水发电系统频繁却不必要的停机，降低发效益；若清理工 作的频率过低，则有可能发生集石坑早已填满，石块进入水轮机的情况。因 此，需要一种能够经济有效地防止石块进入水轮机的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过在发电引水隧洞的集石坑 内布置监测仪器，来确保水电站发电系统的安全运行，并且不浪费发电效益 的高埋深、高地温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高埋深、高地 温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的方法，通过在发电引水 隧洞的集石坑内布置监测仪器，通过监测布置的监测仪器读数来判断集石坑 的填满程度，决定是否进行块石清除工作。

具体地说，包括以下步骤：

(1)标定监测仪器：监测仪器包括防锈蚀的无盖的金属箱体、固定于金 属箱体底部的若干支土压力计、位于外部的通过数据传输电缆与土压力计连 接的读数仪，标定金属箱体内装载不同程度块石时，记录土压力计的读数情 况；

(2)将监测仪器放置于集石坑内，读数仪设置在监控室内，通过土压力 计的读数判断集石坑内石块的填满程度，决定是否进行集石坑清除工作。

所述步骤(1)中，进行金属箱体装载程度的标定方法包括：首先将箱体 内装满水，记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₀；然后向箱内放置石 块，达到50％的装载程度，记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₅₀；最 后将箱体装满石块，并记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₁₀₀。

所述步骤(2)中，在引水发电系统的运行阶段，若土压力计度数的平均 值达到了I₁₀₀，说明集石坑已经装满，需要关闭检修门，工作人员进入隧洞， 将坑内的块石清除。

本发明的有益效果是：能够保障发电设备的安全运转，而且，避免了过 于频繁的停机检修工作，同时提高水电站的安全性和经济效益。

附图说明

图1为本发明的监测仪器底面示意图。

图2为本发明的监测仪器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种高埋深、高地温、高地应力岩爆地区防止隧洞内石块进入水轮机的 方法，通过在发电引水隧洞的集石坑内布置监测仪器，通过监测布置的监测 仪器读数来判断集石坑的填满程度，决定是否进行块石清除工作。

具体地说，包括以下步骤：

(1)标定监测仪器：监测仪器包括防锈蚀的无盖的金属箱体、固定于金 属箱体底部的若干支土压力计、位于外部的通过数据传输电缆与土压力计连 接的读数仪，标定金属箱体内装载不同程度块石时，记录土压力计的读数情 况；

(2)将监测仪器放置于集石坑内，读数仪设置在监控室内，通过土压力 计的读数判断集石坑内石块的填满程度，决定是否进行集石坑清除工作。

所述步骤(1)中，进行金属箱体装载程度的标定方法包括：首先将箱体 内装满水，记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₀；然后向箱内放置石 块，达到50％的装载程度，记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₅₀；最 后将箱体装满石块，并记录每个土压力计的度数，取平均值记为I₁₀₀。

所述步骤(2)中，在引水发电系统的运行阶段，若土压力计度数的平均 值达到了I₁₀₀，说明集石坑已经装满，需要关闭检修门，工作人员进入隧洞， 将坑内的块石清除。

下面结合某水电站工程的具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1、2所示，监测仪器包括钢制箱体1、土压力计2、预埋钢板3、 预留螺栓4、预留螺栓孔5、预紧螺母6、读数仪7、数据传输电缆8、结构 加强用工字钢9及坑底混凝土10。

首先，利用钢板及结构加强用工字钢9焊接钢制箱体1，在箱体底部设 置预留螺栓孔5，并在钢制箱体1底面安装间距均匀的3行3列共9支土压 力计2(需严格保证9支土压力计在同一水平面)。

进行钢制箱体1装载程度的标定：首先将箱体内装满水，记录每个土压 力计的读数，取平均值25kPa记为I₀；然后向箱内放置石块，达到50％的装 载程度，记录每个土压力计的读数，取平均值50kPa记为I₅₀；最后将箱体装 满石块，并记录每个土压力计的度数，取平均值70kPa记为I₁₀₀。

在集石坑坑底混凝土10中预埋钢板3(注意保证钢板3严格的水平埋 设)，在其上焊接预留螺栓4；然后，将钢制箱体1放置在坑底混凝土10上， 需要保证土压力计2与预埋钢板3一一对应，并使预留螺栓4穿过预留螺栓 孔5；将数据传输电缆8引至读数仪7；最后，将预紧螺母6旋紧在预留螺栓 4上。

当土压力计读数平均值达到I₅₀(50kPa)时，需要引起重视，加强对该 项目的监测频率，当土压力计读数平均值接近I₁₀₀(70kPa)时，应当立即停 止发电机组，关闭隧洞检修门，进行清除工作。

以上所述实例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于本领域 的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实例来限定本发 明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本 发明的范围内。