高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種防止石塊進入水輪機的方法，尤其是一種高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法。
【背景技術】
[0002]在發電引水隧洞設計中，為充分利用圍巖的自穩能力、承載能力和抗滲能力，減少投資，根據《水工隧洞設計規范》:11類圍巖、隧洞直徑6?1m時宜采用噴混凝土支護；111類圍巖可采用噴錨掛網等聯合支護。但對于高埋深、高地應力、高地溫巖爆地區的引水發電隧洞，圍巖采用噴錨支護或者是裸洞方式，可能出現以下幾種情況:首先，裸洞情況下，由于高地應力引起巖爆發生，使得洞壁巖石剝落、掉塊，影響工程的安全運行；其次，裸洞情況下，由于圍巖高地溫，不襯砌條件下隧洞過水，水溫較低，圍巖在溫度荷載的作用下會產生較大的拉應力，使原來發生巖爆經應力重分布達到穩定狀態的巖體再次失穩、剝落，影響工程的安全運行；最后，噴錨支護情況下，由于高地溫，錨噴效果不好，粘接強度不夠，噴錨支護剝落，圍巖裸露，影響工程的安全運行。在隧洞水流速度4m/s時候，塊徑不大于35cm的石塊或者混凝土塊均可以被水流帶走，如果這些巖石塊體最終將進入水輪發電機，則將造成發電機葉片及其他部件的損壞，甚至導致停機、報廢，不僅維修費用大，而且影響電力供應。目前，解決該問題的方法是在引水隧洞內適當的部位設置集石坑，使巖石塊體在坑內聚集，避免其進入水輪機。但是，該方法存在的問題是不能科學合理地確定清理集石坑的時間，若清理工作的頻率過高，則會導致引水發電系統頻繁卻不必要的停機，降低發效益；若清理工作的頻率過低，則有可能發生集石坑早已填滿，石塊進入水輪機的情況。因此，需要一種能夠經濟有效地防止石塊進入水輪機的方法。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是，提供一種通過在發電引水隧洞的集石坑內布置監測儀器，來確保水電站發電系統的安全運行，并且不浪費發電效益的高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，通過在發電引水隧洞的集石坑內布置監測儀器，通過監測布置的監測儀器讀數來判斷集石坑的填滿程度，決定是否進行塊石清除工作。
[0005]具體地說，包括以下步驟:
[0006](I)標定監測儀器:監測儀器包括防銹蝕的無蓋的金屬箱體、固定于金屬箱體底部的若干支土壓力計、位于外部的通過數據傳輸電纜與土壓力計連接的讀數儀，標定金屬箱體內裝載不同程度塊石時，記錄土壓力計的讀數情況；
[0007](2)將監測儀器放置于集石坑內，讀數儀設置在監控室內，通過土壓力計的讀數判斷集石坑內石塊的填滿程度，決定是否進行集石坑清除工作。
[0008]所述步驟(I)中，進行金屬箱體裝載程度的標定方法包括:首先將箱體內裝滿水，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為Ic;然后向箱內放置石塊，達到50%的裝載程度，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為15(];最后將箱體裝滿石塊，并記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為1_。
[0009]所述步驟(2)中，在引水發電系統的運行階段，若土壓力計度數的平均值達到了I1M，說明集石坑已經裝滿，需要關閉檢修門，工作人員進入隧洞，將坑內的塊石清除。
[0010]本發明的有益效果是:能夠保障發電設備的安全運轉，而且，避免了過于頻繁的停機檢修工作，同時提高水電站的安全性和經濟效益。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的監測儀器底面示意圖。
[0012]圖2為本發明的監測儀器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0014]一種高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，通過在發電引水隧洞的集石坑內布置監測儀器，通過監測布置的監測儀器讀數來判斷集石坑的填滿程度，決定是否進行塊石清除工作。
[0015]具體地說，包括以下步驟:
[0016](I)標定監測儀器:監測儀器包括防銹蝕的無蓋的金屬箱體、固定于金屬箱體底部的若干支土壓力計、位于外部的通過數據傳輸電纜與土壓力計連接的讀數儀，標定金屬箱體內裝載不同程度塊石時，記錄土壓力計的讀數情況；
[0017](2)將監測儀器放置于集石坑內，讀數儀設置在監控室內，通過土壓力計的讀數判斷集石坑內石塊的填滿程度，決定是否進行集石坑清除工作。
[0018]所述步驟(I)中，進行金屬箱體裝載程度的標定方法包括:首先將箱體內裝滿水，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為Ic;然后向箱內放置石塊，達到50%的裝載程度，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為15(];最后將箱體裝滿石塊，并記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為1_。
[0019]所述步驟(2)中，在引水發電系統的運行階段，若土壓力計度數的平均值達到了I1M，說明集石坑已經裝滿，需要關閉檢修門，工作人員進入隧洞，將坑內的塊石清除。
[0020]下面結合某水電站工程的【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0021]如圖1、2所示，監測儀器包括鋼制箱體1、土壓力計2、預埋鋼板3、預留螺栓4、預留螺栓孔5、預緊螺母6、讀數儀7、數據傳輸電纜8、結構加強用工字鋼9及坑底混凝土 10。
[0022]首先，利用鋼板及結構加強用工字鋼9焊接鋼制箱體1，在箱體底部設置預留螺栓孔5，并在鋼制箱體I底面安裝間距均勻的3行3列共9支土壓力計2 (需嚴格保證9支土壓力計在同一水平面)。
[0023]進行鋼制箱體I裝載程度的標定:首先將箱體內裝滿水，記錄每個土壓力計的讀數，取平均值25kPa記為I。;然后向箱內放置石塊，達到50%的裝載程度，記錄每個土壓力計的讀數，取平均值50kPa記為15。;最后將箱體裝滿石塊，并記錄每個土壓力計的度數，取平均值70kPa記為I1Q。。
[0024]在集石坑坑底混凝土 10中預埋鋼板3 (注意保證鋼板3嚴格的水平埋設)，在其上焊接預留螺栓4 ;然后，將鋼制箱體I放置在坑底混凝土 10上，需要保證土壓力計2與預埋鋼板3 —一對應，并使預留螺栓4穿過預留螺栓孔5 ;將數據傳輸電纜8引至讀數儀7 ?’最后，將預緊螺母6旋緊在預留螺栓4上。
[0025]當土壓力計讀數平均值達到I5Q(50kPa)時，需要引起重視，加強對該項目的監測頻率，當土壓力計讀數平均值接近I1M(70kPa)時，應當立即停止發電機組，關閉隧洞檢修門，進行清除工作。
[0026]以上所述實例僅用于說明本發明的技術思想及特點，其目的在于本領域的技術人員能夠理解本發明的內容并據以實施，不能僅以本實例來限定本發明的專利范圍，即凡本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的范圍內。
【主權項】
1.一種高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，其特征在于，通過在發電引水隧洞的集石坑內布置監測儀器，通過監測布置的監測儀器讀數來判斷集石坑的填滿程度，決定是否進行塊石清除工作。2.根據權利要求1所述的高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)標定監測儀器:監測儀器包括防銹蝕的無蓋的金屬箱體、固定于金屬箱體底部的若干支土壓力計、位于外部的通過數據傳輸電纜與土壓力計連接的讀數儀，標定金屬箱體內裝載不同程度塊石時，記錄土壓力計的讀數情況； (2)將監測儀器放置于集石坑內，讀數儀設置在監控室內，通過土壓力計的讀數判斷集石坑內石塊的填滿程度，決定是否進行集石坑清除工作。3.根據權利要求2所述的高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，進行金屬箱體裝載程度的標定方法包括:首先將箱體內裝滿水，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為U然后向箱內放置石塊，達到50%的裝載程度，記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為15。;最后將箱體裝滿石塊，并記錄每個土壓力計的度數，取平均值記為I1Q。。4.根據權利要求3所述的高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在引水發電系統的運行階段，若土壓力計度數的平均值達到了 1_，說明集石坑已經裝滿，需要關閉檢修門，工作人員進入隧洞，將坑內的塊石清除。
【專利摘要】本發明公開了一種高埋深、高地溫、高地應力巖爆地區防止隧洞內石塊進入水輪機的方法，通過在發電引水隧洞的集石坑內布置監測儀器，通過監測布置的監測儀器讀數來判斷集石坑的填滿程度，從而決定是否進行塊石清除工作。本發明解決了有效判定引水發電隧洞內集石坑滿載程度的問題，確保水電站發電設備的運行安全，并且不浪費發電效益。
【IPC分類】G01V9/00, E02B9/00
【公開號】CN105178266
【申請號】
【發明人】王立成, 李浩瑾, 王振光, 任智鋒, 李明娟, 趙健, 馬妹英, 于野, 吳培霖, 賈靜
【申請人】中水北方勘測設計研究有限責任公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年6月24日