马传宝，柴建峰

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

抽水蓄能电站引水系统钢衬变形和应力实测资料分析

马传宝，柴建峰

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

本文通过分析已有抽水蓄能电站实测资料，发现在设计内水压力作用下，钢衬、垫层和围岩中的位移监测值均甚小；通过反算，围岩分担率可达83%。上述认识对数值仿真分析的验证和对比具有重要意义，也对类似工程设计具有一定的参考价值。

抽水蓄能电站；监测资料；位移；围岩内水压力分担率

0 引言

在实施国网新源公司科研项目《绩溪公司抽水蓄能电站引水系统钢衬围岩联合受力反演分析》期间，课题组收集了类似工程的变形和应力监测资料，通过整理分析发现，在正常运行的内水压力作用下，“钢衬-混凝土垫层-围岩”中的位移均甚小，查阅文献发现，类似位移监测成果鲜有公开发表，系统研究也相对较少。以下通过分析河北张河湾抽蓄能电站、福建仙游抽蓄电站的监测资料，定性分析埋管状态下钢衬承载机理及上述现象形成原因，旨为类似工程设计和研究提供一定参考。

1 位移变形特征

张河湾抽水蓄能电站、福建仙游抽水蓄能电站引水压力钢衬段监测数据见表1和图1，分析可见：内水压力作用下，压力钢衬及围岩中的变形均甚微，多数不足1mm，甚至为负值；这表明在混凝土垫层和缝隙等因素影响下，钢衬的应变可能对围岩影响不显著，或者说设计内水压力作用下，钢衬的变形波及范围十分有限。

表1 引水压力钢衬段测缝监测数据Tab.1 Monitoring data of penstock and rock of constructed pumped storage power stations

图1 位移监测资料分析图图1 Monitoring displacement data of penstock and rock

2 围岩内水压力分担率特征

λ为围岩内水压力分担率[1]，由下式计算：

其中：σθ-地下埋管状态下，钢管承担内水压力时，最大环向拉应力，可通过σθ=Eε获得，E取206GPa；σ0为明管状态下最大环向拉应力，可通过公式获得；γh为内水压力；D为钢管内径；t为钢管壁厚。表2为张河湾、仙游抽水蓄能电站实测数据反算结果，可见围岩分担率λ均较高，最大可达83%。

3 原因探讨

单位抗力系数K0和E、vS之间的换算关系如下：

通过上式换算，可得钢衬、垫层和围岩的K0大小对比示意图（如图2所示），图中钢衬、C25、C20、C15、C10、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类围岩分别对应的弹性模量为 206、28、25.5、22、17.5、11.1、7.5、1.3GPa。由于钢材和混凝土垫层厚度较小，此处K0为非严格意义上的抗力系数。由位移协调可知，内水压力有效传递的基础是钢衬发生足够大的位移，而钢衬抗变形能力又极强，远大于混凝土和围岩；在设计内水压力作用下，埋管状态下钢衬产生的位移甚小，波及范围可能有限，加之钢衬和围岩之间还存有60～70cm厚的回填混凝土、钢衬和混凝土垫层之间可能存在缝隙、垫层与围岩之间可能存在缝隙，以上因素综合导致了围岩中的实测位移值很小，多数不超过1mm。

图2 不同材料单位抗力系数对比示意Fig.2 Sketch map of the resistant coefficient according to rock，cushion and steel pipe

4 结束语

从张河湾、仙游抽蓄电站的实测资料来看，在设计内水压力作用下，钢衬、垫层和围岩中的位移均甚微，分析认为这一现象主要与钢衬自身抗变形能力强，在设计内水压力作用下其位移和变形甚微，进而其影响波及范围有限有关。围岩分担率通过实测数据反算最高可达83%。上述分析结果不仅有利于后续仿真计算结果对比分析和验证，也对类似工程设计有一定的借鉴意义。

表2 实测围岩分担率Tab.2 Statistical table of λ in penstock

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2017-02-15

2017-05-20

马传宝（1980—），男，高级工程师、注册一级建造工程师（水利水电），主要研究方向：水电工程项目管理。E-mail：99094802@qq.com

柴建峰（1977—），男，高级工程师、注册土木工程师（岩土），主要研究方向：水利水电工程地质研究。E-mail：623509677@qq.com

Study on the Monitoring Data of Displacement and Stress in Embedded Penstocks of Constructed Pumped Storage Power Stations

MA Chuanbao，CHAI Jianfeng
（Technology Center，State Grid Xinyuan Companyltd，Beijing 100161，China）

Based on existing monitoring data of displacement and stress in embedded penstocks from constructed pumped storage power stations.The results show that the data of displacement or deformation in penstock，cushion and rock are all very small，and the sharing ratio of internal pressure in bedrock can reach to ?%.The results have important value not only on the verification and comparison of simulation，but also on the engineering design in other similar hydropower projects.

pumped storage power stations; monitoring data;displacement; sharing ratio of internal pressure in bedrock

TP27

A学科代码：570.6030

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.04.020