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与流程

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。

技术实现要素：
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读数，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读数，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读数，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，若土压力计读数的平均值达到了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读数，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读数，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读数，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，若土压力计读数的平均值达到了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读数，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。