西藏扎曲果多水電站工程安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)

程淑芬，李運(yùn)良，鐘 輝

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 概述

果多水電站位于西藏自治區(qū)昌都縣境內(nèi)，為扎曲水電規(guī)劃“兩庫(kù)五級(jí)”中第二個(gè)梯級(jí)電站。電站裝機(jī)容量160MW(4×40MW)，保證出力33.54MW，年發(fā)電量8.319×108kW.h。工程等別為三等工程，工程規(guī)模為中型。工程樞紐布置格局為：碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪沖沙系統(tǒng)+左岸壩身引水系統(tǒng)+壩后地面廠房。

擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，河床壩基高程3328.00m，壩頂高程為3421.00m，壩頂寬8.00m，最大底寬75.00m，最大壩高93.00m，壩頂全長(zhǎng)235.50m。引水系統(tǒng)布置于河床左岸引水壩段，采用一機(jī)一管的供水方式，由壩式進(jìn)水口、壩后背管兩部分組成。廠房位于左岸取水壩段后，廠房縱軸線平行于壩軸線，方位角為N52.43°E，距壩軸線約81.5m。工程邊坡包括大壩邊坡和廠房邊坡兩部分，邊坡級(jí)別為A類(lèi)Ⅱ級(jí)邊坡。

扎曲河段地處瀾滄江上游，屬高原寒溫帶半濕潤(rùn)氣候，平均氣溫較同緯度其它地區(qū)低，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，空氣較為干燥，相對(duì)濕度在39%～59%，降水量很少，多年平均降水量499.5mm。降雨多集中在5月～9月，占全年降雨量的83%，且多為陣雨、暴雨。冬季寒冷，降雨稀少，水邊有結(jié)冰現(xiàn)象，河面有時(shí)封凍，春季3月氣候轉(zhuǎn)暖，水面有上游解凍的浮冰順流而下。

本流域氣候主要受印度洋暖濕氣流和西風(fēng)南支急流控制，每年11月～次年4月，受西風(fēng)氣候影響，整個(gè)瀾滄江流域降水稀少，空氣干燥；5月～10月印度洋暖濕氣流帶來(lái)大量水汽，區(qū)域空氣濕潤(rùn)降水量增加，降水集中，為汛期。但由于深切割地形影響，不同海拔高度對(duì)水熱狀況產(chǎn)生的重新分配，使氣候呈現(xiàn)明顯的垂直差異，海拔3000m～4000m地帶，氣候溫涼；海拔4000m以上地區(qū)，氣候寒冷。根據(jù)昌都?xì)庀笳举Y料綜合統(tǒng)計(jì)，極端最高氣溫33.4℃，極端最低氣溫–20.7℃，多年平均氣溫5.6℃。該區(qū)域晝夜溫差較大，最大月平均日溫差高達(dá)18.8℃，年平均日溫差為16℃。

2 安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)

2.1 安全監(jiān)測(cè)概述

果多水電站工程地處西藏高寒高海撥地區(qū)，為藏區(qū)的第一座碾壓混凝土高壩，施工難度大，確保工程在施工期及運(yùn)行期的安全情況至關(guān)重要。工程安全監(jiān)測(cè)不僅可以指導(dǎo)施工、有助于施工質(zhì)量控制、反饋設(shè)計(jì)，還可以監(jiān)控建筑物的工作狀態(tài)，獲得工程相關(guān)數(shù)據(jù)、掌握工程運(yùn)行狀態(tài)，為監(jiān)控工程安全運(yùn)行提供依據(jù)。

果多水電站工程安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有樞紐建筑物巡視檢查、工程區(qū)環(huán)境量監(jiān)測(cè)，大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)、滲流滲壓監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)，壩區(qū)防滲帷幕監(jiān)測(cè)，大壩泄水建筑物的水力學(xué)原型試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，樞紐區(qū)邊坡變形監(jiān)測(cè)，大壩地震強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)以及導(dǎo)流洞監(jiān)測(cè)等，詳見(jiàn)表1。

表1 果多水電站工程安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容

2.2 安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)分析

結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)布置、地形地質(zhì)、水文氣象條件等因素，果多水電站安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)分析如下：

(1)樞紐布置方案為碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪沖沙系統(tǒng)+左岸壩后地面廠房，樞紐布置流暢、緊湊，建筑物功能劃分明確。監(jiān)測(cè)重點(diǎn)部位為重力壩和引水發(fā)電系統(tǒng)。

(2)果多水電站工程壩基巖體由三疊系奪蓋拉組第二段(T3d2)灰色厚層塊狀砂巖、粉砂巖夾泥巖組成，主要為硬質(zhì)巖類(lèi)，以Ⅲ2A類(lèi)巖體為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，地基承載力滿(mǎn)足建重力壩的要求，但由于硬質(zhì)巖與軟巖互層，軟巖集中分布地帶可能存在壩基不均勻變形。經(jīng)過(guò)三維有限元分析后得出，大壩及壩基沉降符合重力壩沉降規(guī)律，在泥巖、粉砂質(zhì)泥巖軟巖區(qū)域無(wú)突變現(xiàn)象。因此，大壩變形和滲流滲壓是壩體最重要也是最直觀的安全反映，通過(guò)對(duì)大壩變形和滲流滲壓的監(jiān)測(cè)，可快速的發(fā)現(xiàn)壩體異常與否，出現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)解決。大壩變形和滲流滲壓是本工程的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。

(3)工程位于西藏昌都境內(nèi)，氣候條件復(fù)雜，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，空氣較為干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，有“一天有四季”之說(shuō)。因此大壩受如此復(fù)雜氣候影響，壩體混凝土溫度變幅大，驟冷驟熱的現(xiàn)象必然會(huì)造成混凝土裂縫產(chǎn)生；除此之外，大壩采用碾壓混凝土筑壩，屬大體積混凝土施工。由于碾壓混凝土為干硬性混凝土，其水化反應(yīng)較慢，再加上壩體上升速度較快，壩體內(nèi)部溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度場(chǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)。因此應(yīng)加強(qiáng)壩體溫度的監(jiān)測(cè)，了解壩體溫度應(yīng)力和溫度變化幅度，做好施工期混凝土的溫控及養(yǎng)護(hù)工作，保證壩體混凝土順利澆筑。

(4)右壩肩為斜～順向坡，自然邊坡整體穩(wěn)定，邊坡開(kāi)挖后將形成最大高約170m的臨時(shí)邊坡和最大高約140m的永久邊坡；另外永久邊坡上游側(cè)邊坡為橫向坡，邊坡開(kāi)挖后，受裂隙和層面等組合切割影響，易形成楔形塊體失穩(wěn)；永久邊坡下游側(cè)邊坡為斜～順向坡，邊坡開(kāi)挖后，岸坡裂隙及靠下游側(cè)f3斷層等與層面組合切割，易形成不穩(wěn)定的塊體。因此右岸永久邊坡是壩區(qū)邊坡監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，右壩肩臨時(shí)高邊坡也應(yīng)加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)，確保施工人員安全。

2.3 安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)果多水電站安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)分析，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要側(cè)重大壩變形監(jiān)測(cè)、大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)、大壩溫度監(jiān)測(cè)及右岸邊坡監(jiān)測(cè)，主要采取如下監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法及手段。

2.3.1 大壩變形監(jiān)測(cè)

大壩變形監(jiān)測(cè)主要指對(duì)壩體和壩基進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，包括壩體、壩頂和壩基的水平位移變形、垂直位移變形以及接縫、裂縫開(kāi)合度監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)以掌握大壩的變形規(guī)律。本工程在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)斷面選擇時(shí)，根據(jù)地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇在最大壩高斷面(河床溢流壩段8#壩段)、擋水建筑物不同功能壩段斷面(左岸引水壩段5#壩段、右岸擋水壩段10#壩段)、地質(zhì)條件薄弱壩段(泥巖含量比例相對(duì)較多且抗滑穩(wěn)定安全余度較低3#壩段)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，見(jiàn)圖1。

(1)水平位移變形監(jiān)測(cè)

本工程水平位移變形監(jiān)測(cè)采用垂線、視準(zhǔn)線及真光激光準(zhǔn)直系統(tǒng)三種手段進(jìn)行。

① 垂線布置在左岸取水壩段壩橫0+085.00m樁號(hào)、河床溢流壩段壩橫0+132.25m樁號(hào)和右岸擋水壩段壩橫0+168.75m樁號(hào)斷面，采用三組正倒垂結(jié)合的型式進(jìn)行壩體和壩基水平位移監(jiān)測(cè)。另外，針對(duì)3#壩段側(cè)向抗滑安全余度較低，在3#壩段壩橫0+040.00m樁號(hào)布置一組正倒垂線進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)。

② 壩頂水平位移采用視準(zhǔn)線監(jiān)測(cè)，不僅可以和垂線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，而且造價(jià)便宜，安裝和操作簡(jiǎn)便，并且在真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)尚未投入使用前便可發(fā)揮作用獲取變形初始值。視準(zhǔn)線測(cè)點(diǎn)結(jié)合垂線位置，布置在左右岸兩壩肩、左右岸擋水壩段、河床溢流壩段、沖沙孔壩段、左岸取水壩段的壩頂高程下游一側(cè)。

圖1 大壩變形監(jiān)測(cè)布置圖

③ 真光激光準(zhǔn)直系統(tǒng)不僅可以觀測(cè)到壩頂水平向和垂直向的變形，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)，提高在自然氣候條件惡劣的藏區(qū)工作效率，改善觀測(cè)條件。真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)布置在壩頂下游一側(cè)，測(cè)點(diǎn)布置在結(jié)合垂線、表面觀測(cè)墩的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能每個(gè)壩段都布置。

(2)垂直位移變形監(jiān)測(cè)

本工程壩頂垂直位移監(jiān)測(cè)方法采用精密水準(zhǔn)測(cè)量法和真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，壩基采用靜力水準(zhǔn)法。

① 壩頂精密水準(zhǔn)測(cè)量法為結(jié)合表面觀測(cè)墩，在左右岸兩壩肩、左右岸擋水壩段、河床溢流壩段、沖沙孔壩段、左岸取水壩段的壩頂高程下游一側(cè)布置水準(zhǔn)點(diǎn)，采用沿線往返測(cè)回形成閉合回路。

② 真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)布置同上節(jié)。

③ 壩基縱橫向不均勻沉降變形監(jiān)測(cè)，采取在壩基廊道內(nèi)布置一排縱向和橫向靜力水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(3)接縫、裂縫開(kāi)合度監(jiān)測(cè)

① 接觸縫監(jiān)測(cè)

為了解兩岸坡接觸縫及基礎(chǔ)面的開(kāi)合度，為施工期接觸縫灌漿提供必要數(shù)據(jù)，選取在壩體與兩岸基巖接觸五個(gè)高程的上中下游處布置測(cè)縫計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在壩橫0+132.25m樁號(hào)斷面的壩踵拉應(yīng)力區(qū)和壩趾壓應(yīng)力區(qū)布置測(cè)縫計(jì)。

② 壩體橫縫監(jiān)測(cè)

進(jìn)行壩體橫縫監(jiān)測(cè)時(shí)，除了系統(tǒng)地了解壩段橫縫的發(fā)展規(guī)律外，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)岸坡壩段側(cè)向穩(wěn)定安全余度較低的3#、12#壩段橫縫(3#與4#壩段間橫縫、12#與13#壩段間橫縫)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解這兩個(gè)壩段橫縫的張開(kāi)情況。

綜上，選取3#與4#壩段、5#與6#壩段、9#與10#壩段、12#與13#壩段間橫縫，結(jié)合壩體與基巖接觸縫的監(jiān)測(cè)高程，依次在這些高程平面的上下游分別布置1支測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)橫縫開(kāi)合度。

2.3.2 大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)

大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)包括壩基揚(yáng)壓力、滲透壓力、繞壩滲流、大壩及壩基滲漏量監(jiān)測(cè)。大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)剖面的選取應(yīng)結(jié)合大壩變形監(jiān)測(cè)剖面布置。

(1)壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

壩基揚(yáng)壓力采用在壩基廊道內(nèi)鉆孔布置測(cè)壓管和管內(nèi)放置滲壓計(jì)兩種手段進(jìn)行，二者測(cè)值不僅可以相互驗(yàn)證，且滲壓計(jì)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)。揚(yáng)壓力縱向監(jiān)測(cè)在壩基3332m灌漿廊道及兩岸斜坡廊道內(nèi)布置一排測(cè)壓管，并在管內(nèi)放置滲壓計(jì)；橫向監(jiān)測(cè)分別在壩橫0+132.25m和壩橫0+132.25m樁號(hào)斷面布置測(cè)壓管和滲壓計(jì)。

(2)壩體滲透壓力

在大壩壩橫0+132.25m樁號(hào)3329m高程常態(tài)與碾壓混凝土分界面上、在3340m高程碾壓混凝土施工縫面上、在3355m高程碾壓混凝土施工縫面、在壩橫0+085.00m樁號(hào)3355m高程碾壓混凝土施工縫面上，通過(guò)將滲壓計(jì)布置在距上游壩面不同距離處，得到滲透壓力沿水平向和垂直向分布情況。

(3)繞壩滲流監(jiān)測(cè)

左岸為逆向坡，但邊坡較高，且邊坡下部布置廠房；右岸邊坡為順滑向高邊坡，且右岸下游存在f3斷層。為了解庫(kù)水繞壩滲流，觀測(cè)大壩下游近壩區(qū)岸坡地下水位的變化，推測(cè)可能的地下水位線以及關(guān)注壩后邊坡的安全穩(wěn)定情況，繞壩滲流監(jiān)測(cè)以右岸邊坡為重點(diǎn)，兼顧左岸邊坡安全；因此在右岸設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面、左岸上游側(cè)邊坡設(shè)1個(gè)斷面、左岸下游側(cè)廠房邊坡設(shè)1個(gè)斷面布置水位觀測(cè)孔。

(4)護(hù)坦揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

下游尾水位較高，為了解護(hù)坦揚(yáng)壓力，選取壩橫0+132.25m樁號(hào)斷面護(hù)坦底部的前、后部分別布置滲壓計(jì)。

(5)滲漏量監(jiān)測(cè)

壩體滲漏量監(jiān)測(cè)分別在壩基集水井入口、集水井左右來(lái)水兩側(cè)的排水溝內(nèi)各布置1套量水堰。

2.3.3 大壩溫度監(jiān)測(cè)

大壩溫度監(jiān)測(cè)有壩體溫度、壩基溫度、庫(kù)水溫度及下游表面溫度監(jiān)測(cè)等。通過(guò)對(duì)各類(lèi)溫度監(jiān)測(cè)，掌握壩體碾壓混凝土在施工期碾壓過(guò)程中隨環(huán)境條件的變化、混凝土澆筑層上升以及在運(yùn)行期壩內(nèi)溫度變化的規(guī)律，從而指導(dǎo)施工期溫控和掌握運(yùn)行期的溫度狀態(tài)。

(1)壩體溫度監(jiān)測(cè)

由于氣候條件復(fù)雜和壩體施工方法等原因，決定采用光纜和常規(guī)點(diǎn)式溫度計(jì)兩種手段對(duì)壩體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，見(jiàn)圖2和圖3。

根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別選引水壩段、溢流壩段和右岸擋水壩段三個(gè)典型壩段斷面做為溫度監(jiān)測(cè)斷面，樁號(hào)分別為壩橫0+085.00m、壩橫0+132.25m和壩橫0+168.75m。監(jiān)測(cè)斷面宜按網(wǎng)格布置溫度測(cè)點(diǎn)，網(wǎng)格間距為8m～15m。本工程大壩最大壩高93m，溫度監(jiān)測(cè)網(wǎng)格間距取為8m左右。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面均間隔8m布置溫度測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)高程平面的上下游部位布置1支溫度計(jì)，高程平面中部根據(jù)截面大小布置1～3支溫度計(jì)。

另外，選取三個(gè)區(qū)域，分別為5＃、7～8#、10#壩段布置光纜對(duì)壩體溫度進(jìn)行全面、連續(xù)的監(jiān)測(cè)。光纜在壩段內(nèi)自下而上、通倉(cāng)布置，每個(gè)壩段的光纜均采用兩個(gè)高程為一個(gè)回路，光纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)與溫度計(jì)重合，起到測(cè)值相互驗(yàn)證的作用。

(2)壩基溫度監(jiān)測(cè)

選取河床最高壩段，在溢流壩段壩橫0+132.25m的上游建基面鉆一個(gè)10m深的孔，沿著不同深度布置溫度計(jì)，觀測(cè)混凝土水化熱溫升時(shí)對(duì)基巖影響和基巖不同深度下溫度分布情況。

(3)庫(kù)水溫和下游表面溫度監(jiān)測(cè)

結(jié)合壩體溫度監(jiān)測(cè)，在壩橫0+132.50m樁號(hào)布置一斷面進(jìn)行庫(kù)水溫和下游表面溫度監(jiān)測(cè)。庫(kù)水溫監(jiān)測(cè)通過(guò)將溫度計(jì)布置在距上游壩面5cm～10cm的混凝土內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，間距為：在正常蓄水位到死水位之間附近，受運(yùn)行水位變化和日照影響，間距不宜太大，采取間距4m布置1支溫度計(jì)；死水位以下至淤沙高程之間溫度相對(duì)穩(wěn)定，溫度計(jì)布置間距加大至8m；淤沙高程以下，受異重流影響，測(cè)點(diǎn)間距不宜加大，布置間距仍為4m。下游表面溫度監(jiān)測(cè)是將溫度計(jì)布置在距下游壩面5cm～10cm的壩體混凝土內(nèi)，間隔8m或16m布置1支溫度計(jì)。

圖2 大壩溫度及接縫監(jiān)測(cè)布置圖

2.3.4 右岸邊坡監(jiān)測(cè)

根據(jù)邊坡計(jì)算結(jié)果，在右岸永久邊坡范圍內(nèi)選取安全系數(shù)較低的剖面作為邊坡安全監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)斷面，兼顧右岸邊坡開(kāi)挖范圍較大，在該主要監(jiān)測(cè)斷面的上游側(cè)和下游側(cè)分別布置一個(gè)斷面，共計(jì)三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。

邊坡安全監(jiān)測(cè)包括變形監(jiān)測(cè)和支護(hù)措施監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)又包括邊坡內(nèi)部變形和表面變形監(jiān)測(cè)，內(nèi)部變形多采用多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜孔兩種手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，表面變形多采用表面觀測(cè)墩光學(xué)測(cè)量法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此在上述三個(gè)斷面上布置表面觀測(cè)、多點(diǎn)位移計(jì)和測(cè)斜孔對(duì)邊坡內(nèi)外部變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另外針對(duì)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力布置錨桿應(yīng)力計(jì)和錨索測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

果多水電站工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，做到監(jiān)測(cè)項(xiàng)目齊全，并在結(jié)合工程布置特點(diǎn)、地形地質(zhì)及水文氣象條件的基礎(chǔ)上有所側(cè)重，把握工程關(guān)注的重點(diǎn)及實(shí)施難點(diǎn)，滿(mǎn)足工程在施工期和運(yùn)行期的安全監(jiān)控需求，在下一步的工作中應(yīng)加強(qiáng)與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行適時(shí)修改完善，以達(dá)到更好地監(jiān)控工程運(yùn)行狀態(tài)及服務(wù)工程的目的。

[1]中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．西藏扎曲果多水電站可行性研究報(bào)告[R]．貴陽(yáng)：貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2012．