吉牛水電站安全監(jiān)測綜述

顏 志 衡， 符 愛 華， 羅 濤

(四川革什扎水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 丹巴 626300)

1 概 述

吉牛水電站位于四川省丹巴縣革什扎河干流上，為低閘引水式電站，裝機(jī)240 MW(2×120 MW)，工程主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠房樞紐等組成。首部樞紐最大壩高22 m。引水隧洞全長22.377 km，最大水頭507.25 m。閘址區(qū)出露基巖為震旦系下統(tǒng)(Za)厚～巨厚層變粒巖，偶夾中～薄層二云英片巖，覆蓋層最大深度80.8 m，為軟基建壩。引水隧洞穿越的地層巖性為震旦系厚～巨厚層變粒巖、志留系茂縣群第1～4巖組中～厚層二云英片巖、大理巖、石英巖及中～薄層二云片巖等，圍巖遇水易軟化。引水隧洞沿線山體雄厚，谷坡陡峻。電站廠房位于革什扎河口上游約0.2 km的大金川河右岸Ⅰ級(jí)階地上，出露地層為志留系第四巖組(Smx4)薄～中層二云英片巖、二云片巖夾石英巖。廠基覆蓋層較深厚，為軟基建廠。因此，首部樞紐的變形及滲流滲壓監(jiān)測、引水隧洞及壓力管道充水后的變形及應(yīng)力監(jiān)測、廠房樞紐的變形沉降監(jiān)測就顯得尤為重要。

2 監(jiān)測設(shè)計(jì)布置

工程監(jiān)測布置及施工情況見表1。

2.1 首部樞紐

變形監(jiān)測：在閘壩頂布置真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，發(fā)射端在壩頂右岸灌漿平洞內(nèi)，接收端位于左岸擋水壩段，各壩段共布置9個(gè)測點(diǎn)，在右岸灌漿平洞發(fā)射端前方布置一輔助端點(diǎn)(LA10)校準(zhǔn)(圖1)。

滲流監(jiān)測：沿壩軸線布置一縱向監(jiān)測斷面，斷面上每個(gè)壩段設(shè)1個(gè)直徑75 mm的測壓管。在泄洪閘閘墩布置1個(gè)監(jiān)測橫斷面，斷面的上、中、下游各設(shè)一根測壓管。在鋪蓋下、防滲墻前后設(shè)1個(gè)監(jiān)測斷面，布置3支滲壓計(jì)觀測防滲效果。大壩左右岸防滲帷幕下游側(cè)共布置8個(gè)繞滲孔用以監(jiān)測兩岸壩肩地下水繞滲情況(圖2)。

表1 吉牛水電站安全監(jiān)測儀器統(tǒng)計(jì)表

2.2 引水系統(tǒng)

引水隧洞設(shè)置2個(gè)監(jiān)測橫斷面，分別位于4#施工支洞下游(K9+883.85)、8#施工支洞上游(K17+650)，分別處于大桑、水子斷裂帶。每個(gè)斷面布置3套三點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，3套單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)，3支測縫計(jì)，3支鋼筋計(jì)和2支滲壓計(jì)。

調(diào)壓豎井設(shè)置1個(gè)縱剖面，2個(gè)監(jiān)測橫斷面。上下橫斷面分別高出底板42 m、7 m，每個(gè)橫斷面布置4套單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)，4支測縫計(jì)，4支鋼筋計(jì)和2支滲壓計(jì)?？v剖面上室頂拱布置2套三點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，2支測縫計(jì)，1支滲壓計(jì)。

圖1 首部樞紐變形監(jiān)測真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)平面布置圖

圖2 首部樞紐滲流監(jiān)測平面布置圖

在壓力管道中設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測橫斷面，自上而下分別位于中二平段、下平段、岔管段。前2個(gè)斷面各布置3套單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)，3支測縫計(jì)，4支鋼板計(jì)和2支滲壓計(jì)，岔管段布置了3支測縫計(jì)，3支鋼板計(jì)和2支滲壓計(jì)。

2.3 廠房樞紐

廠區(qū)布置了9個(gè)變形監(jiān)測水準(zhǔn)測點(diǎn)，2個(gè)雙金屬標(biāo)水準(zhǔn)基點(diǎn)，主副廠房左右臨河側(cè)各布置了1個(gè)滲流監(jiān)測測壓管(圖3)。

圖3 廠房樞紐及岔管監(jiān)測儀器布置圖

3 安全監(jiān)測成果分析

吉牛水庫于2013年11月15日開始蓄水，18日蓄水至正常蓄水位2 378 m高程。12月15日至17日，引水隧洞及壓力鋼管一次充水成功。12月24日，機(jī)組成功并網(wǎng)運(yùn)行。

3.1 首部樞紐

(1)變形分析。

自2013年10月取得初始值至蓄水前，大壩水平位移變幅為-0.27～0.29 mm，最大水平下移0.29 mm，垂直位移變幅為-0.41～1.04 mm，最大垂直沉降1.04 mm，大壩整體安全穩(wěn)定(表2)。

表2 蓄水前后大壩變形觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 /mm

注：下移、沉降數(shù)值為正，反之為負(fù)。

蓄水后，壩頂水平、垂直位移隨水位上升分別向下游、沉降增大。蓄水至正常蓄水位時(shí)位移變化達(dá)到最大值，最大水平變形(4.36 mm)小于設(shè)計(jì)最大允許值(±20 mm)；最大沉降(2.17 mm)小于設(shè)計(jì)最大允許沉降值(±30 mm)；相鄰壩段水平和垂直變形最大值分別為3.29 mm、1.13 mm，不存在不均勻變形。

(2)基礎(chǔ)滲壓。

蓄水后，防滲墻上游測點(diǎn)P1增長明顯，與上游水位變化同步，最大滲壓 換 算 水 位 高 程 為2 376.19 m；防滲墻下游測點(diǎn)P2、P3增幅較小，最大值為高程2 361.49 m且穩(wěn)定，表明防滲墻防滲效果良好(表3)。

表3 蓄水前后大壩基礎(chǔ)滲壓計(jì)測值變幅統(tǒng)計(jì)表

(3)閘基揚(yáng)壓力。

蓄水后，各測壓管測值隨壩前水位上升有增長，與壩前水位上升幅度對(duì)比增幅較小，最大值為高程2 365.17 m(表4)，符合監(jiān)測規(guī)律，表明壩軸線揚(yáng)壓力較小。泄洪閘閘墩監(jiān)測橫斷面上測壓管測點(diǎn)值從上游到下游逐漸降低(UP6>UP7>UP8)，符合揚(yáng)壓力的分布特性。

表4 蓄水前后大壩測壓管測值變幅統(tǒng)計(jì)表 /m

表5 蓄水前后大壩繞滲孔測值變幅統(tǒng)計(jì)表 /m

(4)繞壩滲流。

蓄水后，各繞滲孔測點(diǎn)值隨壩前水位上升同步增長，與壩前水位上升幅度對(duì)比增幅較小，最大值為高程2 365.45 m(表5)，符合監(jiān)測規(guī)律，表明壩肩繞壩滲流較小。

3.2 引水系統(tǒng)

(1)變形分析。

充水前多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)最大 位 移 變 幅 為

1.29 mm，單向最大位移為0.97 mm。充水后僅有3個(gè)測點(diǎn)位移增幅大于0.3 mm，最大增幅0.49 mm。隧洞充水前后多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)位移增幅小于0.5 mm，且充水后測點(diǎn)位移總變幅小于1.4 mm(表6)，表明引水系統(tǒng)圍巖變形量較小，整體穩(wěn)定。

表6 多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)位移變幅統(tǒng)計(jì)表 /mm

充水后，在25支測縫計(jì)測點(diǎn)中，22個(gè)測點(diǎn)值小于1 mm，占88%，2個(gè)測點(diǎn)在1～1.5 mm間，占8%(表7)，表明混凝土與圍巖間隙較小。壓力管道9個(gè)測點(diǎn)中有6個(gè)測點(diǎn)值小于0.5 mm，表明回填混凝土與壓力鋼管接觸相對(duì)密實(shí)。

表7 測縫計(jì)測點(diǎn)開合度變幅統(tǒng)計(jì)表 /mm

表8 錨桿應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)應(yīng)力變幅統(tǒng)計(jì)表 /MPa

(2)應(yīng)力分析。

充水后，20支錨桿應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)中，16個(gè)測點(diǎn)應(yīng)力小于15 MPa，占80%，2個(gè)測點(diǎn)監(jiān)測應(yīng)力在30～45 MPa間，占10%(表8)，測點(diǎn)最大壓應(yīng)力為9.17 MPa，最大拉應(yīng)力為34.66 MPa。目前，各錨桿應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)值基本趨于穩(wěn)定。

充水后，在14支鋼筋計(jì)測點(diǎn)中，13個(gè)測點(diǎn)應(yīng)力值小于30 MPa，占93%，僅1個(gè)測點(diǎn)大于50 MPa(表9)。最大拉應(yīng)力(52.17 MPa)為8#支洞上游監(jiān)測斷面左邊墻測點(diǎn)值，目前該測點(diǎn)應(yīng)力開始緩慢減小。引水系統(tǒng)鋼筋應(yīng)力計(jì)測值及變幅較小，鋼筋受力整體穩(wěn)定。

表9 鋼筋計(jì)測點(diǎn)應(yīng)力變幅統(tǒng)計(jì)表 /MPa

壓力管道充水后，監(jiān)測斷面鋼板計(jì)均表現(xiàn)為拉應(yīng)力大幅度增加。11個(gè)測點(diǎn)中，6個(gè)測點(diǎn)最大應(yīng)力在80～120 MPa間，占55%，4個(gè)測點(diǎn)最大應(yīng)力在120～160 MPa間，占36%。中二平段監(jiān)測斷面底板GB4測點(diǎn)在充水初期受水流重力作用，其壓應(yīng)力增大至130.68 MPa(表10)，隨著壓力管道中的水充滿，水頭增加近500 m，GB4測點(diǎn)壓應(yīng)力逐漸減小并開始轉(zhuǎn)變成拉應(yīng)力，達(dá)到27.83 MPa。壓力管道充水后，各監(jiān)測斷面鋼板計(jì)測點(diǎn)值拉應(yīng)力的增加符合高水頭水流對(duì)壓力鋼管外膨脹的力學(xué)作用特點(diǎn)。截至2013年12月，各測點(diǎn)應(yīng)力在最大拉應(yīng)力附近微小波動(dòng)，且均小于155 MPa，符合電站運(yùn)行規(guī)律。

表10 壓力管道鋼板計(jì)測點(diǎn)充水前后應(yīng)力變化表 /MPa

(3)滲壓分析。

充水后，引水系統(tǒng)15支滲壓計(jì)最大滲壓測值為0.4 MPa，其中5個(gè)有效測點(diǎn)滲壓值為0 MPa，占33%；11個(gè)測點(diǎn)滲壓小于0.22 MPa，占73%(表1)。豎井最大滲壓值為0.22 MPa，壓力管道最大滲壓值為0.08 MPa。各測點(diǎn)值及變幅微小，趨于穩(wěn)定，引水系統(tǒng)防滲良好。

表11 滲壓計(jì)測點(diǎn)滲壓變幅統(tǒng)計(jì)表 /MPa

3.3 廠房樞紐

廠房水準(zhǔn)觀測點(diǎn)于2013年5月取得初始值。機(jī)組運(yùn)行前，廠房樞紐區(qū)域緩慢沉降變形整體表現(xiàn)為向東向北傾斜。水準(zhǔn)測點(diǎn)EM4、EM5、EM6沉降相對(duì)偏大，累積最大沉降值為9.1 mm(EM4)(表12)。從測點(diǎn)沉降規(guī)律分析可見：廠房建筑物沉降量略高于擋墻沉降量，表現(xiàn)為主副廠房基礎(chǔ)沉降向西向北傾斜。廠房樞紐沉降變形量在設(shè)計(jì)允許沉降值(±30 mm)范圍內(nèi)，整體安全穩(wěn)定；機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，廠房樞紐區(qū)域整體沉降有所增加，最大增幅為0.5 mm，但最大沉降值9.4 mm仍小于設(shè)計(jì)允許值的32%，目前整體安全穩(wěn)定。

表12 廠房樞紐水準(zhǔn)測點(diǎn)累積最大沉降表 /mm

受大金川枯水期來水影響，廠址測壓管水位整體表現(xiàn)為下降趨勢。自2013年10月取得初始值以來，測壓管內(nèi)的水位下降最大幅度為0.546 m，廠址基礎(chǔ)滲流基本穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

吉牛水電站安全監(jiān)測項(xiàng)目的布置滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行正常，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地反映工程建筑物的工作性態(tài)。大壩蓄水后變形、滲流滲壓滿足設(shè)計(jì)要求，蓄水安全穩(wěn)定；引水系統(tǒng)充水后，變形與滲壓變化微小、混凝土與圍巖及壓力鋼管接觸緊密；壓力管道鋼管應(yīng)力變化明顯，符合電站運(yùn)行規(guī)律；廠房樞紐整體變形基本穩(wěn)定。