小灣水電站壩頂表觀點(diǎn)平面變形規(guī)律研究分析

王 川，楊關(guān)發(fā)，王亞男 ，王 婷

（1.中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南省昆明市 650051；2.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南省昆明市 650214；3.海洋石油工程股份有限公司檢驗(yàn)公司，山東省青島市 266520；4.云南能投對外能源開發(fā)有限公司，云南省昆明市 650228）

0 引言

小灣水電站壩址位于云南省大理白族自治州南澗縣和臨滄地區(qū)鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段上，在其支流黑惠江交匯口下游1.5km處，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個(gè)梯級中的第二級。目前，國內(nèi)已建成的300m級的雙曲高拱壩相對比較少，且水庫庫容均達(dá)上百億立方米，壩頂監(jiān)測成果顯示，在修建特大型高拱壩的過程中，通過的反反復(fù)復(fù)的蓄水使得巨大的水推力作用致使大壩產(chǎn)生一定的變形。水位上升壩體向下游傾倒，水位下降壩體向上游傾倒。由于大壩的雙曲結(jié)構(gòu)使得大壩左、右岸兩端以及中間壩段的變形規(guī)律和量級都不一樣。因此，本文結(jié)合小灣水電站壩頂表觀點(diǎn)變形監(jiān)測資料，對小灣高拱壩壩頂平面變形的規(guī)律、量級進(jìn)行了深入的研究，為高拱壩壩體安全監(jiān)測及監(jiān)測設(shè)計(jì)等提供借鑒。

1 大壩壩頂表觀點(diǎn)監(jiān)測布置圖

小灣水電站壩頂一共43個(gè)壩段，壩頂高程為1245m。除了1號壩段每個(gè)壩段上都設(shè)計(jì)有一個(gè)表觀點(diǎn)，其中利用GNSS監(jiān)測有15個(gè)，全站儀監(jiān)測有27個(gè)。2011年6月下旬開始對壩頂EL.1245m實(shí)施外部變形監(jiān)測，初始值觀測時(shí)間為2011年6月20日，獨(dú)立觀測兩遍取中值作為初始值。截至2015年10月12日共進(jìn)行了61次復(fù)測。圖1為大壩壩頂表觀點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)布置圖。

2 平面監(jiān)測成果分析

2.1 監(jiān)測方法及位移分布圖

2011年6月20日對壩頂表觀點(diǎn)利用徠卡TM30全站儀采用前方交匯的方法進(jìn)行了初始測量，此后從2011～2015年10月期間，一共進(jìn)行了61次復(fù)測。下面通過各年最高水位和最低水位的變形分布圖，來展現(xiàn)出大壩壩頂?shù)淖兓?guī)律和量級。圖2、圖3和圖4，分別為各年最高水位和最低水位時(shí)X和Y方向的累計(jì)變形分布圖。

圖1 大壩壩頂表觀點(diǎn)監(jiān)測布置圖

通過高水位和低水位壩頂表觀點(diǎn)X方向和Y方向變形分布圖可以看出，拱壩的壩頂變形量主要是受水位升降影響，水位在上升的過程中X方向是向著兩岸方向移動(dòng)，右壩段測點(diǎn)向右岸位移，左壩段測點(diǎn)向左岸位移，中間壩段則基本不往左右岸移動(dòng)，變化很小。Y方向則是中間壩段變形最大，越靠近壩中間Y方向變形越大，反之越小。

圖2 2012年最高水位和最低水位時(shí)壩頂

圖3 2013年最高水位和最低水位時(shí)壩頂

圖4 2014年最高水位和最低水位時(shí)壩頂

2.2 典型測點(diǎn)過程線圖

為了更加清晰和方便的指出大壩的變化規(guī)律和量級，下面選取了大壩左岸端、右岸端、中間壩段的表觀點(diǎn)位移隨時(shí)間過程曲線，并結(jié)合水位的變化充分地展現(xiàn)了拱壩壩頂受水位升降的影響大壩所產(chǎn)生的變化規(guī)律。圖5～圖7分別為大壩右岸端3號壩段測點(diǎn)X和Y方向位移隨時(shí)間過程曲線圖，大壩右岸端23號壩段測點(diǎn)X和Y方向位移隨時(shí)間過程曲線圖，大壩左岸端42號壩段測點(diǎn)X和Y方向位移隨時(shí)間過程曲線圖。

2.3 成果表統(tǒng)計(jì)分析

圖5 大壩右岸端3號壩段測點(diǎn)

圖6 大壩中間23號壩段測點(diǎn)

由于水位升降的變化而導(dǎo)致大壩平面發(fā)生位移變化，而拱壩壩頂平面位移變化最大的部位在大壩中間部位，表1為中間21、23號壩段測點(diǎn)分別在高水位和低水位時(shí)X方向的變化量統(tǒng)計(jì)；表2為中間21、23號壩段測點(diǎn)分別在高水位和低水位時(shí)Y方向的變化量統(tǒng)計(jì)。

圖7 大壩左岸端42號壩段測點(diǎn)

從表1和表2可以看出壩頂21、23號壩段測點(diǎn)X方向上，無論水位在高水位還是低水位（每年高水位和低水位相差約60m左右）壩頂X方向上的位移變化量不大；而在Y方向上每年高水位較低水位的值都相差較大。從2012年開始到2014年，隨著各年水位的升降變化，其高水位較低水位的相對變化量值有逐漸增加的趨勢。

3 結(jié)束語

（1）小灣水電站壩頂表觀點(diǎn)平面變形監(jiān)測研究表明，巨大的水推力作用會(huì)使整個(gè)大壩產(chǎn)生平面位移變形，使得高拱壩產(chǎn)生向左右岸及下游變形。水位的升降是整個(gè)壩頂平面產(chǎn)生變形的主要因素。

表1 壩頂21、23號壩段測點(diǎn)分別在高水位和低水位時(shí)X方向的變化量統(tǒng)計(jì)

表2 壩頂21、23號壩段測點(diǎn)分別在高水位和低水位時(shí)Y方向的變化量統(tǒng)計(jì)

（2）整個(gè)壩頂一共布置了43個(gè)平面監(jiān)測測點(diǎn)，表觀點(diǎn)28個(gè)、GNSS測點(diǎn)15個(gè)。對于X方向壩頂變形最小的點(diǎn)是位于壩中間及左右岸兩端測點(diǎn)；而變形最大的點(diǎn)右壩段在10～13號壩段、左壩段在31～34號壩段。對于Y方向壩頂變形最小的點(diǎn)是位于大壩兩端測點(diǎn)；而變形最大的點(diǎn)在大壩中間壩段（22、23號壩段），越靠近壩中間Y方向變形越大，反之越小。

（3）受高拱壩自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的約束，小灣水電站壩頂表觀點(diǎn)分布的位置不一樣其變化規(guī)律也不一樣。特別是大壩中間壩段的點(diǎn)，無論水位在高水位還是低水位（每年高水位和低水位相差約60m左右）壩頂X方向上的位移變化量不大；而在Y方向上受巨大的水推力作用每年高水位較低水位的變形值都相差較大，考慮到時(shí)效變形影響，從2012年開始到2014年其高水位變化量值有增加的趨勢。

（4）大壩壩頂表觀點(diǎn)每年在基本相同的高水位下監(jiān)測時(shí)，其累計(jì)變形值逐年增加，一方面是受大壩時(shí)效變形的影響；另一方面則是監(jiān)測工作基準(zhǔn)點(diǎn)的校正滯后所造成，因此必需（特別是在水位上升或下降的過程中）利用樞紐區(qū)平面控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)對監(jiān)測工作基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定期或不定期的校準(zhǔn)。

[1] 顧沖時(shí)，吳中如. 大壩與壩基安全監(jiān)控理論和方法及其應(yīng)用[M]. 南京：河海大學(xué)出版社，2006.

[2] 趙志仁.大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì).鄭州：黃河水利出版社，2003.

[3] 《水利水電工程測量規(guī)范》（規(guī)劃設(shè)計(jì)階段）SL 197—2013

[4] 周建平，黨林才. 水工設(shè)計(jì)手冊（第2版）第5卷混凝土壩[M]. 北京：中國水利水電出版社，2011.