錦屏一級(jí)水電站運(yùn)行期垂線監(jiān)測(cè)成果分析

周 綠,馮 藝,李小順,羅 浩

(1.水能資源利用關(guān)鍵技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙410014；2.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南長(zhǎng)沙410014；3.雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川成都610051)

1 工程概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi),是雅礱江干流中下游水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃的“控制性”水庫(kù)梯級(jí),具有年調(diào)節(jié)能力,在雅礱江梯級(jí)滾動(dòng)開(kāi)發(fā)中具有“承上啟下”的重要作用,對(duì)下游梯級(jí)補(bǔ)償調(diào)節(jié)效益顯著。其工程規(guī)模巨大,開(kāi)發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電,結(jié)合汛期蓄水兼有分擔(dān)長(zhǎng)江中下游地區(qū)防洪的作用。電站總裝機(jī)容量3 600 MW,保證出力1 086 MW,多年平均年發(fā)電量166.2億kW·h,年利用小時(shí)數(shù)4 616 h。大壩為世界第一高拱壩,壩高305.0 m,水庫(kù)正常蓄水位1 880 m,死水位1 800 m,正常蓄水位以下庫(kù)容77.6億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3,屬年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

初蓄期指水庫(kù)首次蓄水到正常蓄水位后的頭三年(2015年～2017年)；運(yùn)行期指初運(yùn)行期后的時(shí)期,即2018年之后；水位升降期指每年水位從死水位1 800 m升至正常蓄水位1 880 m期間和水位從正常蓄水位1 880 m降至1 800 m期間；汛期指每年6月至10月,但不包含水位升降期；枯水期指每年11月至次年5月,但不包含水位升降期[1]。本文擬對(duì)歷年蓄水、水位下降、正常水位運(yùn)行過(guò)程中大壩垂線的徑向位移進(jìn)行對(duì)比分析(文中徑向?yàn)檎硎鞠蛳掠?為負(fù)表示向上游)。

表1 歷年蓄水過(guò)程統(tǒng)計(jì)

2 垂線系統(tǒng)布置

錦屏一級(jí)水電站共布置10組垂線,其中壩體7組(5、9、11、13、16、19、23號(hào)壩段),左岸墊座1組,左右岸壩基各1組。大壩垂線觀測(cè)系統(tǒng)布設(shè)有正垂線40條、倒垂線13條。各組垂線底部倒垂入基巖深度按壩高1/3～1/2控制,中部河床壩段11、13號(hào)和16號(hào)壩段倒垂錨固端高程1 480 m,墊座倒垂錨固端高程1 685 m,其他壩段錨固端高程1 545 m[2]。目前大壩垂線已全部接入自動(dòng)化采集系統(tǒng),按3次/d的頻次數(shù)據(jù)采集,人工光學(xué)讀數(shù)頻次為1次/周[3]。

3 垂線變形規(guī)律分析

3.1 蓄水變形規(guī)律分析

錦屏一級(jí)水電站從2012年11月30日右岸導(dǎo)流洞下閘開(kāi)始蓄水,2013年7月18日蓄水至1 800 m,2014年8月24日蓄水至正常水位1 880 m。截至2017年5月已經(jīng)歷過(guò)三次從死水位蓄至正常水位。蓄水過(guò)程見(jiàn)表1,歷年蓄水過(guò)程中大壩垂線徑向位移變形情況見(jiàn)表2。

由表2可以看出,歷年蓄水過(guò)程中壩體垂線的徑向位移變形具有以下規(guī)律：

(1)大壩垂線的徑向位移變形與庫(kù)水位相關(guān)性很好,蓄水過(guò)程中整體向下游變形,2014年～2016年年蓄水過(guò)程中變形最大部位位于1 885 m高程11號(hào)壩段,變形量分別為38.68、38.55、36.66 mm。

(2)從死水位蓄至正常水位,2015年與2014年相比80%的垂線的徑向位移增量有所減小,其中減小比較明顯的為中間19、16號(hào)壩段及左岸13、9號(hào)壩段；2016年與2015年相比,垂線的徑向位移增量減小比較明顯的為11號(hào)壩段,增量有所增大的是9、16號(hào)壩段的1 829 m和1 885 m高程,其余垂線的增量變化不大。

(3) 從死水位蓄至正常水位,2015年與2014年相比,大壩1 730 m以上高程的垂線徑向位移增量減小幅度相對(duì)較大,其中1 885 m高程的減小幅度最大；2016年與2015年相比,垂線的徑向位移增量總體呈減小的趨勢(shì),中間壩段高高程的增量有所增加,但相對(duì)于2015年仍是減小。

(4) 2014年至2016年大壩蓄水過(guò)程中,2015年的時(shí)間最長(zhǎng),水位變幅2016年最小,綜上所述,蓄水的時(shí)間及水位變幅對(duì)大壩位移變形有一定的影響。

表2 歷年死水位蓄至正常水位部分垂線徑向位移變化量

3.2 水位下降變形規(guī)律分析

截至2017年5月,錦屏一級(jí)水電站經(jīng)歷了三次從正常水位降至死水位,水位下降過(guò)程見(jiàn)表3,水位下降過(guò)程中歷年的大壩垂線徑向位移變形情況見(jiàn)表4。

由表4可知,歷年正常水位下降死水位過(guò)程中壩體垂線的徑向位移變形具有以下規(guī)律：

表3 歷年正常水位降至死水位過(guò)程統(tǒng)計(jì)

表4 歷年正常水位降至死水位部分垂線徑向位移變化量

(1)大壩垂線的徑向位移變形與庫(kù)水位相關(guān)性很好,水位下降過(guò)程中整體向上游變形,2015年～2017年水位下降過(guò)程中變形最大部位位于1 885 m高程11號(hào)壩段,變形量分別為-46.88、-45.70、-37.12 mm。

(2)從正常水位降至死水位,2016年與2015年相比70%的垂線的徑向位移變化量有所增大,其中增大比較明顯的為1 885 m高程和1 730 m高程的中間19、16號(hào)壩段及左岸13、9號(hào)壩段；2017年與2016年相比,垂線的徑向位移變化量總體呈減小趨勢(shì),減小比較明顯的為1 885、1 829、1 778 m高程9、11、13、16號(hào)壩段,其余變化量減小不明顯。

(3)從正常水位降至死水位,2016年與2015年相比,垂線的徑向位移變化量1 730 m高程以上增大幅度相對(duì)較大,其中1 885 m高程的增大幅度最大；2017年與2016年相比,垂線的徑向位移變化量總體呈減小的趨勢(shì),中間壩段高高程的變化量減小較明顯,但相對(duì)2015年變化量仍是總體呈減小趨勢(shì)。

(4)2015年～2017年由正常水位降至死水位過(guò)程中,2016年的時(shí)間最長(zhǎng),同時(shí)也是水位變幅最小的一年,綜上所述,水位下降時(shí)間及水位變幅對(duì)大壩變形有一定的影響。

3.3 滯后變形分析

截至2017年5月,錦屏一級(jí)水電站經(jīng)歷了三次從死水位蓄至1 880 m左右正常水位運(yùn)行,歷年正常水位運(yùn)行過(guò)程統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5,正常水位運(yùn)行過(guò)程中歷年的大壩垂線徑向位移變形情況見(jiàn)表6。

表5 歷年正常水位運(yùn)行過(guò)程統(tǒng)計(jì)

大壩變形受諸如材料的塑形、徐變,壩體的裂縫變化,基巖的斷層、節(jié)理壓縮等因素引起的隨時(shí)間變化的不可逆分量的影響[4]。而拱壩水平位移的滯后變形主要取決于壩體平均溫度[5],在正常水位運(yùn)行期間,拱壩的溫度場(chǎng)由于溫度場(chǎng)的調(diào)整及彈性后效作用,壩體的位移變形存在一定的滯后性。

由表6可以看出,歷年正常水位運(yùn)行過(guò)程中壩體垂線的徑向位移變形具有以下規(guī)律：

(1)各高程均整體向下游變形,2014年～2016年正常水位運(yùn)行過(guò)程中大壩垂線徑向位移變形最大部位位于11號(hào)壩段1 885 m高程,變形量分別為7.87、8.16、3.87 mm。

(2)正常水位運(yùn)行過(guò)程中,2015年與2014年相比,85%的垂線徑向位移增量均有所減小,其中減小比較明顯的為9、13號(hào)壩段各高程,且1 885 m和1 829 m高程減下幅度相對(duì)較大；2016年與2015年相比,80%的垂線徑向位移增量有所減小,垂線的徑向位移增量減小比較明顯的為9～19號(hào)壩段各高程,且高高程減小幅度相對(duì)較大。

表6 歷年正常水位運(yùn)行部分垂線徑向位移增量

(3)2014年～2016年正常水位運(yùn)行過(guò)程中,2014年正常運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng),2015年水位變幅為負(fù)值,2016年水位變幅最大,綜上所述,正常水位運(yùn)行時(shí)間及水位變幅對(duì)大壩變形有一定的影響。

4 結(jié)論與展望

(1)從大壩各高程各壩段測(cè)點(diǎn)徑向位移隨庫(kù)水位變化的過(guò)程來(lái)看,大壩徑向位移與庫(kù)水位變化具有良好的相關(guān)性,水位上升過(guò)程中,大壩徑向位移向下游變形,水位下降過(guò)程中,大壩徑向位移向上游變形,高水位運(yùn)行時(shí),大壩徑向位移均向下游變形,拱壩處于準(zhǔn)彈性狀態(tài)。

(2)從歷年蓄水、水位下降、正常水位運(yùn)行過(guò)程中大壩徑向位移變形比較,大壩整體變形的增量有逐年減小的趨勢(shì),而且9～19號(hào)壩段表現(xiàn)的尤為明顯,高高程表現(xiàn)為更加明顯。

(3)從歷年蓄水、水位下降、正常水位運(yùn)行過(guò)程中大壩徑向位移變形比較分析,大壩徑向位移變形除與庫(kù)水位相關(guān)外,還與水位變化時(shí)間、水位變化速率、變形滯后性等因素相關(guān)。

(4)由于篇幅有限,本文只針對(duì)了大壩徑向位移進(jìn)行了比較,后續(xù)將深入研究分析,并根據(jù)大壩變形的影響因子,包括水位變化過(guò)程、水位變化速率、平均溫度場(chǎng)、材料的塑形、徐變等,建立大壩變形預(yù)測(cè)模型。

[1] 陳曉鵬, 阮彥晟. 錦屏一級(jí)水電站拱壩初期蓄水垂線監(jiān)測(cè)成果分析[J]. 四川水力發(fā)電, 2014, 33(增1)： 128- 131．

[2] 周綠, 羅浩, 李守雷, 等. 錦屏一級(jí)水電站安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)[J]. 科技信息, 2016(12)： 41- 43．

[3] 李波, 周恒, 胡蕾, 等. 溪洛渡高拱壩運(yùn)行初期應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)資料分析[J]. 水力發(fā)電, 2017, 43(7): 108- 111．

[4] 李步娟, 劉新平, 方朝陽(yáng). 拱壩變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究[J]. 水利水電技術(shù), 1996(7)： 10- 15．

[5] 張家鶴, 王建, 柴麗沙. 混凝土壩變形滯后特征及壩型對(duì)其的影響研究[J]. 水工建筑物, 2015(4)： 9- 13．