仙居縣抽水蓄能電站地下廠房監(jiān)測布置及成果分析

高小婭，董 堅，王 強，褚高強，聶洋波

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.臺州市水利局，浙江 臺州 318000；3.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；4.江西省水投疏浚有限公司，江西 南昌 330025）

1 問題的提出

仙居縣抽水蓄能電站水利工程的安全施工過程需要進行監(jiān)測，尤其是地下工程的開挖。本電站總裝機容量1500 MW，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站主要建筑物包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關(guān)站等。輸水系統(tǒng)、地下廠房布置于上下水庫之間的山體內(nèi)，地面開關(guān)站布置在廠房下游地面山坡上。地下廠房洞室群位于輸水系統(tǒng)中部，由主副廠房洞、主變洞、母線洞、尾水事故閘門洞、出線斜井、通風(fēng)兼安全洞及進廠交通洞等組成。地下廠房開挖中，會引起圍巖應(yīng)力應(yīng)變，過大的變形對洞室穩(wěn)定不利。為了了解施工期間及運行期的圍巖的狀態(tài)，根據(jù)需要布置監(jiān)測儀器。在為施工及設(shè)計、運行提供數(shù)據(jù)的同時，也為類似抽水蓄能電站積累資料和經(jīng)驗。

2 工程概況

浙江省仙居縣抽水蓄能電站位于仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺375 MW立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為1500 MW，年平均發(fā)電量為 25.125 億 kW · h，年平均抽水電量 32.630 億 kW · h。電站對外交通便利，距臺州市、金華市分別為136，138 km。

電站主要建筑物包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關(guān)站等。本工程屬Ⅰ等大（1）型工程。上水庫大壩、輸水系統(tǒng)、地下廠房、開關(guān)站、下庫泄放洞等主要永久性建筑物按1級建筑物設(shè)計，次要永久性建筑物按3級建筑物設(shè)計。

3 地下廠房監(jiān)測布置

3.1 圍巖變形、支護應(yīng)力監(jiān)測

為監(jiān)測高邊墻大跨度的地下洞室的工作狀態(tài)，在主廠房設(shè)3個主觀測斷面，1#機組中心線廠左0+000.00 m，廠右0+041.00 m，安裝場廠右0+110.00 m，布置多點變位計、錨桿應(yīng)力計。在主變洞設(shè)3個主觀測斷面，樁號同主廠房，布置多點變位計和錨桿應(yīng)力計。在尾閘洞設(shè)2個主觀測斷面，布置在1#機組中心線廠左0+000.00 m，廠右0+041.00 m，布置錨桿應(yīng)力計。在1#、3#母線洞廠下0+012.20 m和廠下0+047.50 m布置2個監(jiān)測斷面，布置錨桿應(yīng)力計。

在主廠房每個主觀測斷面布置7套多點位移計，其中頂拱及左右拱肩共3套，左右邊墻各2套。在安裝場主觀測斷面布置3套多點位移計，其中頂拱及左右拱肩各1套。其中有條件從排水廊道中向主廠房預(yù)埋多點位移計的部位，在洞室開挖前鉆孔埋設(shè)，以了解洞室開挖全過程圍巖變形情況，在PS1 - 1、PS1 - 2和PS2 - 1上、中層排水廊道探洞共預(yù)埋8套多點變位計。

為了檢驗錨桿的應(yīng)力情況，在主廠房觀測斷面布置8套錨桿應(yīng)力計，其中頂拱及左右拱肩共3套，邊墻5套，以量測錨桿的伸長量和張拉力，錨桿應(yīng)力計均為2點式；安裝場監(jiān)測斷面布置5套2點式錨桿應(yīng)力計，其中頂拱及左右拱肩分別布置1套，上、下游邊墻各1套。為了檢驗主廠房張拉錨索的受力情況，在主廠房廠左（右）0+000.00 m和廠右0+041.00 m斷面的上下游邊墻共布置4套錨索測力計。在主變洞廠左（右）0+000.00 m觀測斷面布置5套錨桿應(yīng)力計，頂拱1套，上下游邊墻各2套，廠右0+110.00 m布置3套錨桿應(yīng)力計，頂拱及左右拱肩各1套。在尾閘洞廠左（右）0+000.00 m和廠右0+041.00 m各布置1個錨桿應(yīng)力計觀測斷面，頂拱布置1套，左右邊墻各2套。

另外，在主廠房下游邊墻樁號廠右0+075.00 m處另外增設(shè)1組三點式錨桿應(yīng)力計。

在1#、3#母線洞監(jiān)測斷面上在頂拱及兩側(cè)邊墻上各布置1支2點式錨桿應(yīng)力計。

3.2 外水壓力監(jiān)測

為了解排水孔及排水廊道的排水效果，掌握廠房附近巖體中外水壓力變化情況，在地下廠房和主變洞的排水廊道中共布置測壓管（內(nèi)置滲壓計）和量水堰。

在地下廠房上層排水廊道布置了11支測壓管，在中層排水廊道布置6支測壓管、2支滲壓計，觀測外水壓力；在下層排水廊道集水井前布置2個量水堰，觀測滲漏量。

3.3 巖壁吊車梁監(jiān)測

巖壁吊車梁的觀測項目包括：錨桿的應(yīng)力和應(yīng)變；圍巖的應(yīng)力和應(yīng)變；巖壁吊車梁的應(yīng)力和應(yīng)變以及巖壁吊車梁與圍巖之間可能出現(xiàn)的縫隙。主要是在廠左0+000.00 m，廠右0+052.00 m，廠右0+110.00 m布置錨桿應(yīng)力計、測縫計、鋼筋計、壓應(yīng)力計。

巖壁吊車梁共布置18套錨桿應(yīng)力計、12支測縫計、24支鋼筋計和12支壓應(yīng)力計。

3.4 尾水管監(jiān)測

在廠房1#、3#尾水管各布置1個監(jiān)測斷面，在每個監(jiān)測斷面內(nèi)布置鋼筋計、鋼管測縫計、五向應(yīng)變計和無應(yīng)力計，監(jiān)測尾水管混凝土應(yīng)力應(yīng)變、混凝土中鋼筋應(yīng)力、尾水管與混凝土之間的縫隙變化情況。共布置鋼筋計12支、鋼管縫隙計4支、五向應(yīng)變計4組，無應(yīng)力計4支。

3.5 廠房蝸殼監(jiān)測

在廠房1#、3#蝸殼分別布置3個、2個監(jiān)測斷面，在每個監(jiān)測斷面內(nèi)布置鋼筋計、鋼管測縫計、五向應(yīng)變計、無應(yīng)力計和鋼板應(yīng)力計，監(jiān)測蝸殼混凝土應(yīng)力應(yīng)變、混凝土中鋼筋應(yīng)力、蝸殼與混凝土之間的縫隙變化情況。共布置鋼筋計23支、鋼管縫隙計17支、五向應(yīng)變計5組，無應(yīng)力計5支，鋼板應(yīng)力計21支。

另外為滿足蝸殼外包混凝土澆筑后內(nèi)外溫差不大于20 ℃的監(jiān)控要求，每臺機的蝸殼外包混凝土內(nèi)部埋設(shè)10支溫度計。

3.6 開關(guān)站邊坡監(jiān)測

為了監(jiān)測500 kV開關(guān)站邊坡開挖過程中的變形、支護受力及地下水位情況，在開關(guān)站邊坡共布置多點變位計4套，錨桿應(yīng)力計6組，錨索測力計4臺，地下水位孔2個。另外，施工開挖時在開口線外側(cè)鎖口錨桿上增設(shè)了8支單點式錨桿應(yīng)力計，為監(jiān)測加強支護的結(jié)構(gòu)受力情況，在樁號開左0+040.00 m，高程240.60 m增設(shè)1臺錨索測力計。

3.7 監(jiān)測系統(tǒng)實施情況

至2017年9月30日，地下廠房安全監(jiān)測系統(tǒng)共安裝測點傳感器數(shù)量1109點（884套/支），其中傳感器類型監(jiān)測儀器損壞45支（套），非傳感器類型監(jiān)測儀器無損壞，傳感器完好數(shù)量為1064點，監(jiān)測儀器設(shè)備總體完好率95%。

4 地下廠房安全監(jiān)測成果分析

4.1 圍巖深部變形

從廠房多點位移計0+000.00 m特征值分布圖（見圖1）和典型測點過程線（見圖2）可知，監(jiān)測期間，廠房圍巖深部位移測值介于- 4.33 ～ 20.07 mm，最大位移20.07 mm發(fā)生在Mcf - 0+000 - 7 - 1測點。目前廠房圍巖深部位移測值介于- 1.13 ～ 20.04 mm，未見明顯異常。

圖1 廠房0+000.00 m斷面多點位移計特征值分布圖

圖2 廠房多點位移計典型測點過程線圖

4.2 支護錨桿應(yīng)力

從廠房錨桿應(yīng)力0+000.00 m特征值分布（見圖3）和典型測點過程線（見圖4）可以看出，監(jiān)測期間，廠房錨桿應(yīng)力介于 - 38.43 ～ 385.37 MPa，Rcf - 0+000 - 3 - 2測點于2013年6月13日達到318.00 MPa，超過儀器量程300.00 MPa，目前廠房錨桿應(yīng)力測值介于 - 3.12 ～ 384.19 MPa，0+041.00 m斷面3#測點超過儀器量程300.00 MPa后，補埋新測點Rcf 0+041 - 3x取代，目前各測點測值較穩(wěn)定，未見異常變化。

圖3 廠房0+000.00 m斷面錨桿應(yīng)力計特征值分布圖

圖4 廠房錨桿應(yīng)力計典型測點過程線圖

由此可見，主副廠房圍巖深部位移測值介于- 4.33 ～20.07 mm，最大位移發(fā)生在Mcf - 0+000 - 7 - 1測點；錨桿應(yīng)力介于- 38.43 ～ 385.37 MPa，最大值發(fā)生在Rcf-0+000 -3 - 2測點，目前廠房圍巖變形和錨桿應(yīng)力測值均較穩(wěn)定，未見異常變化。

5 結(jié) 語

仙居縣抽水蓄能電站安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測項目全面，測點數(shù)量和儀器種類繁多。從監(jiān)測成果看，安全監(jiān)測系統(tǒng)總體工作正常，測值連續(xù)可靠，可作為評價工程安全性態(tài)的依據(jù)。通過對監(jiān)測成果的分析總結(jié)，主要得出以下結(jié)論：

地下廠房洞室群監(jiān)測部位各監(jiān)測項目測值大多很小，僅有主副廠房、主變洞、蝸殼進口段局部測點測值較大。圍巖變形較大值主要集中在廠房上游側(cè)拱腰處及巖錨梁附近，其中最大變形值為20.07 mm。錨桿應(yīng)力計大多呈受拉狀態(tài)，小部分受壓，較大應(yīng)力值主要集中在巖錨梁附近。且變形和應(yīng)力具有明顯的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)進行廠房下層開挖施工時，變形出現(xiàn)明顯的上升趨勢，當(dāng)附近沒有施工或施工影響較小時，變形處于平緩，說明變形和應(yīng)力變化受開挖施工影響較顯著。

綜上可知，目前圍巖變形相對穩(wěn)定，地下系統(tǒng)整體穩(wěn)定性相對較好。地下廠房總體上性態(tài)正常。