某抽水蓄能電站下水庫進(jìn)出水口變形規(guī)律分析

單海年，張黎明

［南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇省南京市 211000 ]

0 引言

某抽水蓄能電站下水庫進(jìn)出水口開挖邊坡高，最大坡高達(dá)75m，且?guī)r體整體性差、構(gòu)造多，對(duì)開挖施工安全產(chǎn)生較大風(fēng)險(xiǎn)[1]。為準(zhǔn)確掌握邊坡體變形規(guī)律，確保邊坡體的順利開挖，設(shè)計(jì)了壩體內(nèi)觀變形監(jiān)測項(xiàng)目；隨著邊坡體的開挖，出現(xiàn)較大環(huán)向裂縫變形[2]，為全面掌握變形規(guī)律，創(chuàng)造性的在進(jìn)出水口邊坡體增設(shè)了視準(zhǔn)線外觀監(jiān)測項(xiàng)目，與內(nèi)觀監(jiān)測相互結(jié)合[3]，為邊坡體順利開挖提供準(zhǔn)確、可靠的監(jiān)測成果。

視準(zhǔn)線[4]監(jiān)測方式為土石壩壩體的平面變形常用監(jiān)測手段[5]，截至目前，除該項(xiàng)目外尚未見到應(yīng)用到邊坡巖體變形測量案例。下水庫進(jìn)出水口呈U字形布設(shè)，兩側(cè)均為山體，但最大覆蓋層厚度達(dá)到5m，因此兩側(cè)工作基點(diǎn)均增加20m深鋼管樁施工措施及采用施工控制網(wǎng)定期進(jìn)行校測、修正，從而最大限度的減小了工作基點(diǎn)基礎(chǔ)不穩(wěn)可能產(chǎn)生的測量誤差。通過內(nèi)外觀測量成果的相互印證，為邊坡體順利開挖提供了有效的技術(shù)支持。本文通過創(chuàng)造性的在進(jìn)出水口增設(shè)了外觀監(jiān)測項(xiàng)目，與內(nèi)觀結(jié)合分析，起到了很好的效果，可為今后在類似工程提供參考。

1 工程概況

某抽水蓄能電站位于江蘇省，電站總裝機(jī)容量1500MW，6臺(tái)機(jī)組，本工程屬大（1）型一等工程。電站樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房（含地面開關(guān)站及副廠房）及下水庫等4部分組成[6]。

上水庫由165m高主壩和2座副壩、庫岸及庫底防滲體系組成，上水庫正常蓄水位291.00m，調(diào)節(jié)庫容1195.9萬m3，主副壩均為混凝土面板堆石壩，環(huán)庫軸線總長（含壩頂部分）2417.05m。

下水庫與沙河水庫為鄰，在河流堆積階地、寬緩淺沖溝和殘丘處開挖而成，主要建筑物由均質(zhì)土壩、泄洪閘、補(bǔ)水建筑物及庫岸等組成，下水庫正常蓄水位19.00m，調(diào)節(jié)庫容1195萬m3；輸水系統(tǒng)采取一洞三機(jī)聯(lián)合供水方式，地下廠房垂直埋深約240～290m。

2 監(jiān)測設(shè)計(jì)

2.1 內(nèi)觀監(jiān)測設(shè)計(jì)

下水庫進(jìn)出水口5-5監(jiān)測斷面（岸1+897）設(shè)置內(nèi)部巖體變形、支護(hù)應(yīng)力、地下水位及坡頂接縫等監(jiān)測項(xiàng)目，布設(shè)2套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、6支錨桿應(yīng)立計(jì)、3個(gè)地下水位觀測孔、2支表面測縫計(jì)，測點(diǎn)布設(shè)及斷面情況詳見圖1。

2.2 外觀設(shè)計(jì)

在2012年9月，下水庫環(huán)庫公路（25m）以下開挖至15m高程時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出水口及兩側(cè)庫岸邊坡出現(xiàn)多條裂縫，并有貫穿性裂縫存在。根據(jù)已有監(jiān)測成果并結(jié)合巖體性狀分析，產(chǎn)生的原因是該部位的巖體比較破碎、節(jié)理比較發(fā)育以及環(huán)庫公路以下與尾水主洞開挖施工導(dǎo)致。由于該部位僅有5-5監(jiān)測斷面，監(jiān)測范圍有限，且環(huán)庫公路以下最深處有35m未開挖，為準(zhǔn)確掌握巖體在后期開挖期間的變化規(guī)律、趨勢，為工程的安全提供有力技術(shù)支撐，在進(jìn)出水口增設(shè)1條視準(zhǔn)線，監(jiān)測進(jìn)出水口庫岸邊坡在開挖期間向臨空面的位移變化情況。共計(jì)布設(shè)6個(gè)測點(diǎn)、2個(gè)工作基點(diǎn)，由于該部位覆蓋層較厚，為準(zhǔn)確掌握變化規(guī)律，工作基點(diǎn)采取布設(shè)20m深φ90鉆孔鋼管樁措施，其中X1-3測點(diǎn)對(duì)應(yīng)內(nèi)觀監(jiān)測5-5監(jiān)測斷面。外觀測點(diǎn)布設(shè)圖平面圖見圖2、剖面圖見圖3[7]。

圖1 某抽水蓄能電站下水庫進(jìn)出水口典型斷面監(jiān)測布置圖Figure 1 Typical section monitoring layout of water inlet and outlet in lower reservoir of a pumped storage power station

圖2 進(jìn)出水口邊坡體視準(zhǔn)線變形監(jiān)測布置平面圖Figure 2 Layout plan of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

圖3 下水庫進(jìn)出水口邊坡體視準(zhǔn)線變形監(jiān)測布置剖面圖Figure 3 Layout section of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

3 內(nèi)外觀監(jiān)測成果分析

3.1 內(nèi)觀監(jiān)測成果分析

5-5斷面的多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測成果表明，2012年8月前環(huán)庫公路上方開挖時(shí)期，▽35m高程的邊坡巖壁最大位移量不超過18mm，且變形趨勢相對(duì)較緩。公路以下邊坡開挖卸荷后，該高程巖體再次出現(xiàn)加速變形，最大日均變形速率可達(dá)0.44mm/d，遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)日均變形速率警戒值（0.15mm/d）；在2012年年底及2013年年初期間受下臥開挖以及①尾水主洞出口段開挖影響，該部位巖體持續(xù)呈超設(shè)計(jì)警戒值增長狀況，正因該部位的圍巖變形持續(xù)不能趨穩(wěn)、收斂，后增設(shè)相應(yīng)的錨筋樁、錨索、網(wǎng)格梁以及貼坡混凝土等支護(hù)措施[8]；2013年4月①尾水主洞出口段開挖全部完成，且支護(hù)措施以及邊坡體后期增設(shè)的支護(hù)措施基本實(shí)施完成，此時(shí)圍巖變形開始趨緩，當(dāng)月的日均變形速率下降至0.08mm/d，可見該部位整體支護(hù)措施對(duì)圍巖維穩(wěn)發(fā)揮了很好的作用，此時(shí)該高程巖壁最大累計(jì)位移達(dá)到65.3mm；至2014年3月底累積最大位移值為68.4mm，變形已經(jīng)穩(wěn)定，過程線圖見圖4。

圖4 進(jìn)出水口環(huán)庫公路以上35m高程多點(diǎn)位移計(jì)過程線圖Figure 4 Process line diagram of multi-point displacement meter above EL.35m on ring road of water inlet and outlet

在進(jìn)水口邊坡開挖時(shí)期，環(huán)庫公路下方邊坡變形量相對(duì)稍大，進(jìn)水口開挖基本完成時(shí)，▽20m高程巖壁最大累計(jì)位移量達(dá)到64.7mm左右，占到總位移量的90%以上。開挖過程中的巖體變形速率也較高，2012年12月期間日均變形速率曾一度達(dá)到1mm/d，此時(shí)主要受尾水主洞出口段開挖影響所致；隨著開挖結(jié)束以及相應(yīng)支護(hù)措施的跟進(jìn)，該部位的巖體也即趨于平穩(wěn)，2013年4月后日均變形速率在設(shè)計(jì)警戒值以內(nèi)變化。目前變形已穩(wěn)定，至2014年3月底累積最大位移量為70.5mm，過程線圖見圖5[9]。

圖5 下水庫進(jìn)出水口環(huán)庫公路以下20m高程多點(diǎn)位移計(jì)過程線圖Figure 5 Process line diagram of multi-point displacement meter below EL.20m on ring road of water inlet and outlet

3.2 外觀監(jiān)測成果分析

環(huán)庫公路外觀測點(diǎn)于2012年11月初布設(shè)，測量至2014年3月結(jié)束，測點(diǎn)變化規(guī)律與內(nèi)觀測點(diǎn)一致，同樣與開挖進(jìn)程息息相關(guān)，隨著進(jìn)出水口邊坡開挖支護(hù)完成，變形開始趨緩。最大累積位移值為57.4mm，為X1-3測點(diǎn)，測點(diǎn)與5-5監(jiān)測斷面對(duì)應(yīng)。過程線圖見圖6。

3.3 內(nèi)外觀監(jiān)測成果綜合分析

由于外觀測點(diǎn)起測晚，且與5-5內(nèi)觀斷面對(duì)應(yīng)的測點(diǎn)僅為X1-3測點(diǎn)，因此，取X1-3外觀測點(diǎn)與內(nèi)觀測點(diǎn)同時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，各測點(diǎn)累積位移量值統(tǒng)計(jì)表見表1。

圖6 下水庫進(jìn)出水口環(huán)庫公路25m高程外觀測點(diǎn)過程線圖Figure 6 Process line diagram of appearance deformation measuring points at EL.25m on ring road of water inlet and outlet

表1 下水庫進(jìn)出水口同斷面內(nèi)外觀測點(diǎn) 同時(shí)段累積位移量值統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of accumulated displacement of observation points in the same section

通過內(nèi)觀外數(shù)據(jù)對(duì)比看，整體變化量級(jí)一致，符合一般規(guī)律。最小的為環(huán)庫公路以上35m高程測點(diǎn)，該部位測值稍小的主要原因是：該部位環(huán)庫公路寬度有17m，對(duì)抑制上部的變形起到一定作用。外觀測點(diǎn)與下部內(nèi)觀測點(diǎn)位移量差距較小，且內(nèi)觀測點(diǎn)稍小于外觀測點(diǎn)，主要原因是：內(nèi)觀測點(diǎn)基于28m深處為相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)所測量的成果，但實(shí)際該部位仍會(huì)存在少量的位移，導(dǎo)致測值稍小于外觀測點(diǎn)。

3.4 小結(jié)

通過布設(shè)內(nèi)外觀監(jiān)測手段，監(jiān)測進(jìn)出水口邊坡體變形發(fā)展趨勢，進(jìn)行相互印證的同時(shí)，進(jìn)一步說明邊坡體開挖至今內(nèi)觀變形監(jiān)測成果測值是可信的。視準(zhǔn)線監(jiān)測手段通常用于土石壩壩體變形監(jiān)測，目前尚未遇到布設(shè)于進(jìn)出水口邊坡體開挖監(jiān)測實(shí)用案例，為今后此類工程項(xiàng)目的實(shí)施積累經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

邊坡體變形往往主要形成于施工開挖期，因此，變形監(jiān)測是邊坡體開挖期重點(diǎn)監(jiān)控項(xiàng)目[10]。本項(xiàng)目通過打破常規(guī)思維部署，在進(jìn)出水口邊坡體開挖過程中布設(shè)視準(zhǔn)線監(jiān)測項(xiàng)目，與內(nèi)觀監(jiān)測儀器相互印證同時(shí)，進(jìn)一步說明監(jiān)測數(shù)據(jù)成果的可靠性，為工程的安全、技術(shù)決策提供重要支撐，確保了后期開挖過程的安全，同時(shí)也為今后類似項(xiàng)目施工期監(jiān)測提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。