善泥坡水電站調(diào)壓井監(jiān)測(cè)資料整編及反饋分析

張忠舉 周 楷 丁 波 周克明 海 濤 錢亞俊

（1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司 四川成都 610000；2.湖北省宜昌市鼎誠(chéng)工程技術(shù)服務(wù)有限公司 湖北宜昌 443000；3.水利部 交通運(yùn)輸部 國(guó)家能源局 南京水利科學(xué)研究院 江蘇南京 210029；4.江蘇南水科技有限公司 江蘇南京 210029）

1 樞紐工程概況

1.1 工程概況

善泥坡水電站位于北盤江干流中游河段，貴州省水城縣境內(nèi)，工程任務(wù)為發(fā)電。電站采用混合式開發(fā)，壩址以上流域面積8 920 km2，多年平均流量為129 m3/s，多年平均徑流量為40.8 億m3。電站水庫(kù)正常蓄水位885 m，總庫(kù)容0.850 億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.428 億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)大機(jī)組2 臺(tái)，單機(jī)容量90 MW，小機(jī)組1 臺(tái)，單機(jī)容量5.5 MW，總裝機(jī)容量185.5 MW，多年平均發(fā)電量6.788 億kW·h，年利用小時(shí)3 659 h，保證出力20.78 MW。

1.2 調(diào)壓井地質(zhì)條件

調(diào)壓井位于渡船寨Ⅵ號(hào)沖溝邊，調(diào)壓井平臺(tái)地面高程918～933 m，場(chǎng)坪標(biāo)高910 m，開挖邊坡高20 m左右。調(diào)壓井處地表相對(duì)平緩，坡面向北盤江緩傾，自然坡角20°左右。調(diào)壓井上部為覆蓋層，成份為黃色黏土夾少量碎石，厚度5～15 m；下部基巖為C3-P1 中厚層炭質(zhì)灰?guī)r。

調(diào)壓井邊坡開挖施工過(guò)程中，由于開挖至910 m高程后覆蓋層邊坡已切腳，導(dǎo)致上部覆蓋層邊坡發(fā)生蠕滑變形，后緣拉裂面位于上部公路后土中，張開寬度10～20 cm，前緣沿覆蓋層與基巖界面有明顯的剪出，施工期對(duì)調(diào)壓井后邊坡采用鋼筋混凝土擋墻進(jìn)行支護(hù)處理，對(duì)調(diào)壓井進(jìn)行了鎖口處理，現(xiàn)邊坡整體穩(wěn)定。調(diào)壓井井筒開挖揭露地層巖性較為復(fù)雜，其中：886～910 m 高程地層巖性為二疊系下統(tǒng)梁山組（P1L）灰白色、褐黃色薄至中厚層石英砂巖夾黑色炭質(zhì)泥頁(yè)巖及薄煤層，強(qiáng)風(fēng)化巖體，巖體多呈松散砂狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低，井筒壁面見(jiàn)多個(gè)滲水、滴水點(diǎn)，圍巖極不穩(wěn)定，屬Ⅴ類圍巖；855～886 m 高程地層巖性為石炭-二疊系過(guò)渡層（C3-P1）中厚至厚層炭質(zhì)泥巖、砂巖及炭質(zhì)泥灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化巖體，巖體呈碎裂-散體結(jié)構(gòu)，圍巖極不穩(wěn)定，屬Ⅴ類圍巖；855 m 高程至調(diào)壓井底板地層巖性為石炭系馬平群（C3 m）灰白色厚層塊狀灰?guī)r，其中，850~855 m 高程巖體溶蝕嚴(yán)重，巖體破碎，屬?gòu)?qiáng)溶蝕帶，圍巖極不穩(wěn)定，屬Ⅴ類圍巖；830～850 m 高程為弱風(fēng)化巖體，裂隙及巖溶較發(fā)育，巖體較破碎，呈塊狀碎裂結(jié)構(gòu)，不穩(wěn)定，屬Ⅳ類圍巖；830 m 高程以下為微新巖體，裂隙發(fā)育中等，呈塊裂結(jié)構(gòu)，局部穩(wěn)定性差，屬Ⅲ類圍巖。調(diào)壓井筒總體上巖體風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化最大深度達(dá)60 m，圍巖不穩(wěn)定，一期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿噴混凝土支護(hù)，大多數(shù)井筒段還增加鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)。

2 調(diào)壓井監(jiān)測(cè)儀器的布置

調(diào)壓井布置在渡船寨崩塌堆積體中的Ⅵ號(hào)沖溝旁，井筒襯后直徑23 m，底板高程840 m，調(diào)壓井平臺(tái)高程913 m。井筒段上部約10 m 厚巖性為C3-P1 中厚至厚層炭質(zhì)灰?guī)r，10 m 以下為C3 m 淺灰色、灰白色厚層塊狀灰?guī)r。進(jìn)口及之下13 m 高井筒處弱風(fēng)化基巖中，以下至井底為微新巖體。根據(jù)鉆孔波速測(cè)試，調(diào)壓井區(qū)C3 m 地層新鮮巖體波速平均值5 178 m/s，完整性系數(shù)為0.73，為較完整巖體。巖溶較發(fā)育，主要巖溶形態(tài)為小溶洞、溶隙。調(diào)壓井圍巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體呈次塊狀結(jié)構(gòu)，以Ⅲ類圍巖為主，局部穩(wěn)定性差，開挖后需及時(shí)支護(hù)。

調(diào)壓井圍巖變形監(jiān)測(cè)具體為：選取在902.0 m 高程（距進(jìn)口之下8 m）的弱風(fēng)化基巖處設(shè)置斷面1-1、調(diào)壓井井筒中部877.0 m 高程處設(shè)置斷面2-2 以及井筒下部858.5 m 高程處設(shè)置斷面3-3 進(jìn)行井筒圍巖變形監(jiān)測(cè)和襯砌結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。每個(gè)斷面均設(shè)置2 套4 點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行圍巖內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)，多點(diǎn)位移計(jì)鉆孔深度取1～1.5 倍洞徑25 m；在每個(gè)斷面布置1 支錨桿應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)支護(hù)措施受力情況。

調(diào)壓井結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)具體為：選取調(diào)壓井井筒上的1-1 斷面和3-3 斷面布置鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況，布置測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)圍巖和混凝土二者結(jié)合情況，布置滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)圍巖外水壓力情況。選取在調(diào)壓井阻抗板上布置鋼筋計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)對(duì)阻抗板結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在阻抗板底部布置滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)其承受圍巖外水壓力情況。

共計(jì)6 套多點(diǎn)位移計(jì)，2 支錨桿應(yīng)力計(jì)，15 支鋼筋計(jì)，4 支單向應(yīng)變計(jì)，4 套無(wú)應(yīng)力計(jì)，2 支滲壓計(jì)；4支測(cè)縫計(jì)。

3 調(diào)壓井監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 圍巖穩(wěn)定

調(diào)壓井在豎井段布置了4 套4 點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)和2 支錨桿測(cè)力計(jì)進(jìn)行開挖變形監(jiān)測(cè)。

3.1.1 調(diào)壓井豎井段多點(diǎn)位移計(jì)

調(diào)壓井豎井共布設(shè)了4 支4 點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，編號(hào)分別為M4TYJ-1～M4TYJ-2、M4TYJ-3～M4TYJ-4，分別埋設(shè)在調(diào)壓井豎井段高程902.00 m 和高程877.00 m斷面處。其中多點(diǎn)位移計(jì)M4TYJ-2 自2014年11月9日起儀器失效。

1）特征值分析

豎井段多點(diǎn)位移計(jì)最大值為21.63mm（2014年3月13日），發(fā)生在豎井段高程877.00 m 斷面處（多點(diǎn)位移計(jì)M4TYJ-3 距孔口25.0 m 處），最小測(cè)值為-0.22 mm（2012年11月5日），發(fā)生在豎井段高程877.00 m 斷面處（多點(diǎn)位移計(jì)M4TYJ-3 距孔口2.0 m 處）；位移平均值小于5 mm 的測(cè)點(diǎn)占62.50%，位移平均值介于5~10mm的測(cè)點(diǎn)占18.75%，位移平均值介于10~20mm 的測(cè)點(diǎn)占18.75%[1]。

2）變化規(guī)律分析

從特征值表看，多點(diǎn)位移計(jì)的測(cè)值均在20 mm 以下，位移均不大，且都指向調(diào)壓井井筒內(nèi)。從多點(diǎn)位移計(jì)的過(guò)程線看，測(cè)點(diǎn)測(cè)值連續(xù)，僅在特殊的施工情況下（2013年7月，豎井段混凝土澆筑完成；2014年6月，調(diào)壓井灌漿結(jié)束），測(cè)值有相對(duì)較大的波動(dòng)；同一多點(diǎn)位移計(jì)不同測(cè)點(diǎn)之間位移差相對(duì)穩(wěn)定，巖層之間沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)和脫離趨勢(shì)，豎井段圍巖穩(wěn)定。

3.1.2 調(diào)壓井豎井段錨桿應(yīng)力計(jì)

調(diào)壓井豎井段共布設(shè)了2 支錨桿測(cè)力計(jì)，編號(hào)分別為PRTYJ-1 和PRTYJ-2，分別埋設(shè)在調(diào)壓井豎井段高程902.00 m 和高程877.00 m 斷面處。錨桿測(cè)力計(jì)拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。

1）特征值分析

錨桿測(cè)力計(jì)最大測(cè)值僅為100.19 MPa（2014年1月19日），發(fā)生在調(diào)壓井豎井段高程877.00 m 斷面處（錨桿測(cè)力計(jì)PRTYJ-2 處）；兩側(cè)點(diǎn)的平均值分別是51.52 MPa 和63.37 MPa 之間。

2）變化規(guī)律分析

從特征值可以看出，豎井段錨桿的應(yīng)力均不大，且都是受拉應(yīng)力。從過(guò)程線可以看出，在2013年7月，豎井段混凝土澆筑完成和2014年6月，調(diào)壓井灌漿結(jié)束兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，錨桿測(cè)力計(jì)的測(cè)值變化較大，與相應(yīng)位置的多點(diǎn)位移計(jì)變化規(guī)律一致，后期錨桿應(yīng)力趨于穩(wěn)定，且有一定的周期性，但是變幅不明顯。

3.2 結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

3.2.1 測(cè)縫計(jì)

調(diào)壓井測(cè)縫計(jì)共有4 支，編號(hào)分別為JTYJ1-1、JTYJ1-2、JTYJ3-1～JTYJ3-2，分別布設(shè)在調(diào)壓井高程902.00 m 和高程858.00 m 下游側(cè)、右側(cè)襯砌與圍巖接觸縫處。其中測(cè)縫計(jì)JTYJ3-2 自2015年1月11日不能正常觀測(cè)。

1）特征值分析

調(diào)壓井測(cè)縫計(jì)最大開合度為1.99 mm（2014年6月17日），發(fā)生在調(diào)壓井高程902.00 m 右側(cè)襯砌與圍巖接觸縫處（測(cè)點(diǎn)JTYJ1-2 處），最小開合度為-0.48 mm（2015年3月29日），發(fā)生在調(diào)壓井高程902.00 m 下游側(cè)襯砌與圍巖接觸縫處（測(cè)點(diǎn)JTYJ1-1 處），各測(cè)點(diǎn)的平均值介于-0.26 至1.12mm 之間，變幅在0.22 至2.17mm之間。

2）變化規(guī)律分析

從特征值表看出，調(diào)壓井縫位移均較小，僅有調(diào)壓井高程902.00 m 右側(cè)襯砌與圍巖的接觸縫（測(cè)點(diǎn)JTYJ1-2 處）是張拉的，且最大張拉值在2 mm 以下。其余測(cè)點(diǎn)處縫均受擠壓。從過(guò)程線看，調(diào)壓井右側(cè)襯砌與圍巖的接觸縫變形（測(cè)點(diǎn)JTYJ1-2 和測(cè)點(diǎn)JTYJ3-2）受溫度影響較小，其中，測(cè)點(diǎn)JTYJ1-2 在2014年6月份測(cè)值存在突變，該時(shí)間段調(diào)壓井灌漿結(jié)束，后期測(cè)值平穩(wěn)，位移維持在2 mm 左右，波動(dòng)小。調(diào)壓井下游側(cè)襯砌與圍巖的接觸縫變形（測(cè)點(diǎn)JTYJ1-1 和測(cè)點(diǎn)JTYJ3-1）受溫度影響明顯，溫度降低，縫擠壓的趨勢(shì)越大[2]。

3.2.2 鋼筋計(jì)

調(diào)壓井共布設(shè)鋼筋計(jì)14 支，編號(hào)為RTYJ1-1～RTYJ 1-4、RTYJ3-1～RTYJ3-6 和RTYJ4-1～RTYJ 4-4。

1）特征值分析

調(diào)壓井鋼筋計(jì)最大測(cè)值為38.43 MPa（2015年1月4日），發(fā)生在調(diào)壓井高程858.00m 下游側(cè)調(diào)壓井襯砌內(nèi)層鋼筋上（鋼筋計(jì)RTYJ3-3 處），最小值為-9.52 MPa（2013年7月9日），發(fā)生在調(diào)壓井高程902.00m 下游側(cè)調(diào)壓井襯砌內(nèi)層鋼筋上（鋼筋計(jì)RTYJ1-2 處）；測(cè)點(diǎn)的平均值介于3.97 至25.96 MPa 之間，最大變幅為38.43 MPa。

2）變化規(guī)律分析

從鋼筋計(jì)的當(dāng)前值和平均值可以看出，調(diào)壓井的鋼筋幾乎都受拉力作用。從過(guò)程線可以看出，調(diào)壓井鋼筋計(jì)的測(cè)值變化規(guī)律都相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)小，且鋼筋的應(yīng)力一定程度上受到了溫度的影響，特別是外層的鋼筋尤為明顯，呈周期性變化，且變幅相對(duì)較大，如外層 鋼 筋 測(cè) 點(diǎn)RTYJ1-1、RTYJ1-3、RTYJ3-1 和 測(cè) 點(diǎn)RTYJ3-4，而豎井段內(nèi)層鋼筋和阻抗板的鋼筋測(cè)值波動(dòng)小，周期性不明顯。

3.2.3 滲壓計(jì)

調(diào)壓井共布設(shè)2 支滲壓計(jì)，編號(hào)分別為PTYJ3-1和PTYJ4-1，對(duì)應(yīng)埋設(shè)在高程858.50 m 上游側(cè)調(diào)壓井襯砌與圍巖結(jié)合處以及阻抗板底板入圍巖0.3 m 處。

1）特征值分析

滲壓計(jì)最大水頭為21.22 m（2014年12月29日），發(fā)生于阻抗板底板（滲壓計(jì)PTYJ4-1 處），最小測(cè)值為-5.10 m（2013年5月29日），發(fā)生在上游側(cè)調(diào)壓井襯砌與圍巖結(jié)合處（滲壓計(jì)PTYJ3-1 處），兩支滲壓計(jì)的水頭平均值分別為0.83 m 和0.63 m。

2）變化規(guī)律分析

由其過(guò)程線可以看出，調(diào)壓井滲壓計(jì)的測(cè)值在水庫(kù)開始蓄水過(guò)程中測(cè)值變化較大，庫(kù)水位穩(wěn)定之后，滲壓計(jì)的測(cè)值變化規(guī)律較為平穩(wěn)，且值較小，水頭分別維持在2 m 和1 m 左右，可推斷調(diào)壓井圍巖和阻抗板底部滲壓均較小，不存在滲流問(wèn)題。

3.2.4 無(wú)應(yīng)力計(jì)及單向應(yīng)變計(jì)

調(diào)壓井共布設(shè)4 支無(wú)應(yīng)力計(jì)和4 支應(yīng)變計(jì)，編號(hào)分別 為：NTYJ1-1、NTYJ3-1、NTYJ4-1、NTYJ4-2 和STYJ1-1、STYJ1-2、STYJ3-1、STYJ3-2，埋設(shè)在同一位置的無(wú)應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)分別有：NTYJ1-1 和STYJ1-2、NTYJ3-1 和STYJ3-2。無(wú)應(yīng)力計(jì)NTYJ4-2 自2014年4月6日以后無(wú)觀測(cè)值。

1）特征值分析

應(yīng)變計(jì)最大應(yīng)變值為322.22 με（2013年7月9日），最小應(yīng)變值為-222.24 με（2015年2月9日），均發(fā)生在調(diào)壓井高程902.00 m 下游側(cè)襯砌靠外墻處（應(yīng)變計(jì)STYJ1-1 處），各測(cè)點(diǎn)的平均值在-72.16 至166.22 με 之間。

無(wú)應(yīng)力計(jì)最大應(yīng)變值為232.95 με（2013年5月29日），發(fā)生在調(diào)壓井高程858.50 m 右側(cè)調(diào)壓井襯砌內(nèi)（無(wú)應(yīng)力計(jì)NTYJ3-1 處），最小應(yīng)變值為-191.78 με（2016年2月13日），發(fā)生在調(diào)壓井高程902.00 m 右側(cè)調(diào)壓井襯砌內(nèi)（無(wú)應(yīng)力計(jì)NTYJ1-1 處），各測(cè)點(diǎn)的平均值在-100.18 至-7.39 με 之間。

2）變化規(guī)律分析

從過(guò)程線可以看出，調(diào)壓井襯砌的應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)的測(cè)值連續(xù)，規(guī)律穩(wěn)定，不存在異常突變，混凝土襯砌受力正常；從同一位置的應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)對(duì)比來(lái)看，調(diào)壓井的荷載相對(duì)較為穩(wěn)定，變形主要受溫度和混凝土自身的體積變形引起。

3.2.5 表面觀測(cè)墩

表面觀測(cè)墩共有7 個(gè)，編號(hào)為TPTYJ-1～TPTYJ-5、TPTYJ-6～TPTYJ-7，分別布設(shè)在調(diào)壓井調(diào)壓井開挖平臺(tái)邊坡和調(diào)壓井井口邊緣。其中觀測(cè)墩TPTYJ-2 損壞不能觀測(cè)。

從觀測(cè)墩TPTYJ-1～TPTYJ-5 過(guò)程線可以看出，調(diào)壓井開挖平臺(tái)邊坡表面觀測(cè)墩位移前期變化較大，后期測(cè)值相對(duì)平穩(wěn)，不存在增長(zhǎng)趨勢(shì)，且X 向位移都指向河床方向，Y 向位移都指向下游，觀測(cè)墩的矢量位移大小在10 至50 mm 之間；其中觀測(cè)墩TPTYJ-1 的X向位移在2012年7月底測(cè)值突然增大，但是后期位移基本保持不變，調(diào)壓井邊坡不存在失穩(wěn)問(wèn)題。從觀測(cè)墩TPTYJ-6～TPTYJ-7 過(guò)程線可以看出，調(diào)壓井井口邊緣的X、Y 向位移均較小，X 向變形存在增大趨勢(shì)，但是目前矢量位移的大小在2 至8 mm 之間跳動(dòng)，井口變形較小，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)問(wèn)題，后期宜加強(qiáng)對(duì)這兩個(gè)觀測(cè)墩的監(jiān)測(cè)即可[3]。

4 結(jié)論

通過(guò)監(jiān)測(cè)資料分析，調(diào)壓井豎井段變形和錨桿受力均不大，豎井段混凝土澆筑完成以及調(diào)壓井灌漿時(shí)期，圍巖變形和受力有所波動(dòng)，但是巖層之間沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)和脫離趨勢(shì)，圍巖穩(wěn)定；調(diào)壓井結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)測(cè)值變化規(guī)律相對(duì)較為穩(wěn)定，波動(dòng)小，結(jié)構(gòu)安全，調(diào)壓井在施工及運(yùn)行期的觀測(cè)資料分析表明：調(diào)壓井結(jié)構(gòu)是在安全、正常的狀況下運(yùn)行的，同時(shí)各種觀測(cè)資料為我們提供了調(diào)壓井當(dāng)前狀況的科學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)、施工方案和技術(shù)措施進(jìn)行校核驗(yàn)證，并為今后的設(shè)計(jì)積累一定的經(jīng)驗(yàn)[4]。