老撾南歐江六級水電站大壩土工膜面板水下檢查

張冀

（中國電建集團海外投資有限公司，北京，100048）

1 工程概況

南歐江六級水電站位于老撾豐沙里省境內，是南歐江河流規(guī)劃中第六個梯級。工程開發(fā)任務以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位510 m，相應庫容4.09×108m3，死水位490 m，死庫容1.63×108m3，調節(jié)庫容2.46×108m3，具有季調節(jié)性能。電站裝機容量180 MW，多年平均發(fā)電量6.57 億kWh。電站于2015年10月8日下閘蓄水，2016年4月全部機組投產發(fā)電，同年12月竣工驗收。

工程主要建筑物包括復合土工膜面板堆石壩、左岸引水系統(tǒng)及地面廠房、右岸溢洪道、放空洞工程等。工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物（擋水、泄洪和引水發(fā)電建筑物）級別為2級，次要建筑物級別為3級。

復合土工膜面板堆石壩壩高85 m，壩頂長362 m，大壩為軟巖筑壩，軟巖填筑比例達81%，為已建世界最高土工膜面板堆石壩，也是軟巖填筑比例最大的面板堆石壩。

2 大壩結構特性及土工膜修補情況

2.1 大壩結構特性

（1）壩體從上游到下游分區(qū)為復合土工膜防滲體、墊層區(qū)、過渡區(qū)、板巖主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)。大壩除底部排水區(qū)、墊層料和過渡料采用砂巖外，主、次堆石區(qū)利用板巖作為堆石料，板巖強度低、軟化系數(shù)高且易崩解。

（2）延伸至兩岸的壩基防滲帷幕、壩體趾板及復合土工膜聯(lián)合形成完整的大壩防滲系統(tǒng)。壩體墊層、過渡料和底部排水區(qū)形成L 型排水體，以保證軟巖填筑區(qū)能夠相對干燥，從而達到全斷面利用板巖作為堆石料的分區(qū)方式。

（3）復合土工膜（3.5 mmPVC+700 g 土工布）直接鋪設于混凝土擠壓邊墻上部，膜上未設保護。其優(yōu)點是其拉伸性能和柔軟性較好，能適應大壩較大的變形，易于鋪設、安裝及焊接；缺點是屬易燃、易穿刺物品[1]。

2.2 土工膜修補情況

施工期土工膜由于滾石等原因出現(xiàn)了多處損壞，分別進行了兩次全面排查及修補。蓄水前，大壩沉降造成擠壓邊墻錯動變形，在壩高1/3～2/3間土工膜出現(xiàn)多處局部鼓包、凹陷。為防止蓄水后擠壓邊墻鼓脹或破碎部位處的土工膜應力集中，影響使用壽命，對全部變形部位進行了處理，具體方法為：切開土工膜，清理變形凸起的擠壓邊墻混凝土，用新混凝土回填抹平，然后重新補焊[2]。

大壩蓄水運行后，每年6月份在水庫水位降至死水位時，對死水位490 m以上的土工膜進行人工檢查，其中在2016 年、2017 年發(fā)現(xiàn)了幾處局部破損，并進行了補焊處理。

3 土工膜水下檢查的必要性

3.1 大壩滲流情況

為了監(jiān)測大壩滲漏情況，在下游壩坡坡腳設置1 座量水堰，監(jiān)測壩體和壩基滲流量。大壩滲流量與庫水位相關性較強，蓄水后大壩滲流量增加較快，當水位蓄至498 m高程時，滲流量最大達5 929 m3/d，之后滲流量極值、年均值逐年呈緩慢減小的趨勢，當前在正常蓄水位510 m高程時，滲流量為2 000 m3/d左右，小于設計允許值3 211 m3/d。

圖1 大壩滲流量與庫水位過程線Fig.1 Graph of the dam seepage and reservoir water level

3.2 土工膜水下檢查的必要性

土工膜作為大壩的防滲面板，若土工膜出現(xiàn)孔洞、發(fā)生滲漏，將導致大壩堆石料板巖軟化、強度降低、影響大壩運行安全。

大壩蓄水運行4 年來，考慮到土工膜的脆弱性，為了解死水位490 m以下土工膜可能存在的缺陷及異常，為全面掌握大壩土工膜防滲系統(tǒng)的運行狀態(tài)，進行土工膜水下檢查是非常必要的。

4 土工膜水下檢查方法

（1）采用單波束測深技術，探測土工膜最底部往上游5 m范圍內的水下地形，獲取水下地形現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，同時對比設計資料，分析土工膜及底部坡腳的淤積情況。

（2）采用側掃聲吶對土工膜水下部分進行全覆蓋掃描，獲取土工膜的聲學影像信息，分析土工膜是否存在較大規(guī)模的破損或變形。

（3）采用水下無人潛航器（簡稱ROV）搭載高清攝像頭、側掃聲吶圖像、示蹤劑墨盒對土工膜及土工膜與趾板連接部位進行詳查，分析土工膜或接縫縫口是否存在破損、變形、滲漏等缺陷。

4.1 單波束水下地形測量

單波束測深系統(tǒng)以小船為載體，在探測區(qū)域內沿近壩軸方向的任意軌跡進行深度信息的單點采集，測線布置見圖2。單波束測深時，采用GPSRTK技術提供定位參數(shù)。

圖2 單波束探測測線布置圖Fig.2 Plan of the survey lines for single beam bathymetry

4.2 側掃聲吶水下普查

利用小船作為側掃聲吶的搭載平臺，在探測區(qū)域內沿平行壩軸方向的測線進行側掃聲吶探測，現(xiàn)場根據(jù)水深情況實時調整測線間距和探測寬度，確保兩相鄰測線的水下掃描區(qū)域有一定的重疊，最終完成探測區(qū)域內水底全覆蓋掃描。側掃聲吶探測時，同樣采用GPS-RTK 技術提供定位參數(shù)。側掃聲吶測線布置見圖3。

圖3 側掃聲吶探測測線布置圖Fig.3 Plan of the survey lines for side scan sonar

側掃聲吶數(shù)據(jù)處理采用Ocean Tech Side-Scan Sonar 處理軟件，通過數(shù)據(jù)回放處理形成水底聲吶圖像。觀察側掃聲吶圖像，識別并截取探測目標的圖像，確定目標體的相對位置和尺寸。

4.3 ROV水下詳查

4.3.1 測線布置

先對土工膜進行編號，從右岸往左岸通過土工膜接縫將土工膜分成豎直方向190 塊，并依次編號。ROV 水下檢查測線以水平測線為主，利用ROV的定深功能，從水面至水底，每間隔0.5 m布置1 條水平檢查測線，對趾板布置深度方向的縱向測線進行詳查，測線布置見圖4。此外對側掃聲吶發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域進行局部詳查和確認。

圖4 ROV水下詳查測線布置圖Fig.4 Plan of the survey lines for underwater inspection by ROV

4.3.2 定位方式

ROV 水下檢查時，根據(jù)現(xiàn)場情況進行ROV 的水下定位：

（1）水平測線檢查時，ROV 從某個已知編號的土工膜接縫入水，到達指定深度后進行水平測線檢查，通過數(shù)ROV 經過的接縫數(shù)量來判斷ROV 所在的位置。

（2）當土工膜接縫被泥沙覆蓋難以識別時，通過側掃聲吶圖像識別事先從攔漂索上已知位置下放的標識物的相對位置來反算ROV在水下的位置。

（3）水下檢查時，記錄庫水位，并將ROV 上攜帶的水深計數(shù)值換算成ROV 的高程數(shù)值，為ROV提供高程上的定位。

5 水下檢查成果及分析

5.1 淤積檢查成果及分析

通過單波束測深獲取水下地形數(shù)據(jù)，繪制1∶500水下地形圖，提取典型斷面同設計斷面進行對比，分析土工膜及底部坡腳的淤積情況，并結合水底聲吶圖像和ROV 水下攝像進行綜合分析。壩面淤積情況如下：

（1）土工膜上泥沙覆蓋厚度隨水深增加而逐漸增加，在高程470 m 附近，泥沙覆蓋厚度1 m 左右，壩趾底部高程430 m附近，泥沙覆蓋厚度約3 m左右。

（2）通過ROV 攝像驗證，土工膜普遍存在泥沙覆蓋的現(xiàn)象，高程482～490 m范圍內泥沙覆蓋厚度在1 cm 以內，局部可見土工膜出露；高程482 m 以下泥沙覆蓋厚度增加，未見土工膜及其接縫。

5.2 土工膜水下檢查成果及分析

5.2.1 普查成果

通過對土工膜及趾板區(qū)側掃聲吶數(shù)據(jù)的處理分析，形成水底聲吶圖像，見圖5。分析圖5 發(fā)現(xiàn)，左、右岸兩側預留變形槽高程465 m以下基本被泥沙淤平，并在土工膜鋪設范圍內發(fā)現(xiàn)4 處凸起異常。利用ROV 搭載高清攝像頭對該4 處凸起異常進行確認，異常部位有木頭堆積，見圖6。

圖5 土工膜面板及趾板側掃聲吶成果圖Fig.5 Result of inspection of geomembrane face and toe slab by side scan sonar

圖6 土工膜面板木頭堆積ROV攝像成果圖Fig.6 Images of wood pile-up on geomembrane face by ROV

5.2.2 詳查成果

利用ROV 搭載高清攝像頭、示蹤墨盒以測線的形式對土工膜進行詳查，發(fā)現(xiàn)土工膜表面局部有鼓包、凹陷現(xiàn)象，但未見破損、滲漏等情況。土工膜鼓包、凹陷典型圖像見圖7，具體檢查結果如下：

圖7 土工膜面板鼓包、凹陷典型圖像Fig.7 Typical image of bulge and pit of geomembrane face

（1）土工膜表面共發(fā)現(xiàn)6 處鼓包，鼓包大小在10 cm以內，鼓包高度在2 cm以內。

（2）土工膜表面共發(fā)現(xiàn)46處凹陷，凹陷基本均成水平條帶狀，大部分長度在1 m以內，寬度在10 cm左右，深度在1 cm以內。

（3）在土工膜編號為120～121 號、高程480.5 m區(qū)域發(fā)現(xiàn)多個泥沙淤積形成的孔洞，經噴墨測試均未見吸墨現(xiàn)象，分析該類孔洞可能由水生生物或流水侵蝕形成。

（4）在右岸伸縮縫靠近趾板側、488.4 m高程發(fā)現(xiàn)一處土工膜接縫異常情況，經噴墨測試未見吸墨現(xiàn)象，查閱施工資料，該部位為土工膜正常接縫搭接部位。

（5）在右岸趾板靠近溢洪道側、488.9 m 高程發(fā)現(xiàn)一處混凝土表面破損，經噴墨測試未見吸墨現(xiàn)象。

（6）土工膜與左、右岸趾板連接處未見破損，不銹鋼壓條和錨固螺栓正常。

6 結語

采用單波束測深、側掃聲吶和ROV 等多種方法對南歐江六級水電站大壩土工膜面板進行綜合檢查，基本查明土工膜面板及土工膜與趾板連接處的整體情況，發(fā)現(xiàn)面板有多處鼓包、凹陷和木頭堆積。根據(jù)檢查結果，有下述幾點結論和認識：

（1）大壩土工膜面板整體情況良好，沒有出現(xiàn)明顯的破損和滲漏情況，土工膜與趾板連接部位接縫基本完好。

（2）土工膜表面普遍存在泥沙覆蓋的現(xiàn)象，隨著水深增加，泥沙淤積厚度增加，為土工膜增加了一層天然保護層、鋪蓋及蓋重料，提高了土工膜防滲體的安全性，但對土工膜檢查補修不利。

（3）土工膜表面有木頭堆積的現(xiàn)象，說明浮桶式攔漂索攔漂效果欠佳，應對攔漂索進行改進，防止木頭從浮桶下穿過直達壩前，對土工膜造成損傷。

（4）土工膜表面存在較多鼓包、凹陷等變形情況，結合壩內水管式沉降儀監(jiān)測成果分析，屬蓄水后壩軸線上游壩體沉降變形引起的，后期仍應對此加以關注，觀察鼓包、凹陷隨時間推移的變化情況。

（5）大壩滲流量隨時間呈減少趨勢，可能與上游壩面及壩趾的淤積物有關。