華光潭一級(jí)電站廠房后邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

趙 權(quán)，濮久武

(1．浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司；浙江 杭州 311322；2．中國華電集團(tuán)有限公司衢州烏溪江分公司，浙江 衢州 324000)

1 工程概況

華光潭一級(jí)電站位于浙江省杭州市，廠房距壩址約11 km，廠區(qū)地坪面高程232 m。廠房后邊坡山頂高程857 m，高差約625 m，于高程250 m設(shè)有馬道，馬道以下山坡幾經(jīng)改造，坡面采用噴混凝土護(hù)面，并設(shè)有錨桿、排水孔等設(shè)施。廠房后邊坡由于受構(gòu)造影響，局部巖石較破碎，全強(qiáng)風(fēng)化層厚度5～15 m。后邊坡構(gòu)造類型為斷層和節(jié)理，斷層最大寬度達(dá)10 m。邊坡變形體范圍為上下游向(順廠房尾水河流方向)約120～150 m寬、高程約230～470 m，邊坡表層有數(shù)十米深的堆積層，直接影響廠房安全的變形體約2.3×106m3。

2008年檢查發(fā)現(xiàn)廠房后邊坡表層有較大變形、局部坍塌、滲流等情況。2009年對(duì)廠房后邊坡進(jìn)行了地表拉裂縫封閉、粘土夯實(shí)、回填，地表截排水溝修復(fù)與重構(gòu)，修建4組排水平洞及其支洞，錨筋樁和格構(gòu)梁加裝錨桿及表面鋼筋混凝土格柵支護(hù)等綜合整治。同時(shí)，設(shè)置了較全面的安全監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)或定期進(jìn)行安全監(jiān)測。

2 安全監(jiān)測系統(tǒng)

邊坡安全監(jiān)測以表面變形監(jiān)測為主，輔以邊坡深層變形及滲流監(jiān)測等并結(jié)合現(xiàn)場巡視檢查，定期對(duì)邊坡運(yùn)行作安全評(píng)價(jià)分析。其中，變形監(jiān)測包括表面變形監(jiān)測及深層變形監(jiān)測，深層變形監(jiān)測又包括采用滑動(dòng)測斜儀測斜監(jiān)測、多點(diǎn)位移監(jiān)測、靜力水準(zhǔn)監(jiān)測等；滲流監(jiān)測包括滲流壓力(地下水位)監(jiān)測、滲流量監(jiān)測等；應(yīng)力監(jiān)測包括錨筋應(yīng)力監(jiān)測；現(xiàn)場巡視檢查主要采取人工定期或不定期的目視檢查。邊坡滲流及應(yīng)力監(jiān)測建立了自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)。

表面變形主要包括表面水平位移、垂直位移及裂縫監(jiān)測。根據(jù)邊坡工程實(shí)際情況，在邊坡范圍共布設(shè)19個(gè)表面位移測點(diǎn)，編號(hào)按高程由高至低為1號(hào)、1-1號(hào)、1-2號(hào)、3～17號(hào)，其中1號(hào)測點(diǎn)布設(shè)在調(diào)壓井附近，其高程約為466 m；2～3號(hào)布設(shè)在約400 m高程；4～6號(hào)布設(shè)在約370 m高程；7～9號(hào)布設(shè)在約330 m高程；10～12號(hào)布設(shè)在約280 m高程。為監(jiān)測廠房本身的整體位移，在一級(jí)主廠房房頂近河岸側(cè)(女兒墻頂部)布設(shè)13、14號(hào)2個(gè)位移測點(diǎn)，其高程約250 m。在邊坡下部250 m馬道附近分別布設(shè)15、16、17號(hào)3個(gè)位移測點(diǎn)。為評(píng)估判斷工作基點(diǎn)本身的穩(wěn)定及變形監(jiān)測資料的可靠性，在廠房后邊坡變形區(qū)周界外的穩(wěn)定區(qū)域共設(shè)2個(gè)位移測點(diǎn)(穩(wěn)定點(diǎn))；其中C點(diǎn)設(shè)在進(jìn)廠公路橋頭附近穩(wěn)定巖體上，D點(diǎn)設(shè)在滑坡區(qū)上游周界外約330 m高程附近(見圖1)。

圖1 邊坡表面位移監(jiān)測布置

表面水平、垂直位移采用TCA2003(2017年2月改用TS60)全站儀按三維坐標(biāo)法進(jìn)行觀測，三維坐標(biāo)法中極坐標(biāo)法觀測平面順坡向Y(以邊坡主滑動(dòng)線方向?yàn)閅向、水平向臨空面為正)及橫坡向X(面向臨空面左為正)兩個(gè)方向的坐標(biāo)；專用工藝EDM三角高程法觀測高程方向的坐標(biāo)H，最后計(jì)算得到坐標(biāo)位移量。

極坐標(biāo)法觀測分別在工作基點(diǎn)A及B測站按方向觀測法四測回及八測回進(jìn)行水平方向及平距觀測，工作基點(diǎn)至位移測點(diǎn)斜距最大值為606.4 m，最大垂直角為18°50′；得邊坡各位移測點(diǎn)之水平位移全中誤差MΔX、MΔY分別不超過±2.84 mm、±1.78 mm，滿足規(guī)范規(guī)定的±3.0 mm限值要求。

三角高程法觀測分別在工作基點(diǎn)A及B測站按中絲法四測回及八測回進(jìn)行垂直角及斜距觀測。在三角高程變形觀測中，觀測位移測點(diǎn)高程的同時(shí)，觀測與位移測點(diǎn)大氣垂直折光基本一致的固定點(diǎn)高程；如在本工程中的工作基點(diǎn)A、B，以及相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)C、D等，以掌握推算大氣垂直折光的變化情況，必要時(shí)進(jìn)行K值變化引起的位移測點(diǎn)高程觀測值修正；并采用高精度免調(diào)節(jié)變形監(jiān)測通用棱鏡組及專用儀器高量取等專用工藝，基本消除了目標(biāo)安置、儀器安置等誤差。邊坡各位移測點(diǎn)之垂直位移觀測全中誤差MΔH不超過±2.98 mm，滿足規(guī)范規(guī)定的±3.0 mm限值要求。

2019年之后邊坡變形體范圍建立了8個(gè)位移測點(diǎn)的GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行不間斷三維表面變形自動(dòng)監(jiān)測。

3 邊坡運(yùn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

邊坡表面變形監(jiān)測項(xiàng)目于2009年6月13日進(jìn)行了基準(zhǔn)值監(jiān)測。針對(duì)邊坡歷年來表面變形監(jiān)測結(jié)合滲流監(jiān)測、現(xiàn)場巡視檢查等監(jiān)測資料對(duì)邊坡運(yùn)行穩(wěn)定性作分析評(píng)價(jià)。分析評(píng)價(jià)主要以邊坡表面水平、垂直位移監(jiān)測資料進(jìn)行定性及多元逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型分析，其目的一是了解邊坡變形的影響因素，認(rèn)識(shí)邊坡在其影響下的變化規(guī)律。二是對(duì)時(shí)效變形的量值及其發(fā)展情況，如速率、變化幅度等作出估計(jì)，對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行解釋，并結(jié)合有關(guān)測點(diǎn)及其他效應(yīng)量情況對(duì)是否存在異常情況作出判斷。三是對(duì)邊坡觀測精度作出大致估計(jì)，以確定監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和使用價(jià)值。四是通過合理的模型計(jì)算分析，預(yù)測未來時(shí)段內(nèi)在一定的環(huán)境條件下效應(yīng)量的變化范圍，提出后期運(yùn)行管理方案的優(yōu)化。

3.1 邊坡主要位移測點(diǎn)水平垂直位移定量分析

(1)邊坡位移測點(diǎn)水平、垂直位移按下式建立統(tǒng)計(jì)模型。

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)模型，對(duì)邊坡主要位移測點(diǎn)(包括變形比較大的邊坡上部1號(hào)/465～8號(hào)330等位移測點(diǎn))2009—2021年水平、垂直位移監(jiān)測資料進(jìn)行了逐步回歸分析。計(jì)算基準(zhǔn)日期選取2009年6月13日，計(jì)算時(shí)取顯著性水平α為0.05。

(2)邊坡水平位移統(tǒng)計(jì)模型分析表明，順坡向水平位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，大部分位移測點(diǎn)的時(shí)效水平位移分量主要表現(xiàn)為自然對(duì)數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)。邊坡位移于2012年明顯收斂，目前已基本穩(wěn)定，最大值為2號(hào)/403測點(diǎn)的94.2 mm，其回歸方程見下式(見圖2、表1)。

圖2 典型測點(diǎn)水平位移回歸計(jì)算擬合圖

表1 邊坡位移測點(diǎn)順坡向水平位移回歸參數(shù)

(3)邊坡垂直位移統(tǒng)計(jì)模型分析表明，垂直位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，大部分位移測點(diǎn)的時(shí)效垂直位移分量主要表現(xiàn)為自然對(duì)數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)。邊坡垂直位移于2012年明顯收斂，目前已基本穩(wěn)定，最大值為3號(hào)/393測點(diǎn)的54.7 mm，其回歸方程見下式(見圖3、表2)。

圖3 典型測點(diǎn)垂直位移回歸計(jì)算擬合圖

表2 邊坡位移測點(diǎn)垂直位移回歸參數(shù)

3.2 邊坡運(yùn)行評(píng)價(jià)結(jié)論及建議

(1)邊坡變形監(jiān)測資料結(jié)合滲流監(jiān)測及現(xiàn)場巡視檢查成果的綜合分析表明，目前邊坡變形、滲流處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，時(shí)效變形速率明顯減緩，短期降水對(duì)邊坡變形影響較??；巡視檢查亦未發(fā)現(xiàn)任何危及邊坡安全運(yùn)行的缺陷和問題，總體說明邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)邊坡順坡向水平位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，2012年處于收斂狀態(tài)，目前已基本穩(wěn)定；順坡向年水平位移量由2012年之前的21 mm減小至目前的2.9 mm以內(nèi)。邊坡順坡向水平位移除了不可逆的時(shí)效分量占了總位移量的大部分變幅外(82%～94%)，大部分測點(diǎn)水平位移降水、溫度分量占10%以下。降水分量與前30天平均降水量相關(guān)，基本上表現(xiàn)為前30天總降水量在500 mm，可引起邊坡位移測點(diǎn)產(chǎn)生順坡向1～3 mm的水平位移；且降水量引起的位移是可逆的彈性位移，即降水停止邊坡位移會(huì)逐步回復(fù)。溫度分量表現(xiàn)為與前半個(gè)月至一個(gè)半月氣溫相關(guān)，氣溫升高可引起邊坡位移測點(diǎn)順坡向水平位移增大，反之減小，歷年變幅在2～4 mm。庫水位對(duì)邊坡順坡向水平位移無明顯影響。邊坡各測點(diǎn)表面順坡向水平位移回歸方程標(biāo)準(zhǔn)差在1.4～2.3 mm，說明邊坡表面水平位移監(jiān)測資料較為可靠，滿足規(guī)范規(guī)定要求。邊坡橫坡向位移基本穩(wěn)定。

(3)邊坡垂直位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，2012年處于收斂狀態(tài)，目前已基本穩(wěn)定，邊坡年垂直位移量由2012年之前的14 mm減小至目前的1.3 mm以內(nèi)。邊坡垂直位移除了不可逆的時(shí)效分量占了總位移量的大部分變幅外(88%～94%)，大部分測點(diǎn)垂直位移溫度分量占12%以下，基本上表現(xiàn)為溫度上升垂直位移增大、溫度下降垂直位移減小的彈性位移，一般年變幅在3 mm以內(nèi)。降水對(duì)邊坡垂直位移無明顯影響；庫水位對(duì)邊坡垂直位移無明顯影響。邊坡各測點(diǎn)表面垂直位移回歸方程標(biāo)準(zhǔn)差在1.2～2.7 mm，說明邊坡表面垂直位移監(jiān)測資料較為可靠，滿足規(guī)范規(guī)定要求。

(4)2019年在廠房后邊坡變形區(qū)域安裝了8臺(tái)位移測點(diǎn)加2臺(tái)基準(zhǔn)站的GNSS，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷自動(dòng)監(jiān)測，無需人工進(jìn)入現(xiàn)場，在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行觀測；取每天6 h以上的靜態(tài)觀測作為監(jiān)測值。對(duì)2019年1月—2021年9月監(jiān)測成果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，水平位移監(jiān)測精度約在3～7 mm、垂直位移監(jiān)測精度約在6～11 mm，能及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)邊坡表面數(shù)厘米以上的變形和突變情況。

(5)定性及多元逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型的綜合分析，可掌握降水、溫度、時(shí)效等因素對(duì)邊坡變形的影響效用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程系統(tǒng)的反饋控制。為有效可靠地保障邊坡安全運(yùn)行，建議后期對(duì)GNSS系統(tǒng)及表面變形監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善，并采用GNSS系統(tǒng)和滲流監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)不間斷實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，定期進(jìn)行全站儀表面變形監(jiān)測及監(jiān)測資料綜合分析以準(zhǔn)確掌握邊坡變形狀態(tài)和性態(tài)，適時(shí)開展現(xiàn)場巡視檢查工作，必要時(shí)進(jìn)行邊坡深層變形監(jiān)測。

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