龍羊峽水電站大壩下游虎山坡安全監(jiān)測(cè)及運(yùn)行性態(tài)分析

孔慶梅

（國(guó)家電投集團(tuán)青海黃河電力技術(shù)有限責(zé)任公司，青海 西寧，810003）

0 引言

龍羊峽水電站是黃河干流上游控制性工程，其安全直接關(guān)系到下游人民群眾生命、財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。龍羊峽電站樞紐工程壩高、庫(kù)大、地質(zhì)條件復(fù)雜，下游虎山坡的穩(wěn)定對(duì)整個(gè)工程安全運(yùn)行具有重要的意義。1989年、2012年、2018年、2019年、2020年汛期黃河來水較豐，受長(zhǎng)時(shí)段泄洪沖刷及雨霧影響，虎山坡部分不穩(wěn)定巖體、變形體及表面松散體出現(xiàn)小方量塌滑等現(xiàn)象，存在一定的安全隱患，工程運(yùn)行管理單位采取了一系列措施進(jìn)行綜合處理。為監(jiān)控邊坡穩(wěn)定狀況，運(yùn)行管理單位在虎山坡一定范圍內(nèi)布設(shè)了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展了監(jiān)測(cè)和分析工作，科學(xué)研判其運(yùn)行性態(tài)，為龍羊峽大壩安全評(píng)價(jià)和運(yùn)行管理提供技術(shù)依據(jù)，為確保充分發(fā)揮龍羊峽水電站綜合效益提供技術(shù)支撐。同時(shí)，為其他工程邊坡處理、監(jiān)測(cè)、分析評(píng)價(jià)提供技術(shù)參考。

1 概述

1.1 工程概況

龍羊峽水電站位于青海省共和縣和貴南縣交界處的黃河干流上，距西寧市147 km。工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用。對(duì)其下游已建梯級(jí)電站的水量調(diào)節(jié)起到主導(dǎo)作用，同時(shí)與劉家峽水庫(kù)聯(lián)合補(bǔ)償運(yùn)行，共同滿足黃河河口鎮(zhèn)以上河段的防凌、防洪及工農(nóng)業(yè)用水要求。

龍羊峽水電站樞紐工程由混凝土重力拱壩、左右岸重力墩、左右岸副壩、壩后主副廠房、引水系統(tǒng)、右岸溢洪道和中、深、底孔泄水道等組成?；炷林亓皦螇雾敻叱? 610 m，最大壩高178 m。水庫(kù)正常蓄水位2 600 m，相應(yīng)庫(kù)容247 億m3，校核洪水位2 607 m，總庫(kù)容276.3 億m3，設(shè)計(jì)洪水位2 602.25 m，死水位2 530 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容193.53億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，屬一等大（1）型工程。電站總裝機(jī)容量1 280 MW，保證出力589.8 MW，多年平均發(fā)電量59.42億kWh。該工程于1977年開工，1986年水庫(kù)蓄水，1987年兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1990年工程基本竣工，2000年完成竣工安全鑒定，2007—2020年完成3 次大壩定檢，結(jié)論均為正常壩，2006—2021年大壩安全注冊(cè)等級(jí)均為甲級(jí)。

自龍羊峽水電站1986年下閘蓄水以來，至今已安全運(yùn)行35年。2018年為黃河上游來水特豐年，11月5日庫(kù)水位首次達(dá)到正常蓄水位2 600 m，2020年10月27日水庫(kù)水位達(dá)歷史最高水位2 600.91 m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在2018年庫(kù)水位達(dá)正常蓄水位至2021年11月30日時(shí)段內(nèi)，庫(kù)水位在2 599 m以上運(yùn)行了196 d，在2 600 m及以上運(yùn)行了45 d。

1.2 虎山坡概況

虎山坡位于龍羊峽水電站下游消能區(qū)右岸，上游以F7斷層發(fā)育的南大山水溝為界，下游至消能區(qū)出口處，全長(zhǎng)約380 m，分布高程2 530～2 666 m，總方量約280萬m3，底滑面為f306斷層。由古滑坡堆積體、Ⅰ號(hào)塌滑體及Ⅱ號(hào)不穩(wěn)定巖體組成。虎山坡位置見圖1。

圖1 虎山坡位置Fig.1 The location of Hushan slope

虎山坡處在大壩泄洪霧化影響范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性主要受f306緩傾角斷層控制，變形破壞主要由泄洪霧化降雨引起。1989年7月底孔泄洪，Ⅰ號(hào)不穩(wěn)定巖體失穩(wěn)塌滑，總方量約87 萬m3，其中17 萬m3脫離滑床落入坡腳，少量進(jìn)入河道，使尾水抬高約0.2 m，其余70萬m3滯留在滑床上。2013年復(fù)核劃定4 個(gè)變形體（BXT1、BXT2、BXT3、BXT4）和1 個(gè)塌滑堆積體?；⑸狡伦冃?、塌滑部位見圖2。

圖2 虎山坡變形、塌滑部位Fig.2 Deformation and collapse of Hushan slope

2 工程處理措施

1989年對(duì)虎山坡采取了削坡減載、增設(shè)抗滑樁、設(shè)置防沖墻、表面混凝土噴護(hù)等綜合治理措施。之后因Ⅰ號(hào)塌滑體的牽引作用，使古滑坡體頂部出現(xiàn)拉裂縫，1995年對(duì)其進(jìn)行了處理，采用削頭減載、預(yù)應(yīng)力錨索和鋼筋混凝土抗剪樁錨固、山體內(nèi)部排水洞排水、坡腳設(shè)置深入抗沖線以下的混凝土防沖擋墻等方式進(jìn)行防護(hù)。

2003年，虎山坡表面變形HQS2 觀測(cè)點(diǎn)以東60 m，自2 620 m高程平臺(tái)向下至HQS4觀測(cè)點(diǎn)平臺(tái)的斜坡面巖體發(fā)生約8 000 m3局部塌滑，2003—2004年對(duì)塌滑體進(jìn)行處理，將底滑面f306上盤的變形體全部挖除。處理后坡體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2012年7月23日—8月28日，電站長(zhǎng)時(shí)間泄洪，在虎山坡及其下游側(cè)形成較強(qiáng)雨霧降水，導(dǎo)致下游防沖區(qū)虎山坡坡腳防護(hù)體被沖毀坍塌、虎山坡觀禮臺(tái)下游側(cè)新增表層裂縫和變形體、坡體中部排水溝不夠順暢等缺陷。

2015年，原設(shè)計(jì)單位編制了尾水防護(hù)體修復(fù)方案；2016年完成尾水下游右岸護(hù)坡體修復(fù)處理、虎山坡地表排水處理和排水洞清理及噴護(hù)；2018年汛前對(duì)BXT1、BXT2、BXT3 變形體和塌滑堆積體進(jìn)行了混凝土噴護(hù)處理；2019年7—8月對(duì)虎山坡頂部進(jìn)行了土工膜覆蓋封閉處理。

虎山坡采取綜合處理后，經(jīng)近幾年大流量、長(zhǎng)時(shí)段泄洪考驗(yàn)，未發(fā)生大范圍塌滑和整體失穩(wěn)等現(xiàn)象，處理措施有效。

3 安全監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

虎山坡原有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有地表平面變形、精密水準(zhǔn)、地下水、內(nèi)部觀測(cè)、洞內(nèi)靜力水準(zhǔn)、測(cè)斜和巡視檢查，其中內(nèi)部變形、靜力水準(zhǔn)和測(cè)斜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目因多種原因停止監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均采用人工監(jiān)測(cè)方式，觀測(cè)頻次為1次/月。

2018年9月，為了監(jiān)測(cè)虎山坡泄洪霧化和BXT1、BXT2、BXT3、BXT4變形體裂縫，在各裂縫部位布設(shè)1支單向測(cè)縫計(jì)，并在2 582 m、2 605 m高程新增2臺(tái)雨量計(jì)。2019年6月在虎山坡表面安裝7個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在2 620 m高程馬道布設(shè)5個(gè)靜力水準(zhǔn)點(diǎn)，在4 個(gè)地下水位觀測(cè)孔安裝滲壓計(jì)；2020年9月又安裝3套大量程位移計(jì)、3臺(tái)雨量計(jì)。以上監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，觀測(cè)頻次為1 次/d。2021年將地表平面變形監(jiān)測(cè)和GNSS 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目納入龍羊峽水電站外觀智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

目前，虎山坡共布設(shè)7 個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，共計(jì)47 個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)設(shè)施儀器完好、項(xiàng)目完備、系統(tǒng)可靠，監(jiān)測(cè)精度、頻次滿足規(guī)范要求和實(shí)際監(jiān)控需要，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。測(cè)點(diǎn)布置見圖3～4。

圖3 虎山坡雨量計(jì)和測(cè)縫計(jì)布置Fig.3 Layout of rain gauges and joint meters in Hushan slope

4 運(yùn)行性態(tài)分析評(píng)價(jià)

分析時(shí)段選擇自起測(cè)至2021年11月，根據(jù)多年監(jiān)測(cè)資料，進(jìn)行時(shí)空連續(xù)分析，基本掌握工程邊坡運(yùn)行性態(tài)。

4.1 表面變形監(jiān)測(cè)

虎山坡共有10 個(gè)表面變形觀測(cè)點(diǎn)（見圖4），其中HQS2 測(cè)點(diǎn)于2003年7月塌滑停測(cè)。各測(cè)點(diǎn)位移資料顯示，2002年3月—2021年11月，累計(jì)水平位移在30 mm 以內(nèi)（除泄洪雨霧區(qū)HQS9 測(cè)點(diǎn)受泄洪影響儀器損壞，重新安裝后變化量略大）。2007年以后，平面變形速率在枯水季節(jié)多小于0.04 mm/d；2012年5月31日—2012年6月7日，最大平面變形速率HQS8 測(cè)點(diǎn)達(dá)0.35 mm/d；在2018年泄洪期間，各點(diǎn)平面速率在0.071～3.662 mm/d。

圖4 虎山坡GNSS測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Layout of GNSS measuring points in Hushan slope

總體來看，虎山坡變形受泄洪雨霧及降雨影響略大，旱季變形速率總體較小。

4.2 GNSS監(jiān)測(cè)

截至2021年11月30日，位于虎山坡頂部平臺(tái)的GY01、GH01 測(cè)點(diǎn)水平綜合累計(jì)位移量分別為28.71 mm、27.10 mm，三維綜合累計(jì)位移量分別為28.81 mm、27.84 mm；其余測(cè)點(diǎn)水平綜合累計(jì)位移量在2.09～5.87 mm，三維綜合累計(jì)位移量在3.66～9.52 mm 波動(dòng)，未見趨勢(shì)性變化，測(cè)值變化見圖5。

圖5 GNSS測(cè)點(diǎn)三維綜合位移量Fig.5 Three- dimensional comprehensive displacements of GNSS measuring points

4.3 沉降監(jiān)測(cè)

虎山坡沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為精密水準(zhǔn)和靜力水準(zhǔn)。精密水準(zhǔn)共布置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)編號(hào)為HQSS1、HQSS2、HQSS3、HQSS4），2003年6月起測(cè)；靜力水準(zhǔn)共布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，2019年6月起測(cè)。

（1）各測(cè)點(diǎn)測(cè)值呈周期性變化，隨氣溫降低沉降量增大，反之減小。精密水準(zhǔn)HQSS1測(cè)點(diǎn)小幅趨勢(shì)性抬升，其余測(cè)點(diǎn)小幅趨勢(shì)性下沉。

（2）精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，截至2021年12月7日，HQSS1 測(cè)點(diǎn)累計(jì)抬升量為13.2 mm，其余3 個(gè)測(cè)點(diǎn)累計(jì)下沉量分別為8.9 mm、12.0 mm、12.0 mm，沉降變化量較小。

（3）靜力水準(zhǔn)和精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)資料反映的沉降變化規(guī)律和量值基本一致。

4.4 裂縫監(jiān)測(cè)

2018年9月在虎山坡BXT1、BXT2、BXT3、BXT4 變形體裂縫處各布設(shè)1 支單向測(cè)縫計(jì)。2019年7月，BXT4變形體局部發(fā)生小方量塌滑，該部位測(cè)縫計(jì)掩埋停測(cè)。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控BXT4變形體變化情況，2020年10月在BXT4 變形體部位布設(shè)3套大量程位移計(jì)。

變形體部位的3支裂縫計(jì)和3支位移計(jì)數(shù)據(jù)采集正常，測(cè)值變化量較小，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡查分析，未發(fā)現(xiàn)裂縫擴(kuò)展和趨勢(shì)性張開跡象。

4.5 滲流監(jiān)測(cè)

虎山坡地下水位監(jiān)測(cè)共5孔，起測(cè)時(shí)間為2001年10月，測(cè)孔編號(hào)為OH1、OH2、OH3、OH4、OH5。OH2測(cè)孔于2003年7月塌滑。

從長(zhǎng)序列測(cè)值變化過程看，各孔孔內(nèi)水位呈明顯的年周期變化，每年3—4月孔內(nèi)水位達(dá)最低，7—8月孔內(nèi)水位達(dá)最高，與降雨量相關(guān)性顯著。2021年11月30日，各孔地下水位分別為2 605.08 m、2 554.47 m、2 571.37 m、2 573.81 m，地下水位分布和變化規(guī)律正常。OH5 孔地下水位變化過程見圖6。

圖6 OH5孔地下水位與降雨量對(duì)比Fig.6 Comparison between groundwater level in OH5 and rainfall

4.6 雨量監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)泄洪雨霧，2018年在虎山坡泄洪雨霧影響范圍內(nèi)2 582 m 高程、2 605 m 高程安裝2臺(tái)雨量計(jì)，2018年9月起測(cè)；2020年10月在銀線崖、虎山坡平臺(tái)、虎山坡平洞口又布設(shè)3 臺(tái)雨量計(jì)。自安裝至今，5 臺(tái)雨量計(jì)有效監(jiān)測(cè)了泄洪期泄洪雨量及降雨量，為虎山坡安全穩(wěn)定分析提供了環(huán)境資料。

4.7 巡視檢查及泄洪雨霧影響

近幾年巡視檢查發(fā)現(xiàn)除虎山坡BXT4 變形體、下游側(cè)銀線崖邊坡表部碎裂巖體發(fā)生局部小方量坍塌外，其余均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

通過近三年對(duì)泄洪雨霧影響區(qū)的觀察和分析，泄洪雨霧對(duì)虎山坡有一定的影響。在其影響下，虎山坡下游銀線崖和BXT4 變形體碎裂巖石發(fā)生局部小方量塌滑，但整體穩(wěn)定。3種泄水情況見圖7～9。

圖7 中孔泄水實(shí)景Fig.7 Discharge by middle hole

圖8 表孔泄水實(shí)景Fig.8 Discharge by surface hole

圖9 中孔和表孔聯(lián)合泄水實(shí)景Fig.9 Combined discharge by middle hole and surface hole

5 結(jié)語(yǔ)

（1）虎山坡采取的削坡減載、增設(shè)抗滑樁、設(shè)置防沖墻、表面混凝土噴護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索和鋼筋混凝土抗剪樁錨固、土工膜覆蓋封閉等工程綜合治理措施是有效可行的，經(jīng)2018—2020年大流量、長(zhǎng)時(shí)段泄洪檢驗(yàn)，處理效果較好。

（2）虎山坡的穩(wěn)定對(duì)整個(gè)樞紐工程安全具有重要的意義，為監(jiān)控邊坡的運(yùn)行狀況，布設(shè)了一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)、定期分析。截至目前，虎山坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完備、可靠，監(jiān)測(cè)精度、頻次滿足規(guī)范要求，監(jiān)測(cè)資料準(zhǔn)確、可靠，監(jiān)控措施到位，虎山坡處于有效監(jiān)控狀態(tài)。

（3）虎山坡變形、滲流規(guī)律正常，變形體裂縫監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常，近幾年巡視檢查除發(fā)現(xiàn)銀線崖和BXT4變形體表部碎裂巖體和松散體受泄洪雨霧影響有小方量塌滑外，其他無異常，虎山坡整體穩(wěn)定。

綜上所述，虎山坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目完備，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，監(jiān)控措施到位，治理措施有效可行，處理效果較好。虎山坡安全運(yùn)行性態(tài)良好，整體穩(wěn)定，并處于有效的監(jiān)控狀態(tài)?！?/p>