白鶴灘水電站施工期谷幅變形監(jiān)測(cè)分析

趙振軍 于勝利

(1.中國長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北宜昌 443002；2.中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川成都 610042)

0 引言

我國特高拱壩主要集中在西南地區(qū),河谷快速下切和強(qiáng)褶皺山系在時(shí)間和空間上疊加形成了西南地區(qū)河谷兩岸地形陡峻、高地應(yīng)力的復(fù)雜地形地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得壩址區(qū)地質(zhì)體在天然情況下即處于臨界平衡或接近臨界平衡的狀態(tài)。施工期開挖卸荷、正常蓄水等擾動(dòng)極有可能會(huì)打破這種平衡，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的谷幅變形[1]。

近幾年來，我國的錦屏一級(jí)、小灣、溪洛渡等一批300 m級(jí)特高拱壩陸續(xù)在西南地區(qū)建成并蓄至正常蓄水位。錦屏一級(jí)水電站、溪洛渡水電站在開挖施工期間未進(jìn)行谷幅變形監(jiān)測(cè)，在蓄水過程中均表現(xiàn)出了谷幅收縮的異?，F(xiàn)象，谷幅收縮量分別在10 mm 、60 mm左右，并且有持續(xù)變形的趨勢(shì)，超出了一般的工程經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律認(rèn)識(shí)，引起了壩工界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注[2-4]。

白鶴灘水電站是金沙江四個(gè)梯級(jí)電站之一，上接烏東德梯級(jí)，下鄰溪洛渡梯級(jí)。距離溪洛渡水電站195 km，控制流域面積43.03×104km2，占金沙江流域面積的91.0%。溪洛渡水電站在開挖施工期間未進(jìn)行谷幅變形監(jiān)測(cè)，蓄水期間已經(jīng)觀測(cè)到了比較顯著的谷幅收縮，因此有必要對(duì)白鶴灘拱壩開挖卸荷期和蓄水初期可能產(chǎn)生的谷幅變形進(jìn)行研究。通過全生命期谷幅變形監(jiān)測(cè)，為樞紐正常運(yùn)行提供保障，本文通過對(duì)開挖卸荷期間谷幅變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究，為蓄水后及時(shí)評(píng)價(jià)谷幅變形和采取防治措施提供依據(jù)。

1 谷幅監(jiān)測(cè)布置

白鶴灘拱壩谷幅監(jiān)測(cè)根據(jù)工程部位可分為庫盆區(qū)、拱壩壩肩抗力體區(qū)域、水墊塘區(qū)域三大部分，水墊塘區(qū)域兼顧左岸強(qiáng)卸荷邊坡。各監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)位置選擇在邊坡地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜部位，監(jiān)測(cè)斷面覆蓋全面并突出重點(diǎn)，并盡量利用已有邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)方案綜合考慮施工期與蓄水運(yùn)行期河谷變形特點(diǎn)，能保證谷幅監(jiān)測(cè)的盡早實(shí)施及觀測(cè)的連續(xù)性，同時(shí)采用外部觀測(cè)與深部觀測(cè)相結(jié)合的形式，便于對(duì)比分析及相互驗(yàn)證?，F(xiàn)階段只完成了壩肩谷幅測(cè)線觀測(cè)，庫盆及抗力體深部監(jiān)測(cè)仍在實(shí)施中。

1.1 拱壩上游側(cè)谷幅監(jiān)測(cè)

在拱壩上游庫盆區(qū)布置6個(gè)谷幅監(jiān)測(cè)斷面，斷面位置分別位于距拱壩約10 km(棉紗灣附近)邊坡、距拱壩約5 km(上村梁子附近)邊坡、距拱壩約2 km邊坡、距拱壩約600 m導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡、距拱壩約400 m進(jìn)水口邊坡、拱壩附近?？紤]到水庫下閘蓄水后，壩身導(dǎo)流底孔封堵期間，汛前控制水位低于800 m時(shí)間較長(zhǎng)，兼顧785 m防洪限制水位，故選擇在正常蓄水位以下804 m和正常蓄水位以上834 m高程布置谷幅測(cè)點(diǎn)。拱壩上游谷幅測(cè)線平面布置見圖1。

圖1 拱壩上游谷幅測(cè)線平面布置圖

1.2 拱壩下游側(cè)谷幅監(jiān)測(cè)

拱壩下游側(cè)谷幅監(jiān)測(cè)分為表面和深部谷幅變形監(jiān)測(cè)兩部分。

1.2.1 表面谷幅變形監(jiān)測(cè)

在拱壩下游側(cè)設(shè)置6個(gè)谷幅監(jiān)測(cè)斷面，斷面位置分別取緊鄰壩趾、拱冠壩趾下游約166 m抗力體邊坡(6-6斷面)、拱冠壩趾下游約197 m抗力體邊坡(7-7斷面)、拱冠壩趾下游約280 m水墊塘邊坡(8-8斷面)、拱壩下游側(cè)靠近二道壩邊坡、拱冠壩趾下游約660 m水墊塘邊坡開口線附近位置。各斷面上谷幅測(cè)點(diǎn)結(jié)合左岸邊坡主要的層間錯(cuò)動(dòng)帶C3、C3-1和層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶LS337、LS331等出露部位而布置。拱壩下游谷幅測(cè)線平面布置見圖2。

圖2 拱壩下游谷幅測(cè)線平面布置圖

1.2.2 深部谷幅變形監(jiān)測(cè)

深部谷幅變形采用設(shè)置于抗力體橫河向排水支洞內(nèi)的石墨桿式位移計(jì)配合激光測(cè)距儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為增加變形監(jiān)測(cè)深度，特別地將左岸PSL6-2排水支洞以及右岸PSR7-2排水支洞向兩岸山體內(nèi)分別延伸至500 m，分別作為1#、2#谷幅變形觀測(cè)洞；另沿二道壩軸線在左、右岸坡652 m高程分別向兩岸山體內(nèi)鉆設(shè)長(zhǎng)500 m的觀測(cè)洞，編號(hào)為3#、4#谷幅變形觀測(cè)洞。

邊坡深部變形監(jiān)測(cè)應(yīng)首先考慮利用這些專門的谷幅變形監(jiān)測(cè)洞，并在其基礎(chǔ)上形成深部變形監(jiān)測(cè)斷面。在監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)的橫河向排水支洞及觀測(cè)洞內(nèi)，沿洞軸向以串聯(lián)方式布置石墨桿式位移計(jì)，每段位移計(jì)長(zhǎng)度約為50 m。此外，在石墨桿式位移計(jì)的每個(gè)錨固墩上同時(shí)設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中底盤并安裝觀測(cè)棱鏡，采用全站儀對(duì)各段測(cè)桿間距離進(jìn)行觀測(cè)，并與石墨桿式位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果相互校驗(yàn)。

2 谷幅監(jiān)測(cè)成果分析

高程834 m以上邊坡治理工程于2013年開工，2014年10月完成。壩肩開挖工程(高程834～600 m)于2013年8月開工，2016年6月完成。在開挖期間部分谷幅測(cè)點(diǎn)、深部谷幅變形監(jiān)測(cè)裝置未安裝完成。因此目前監(jiān)測(cè)成果只有部分谷幅測(cè)線成果和谷幅測(cè)點(diǎn)表面變形成果。已完成谷幅測(cè)線分部見圖3。

圖3 谷幅測(cè)點(diǎn)布置圖

2.1 谷幅測(cè)線成果分析

谷幅監(jiān)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)分析表見表1。谷幅測(cè)線變形時(shí)序過程線見圖4—圖7。

分析圖表可以看出：

目前為止，谷幅測(cè)線累計(jì)位移在-86.00～-9.36 mm之間，谷幅測(cè)線當(dāng)前最大位移為-86.00 mm，該條測(cè)線緊鄰壩址區(qū)域，位于635 m高程。TPzbj-5-TPgf22谷幅測(cè)線收縮主要發(fā)生在壩基開挖期間，開挖完成之后，收縮變形量呈減小趨勢(shì)，變化逐漸趨穩(wěn)。

表1 谷幅監(jiān)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)分析表

注：-代表谷幅收縮，+代表谷幅張開。

圖4 谷幅緊鄰壩址測(cè)距時(shí)序過程曲線

圖5 谷幅6-6斷面測(cè)距時(shí)序過程曲線

圖6 谷幅7-7斷面測(cè)距時(shí)序過程曲線

圖7 谷幅8-8斷面測(cè)距時(shí)序過程曲線

(1)上下游方向分布規(guī)律：緊鄰壩基開挖面斷面谷幅測(cè)線收縮較大，并且與壩基開挖呈一定的相關(guān)性，與巖體開挖卸荷造成的巖體蠕變相關(guān)。沿壩基位置向下游方向，谷幅測(cè)線變化量逐步減小。

(2) 高程方向基本呈現(xiàn)規(guī)律：從空間分布看，谷幅測(cè)線高程越高，谷幅收縮量越大，并且與高邊坡巖體開挖卸荷造成的蠕變相關(guān)。

2.2 谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)成果分析

谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)于2017年10月21日、10月22日分別獨(dú)立觀測(cè)兩次取其平均值作為基準(zhǔn)值；2017年11月19日進(jìn)行了第1次變形觀測(cè)，目前按照1次/月的觀測(cè)頻次進(jìn)行觀測(cè)。已施測(cè)表面變形測(cè)點(diǎn)水平位移時(shí)序過程曲線見圖8。

圖8 左岸谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)水平位移時(shí)序過程曲線

通過當(dāng)前觀測(cè)數(shù)據(jù)可知：當(dāng)前累計(jì)水平合位移在4.60～12.30 mm之間。所測(cè)谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)均位于左岸邊坡，變化量較小，結(jié)合谷幅測(cè)線監(jiān)測(cè)成果可知，右岸邊坡谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)變化量較大。

3 結(jié)論

對(duì)白鶴灘水電站開挖期間進(jìn)行谷幅變形監(jiān)測(cè)分析，得到以下結(jié)論：

(1)緊鄰壩基開挖面斷面谷幅測(cè)線收縮較大，并且與壩基開挖呈一定的相關(guān)性，與巖體開挖卸荷造成的巖體蠕變相關(guān)。沿壩基位置向下游方向，谷幅測(cè)線變化量逐步減小。

(2)從空間分布看，谷幅測(cè)線高程越高，谷幅收縮量越大，并且與高邊坡巖體開挖卸荷造成的蠕變相關(guān)。

(3)結(jié)合谷幅測(cè)線監(jiān)測(cè)和所測(cè)谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)成果可知：右岸邊坡谷幅表面變形測(cè)點(diǎn)變化量較左岸大。

白鶴灘電站目前雖然只完成了部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，但是通過谷幅測(cè)線的監(jiān)測(cè)和相關(guān)表面變形測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，初步掌握了開挖期間谷幅變形相關(guān)資料，為后續(xù)蓄水期谷幅變形提供了相關(guān)成果，為準(zhǔn)確分析兩岸壩肩工作性態(tài)和預(yù)測(cè)谷幅變形趨勢(shì)提供依據(jù)，同時(shí)也為同類型高拱壩變形監(jiān)測(cè)提供相關(guān)參考依據(jù)。