某抽水蓄能電站下水庫進出水口變形規律分析

單海年，張黎明

［南瑞集團有限公司（國網電力科學研究院），江蘇省南京市 211000 ]

0 引言

某抽水蓄能電站下水庫進出水口開挖邊坡高，最大坡高達75m，且巖體整體性差、構造多，對開挖施工安全產生較大風險[1]。為準確掌握邊坡體變形規律，確保邊坡體的順利開挖，設計了壩體內觀變形監測項目；隨著邊坡體的開挖，出現較大環向裂縫變形[2]，為全面掌握變形規律，創造性的在進出水口邊坡體增設了視準線外觀監測項目，與內觀監測相互結合[3]，為邊坡體順利開挖提供準確、可靠的監測成果。

視準線[4]監測方式為土石壩壩體的平面變形常用監測手段[5]，截至目前，除該項目外尚未見到應用到邊坡巖體變形測量案例。下水庫進出水口呈U字形布設，兩側均為山體，但最大覆蓋層厚度達到5m，因此兩側工作基點均增加20m深鋼管樁施工措施及采用施工控制網定期進行校測、修正，從而最大限度的減小了工作基點基礎不穩可能產生的測量誤差。通過內外觀測量成果的相互印證，為邊坡體順利開挖提供了有效的技術支持。本文通過創造性的在進出水口增設了外觀監測項目，與內觀結合分析，起到了很好的效果，可為今后在類似工程提供參考。

1 工程概況

某抽水蓄能電站位于江蘇省，電站總裝機容量1500MW，6臺機組，本工程屬大（1）型一等工程。電站樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統、發電廠房（含地面開關站及副廠房）及下水庫等4部分組成[6]。

上水庫由165m高主壩和2座副壩、庫岸及庫底防滲體系組成，上水庫正常蓄水位291.00m，調節庫容1195.9萬m3，主副壩均為混凝土面板堆石壩，環庫軸線總長（含壩頂部分）2417.05m。

下水庫與沙河水庫為鄰，在河流堆積階地、寬緩淺沖溝和殘丘處開挖而成，主要建筑物由均質土壩、泄洪閘、補水建筑物及庫岸等組成，下水庫正常蓄水位19.00m，調節庫容1195萬m3；輸水系統采取一洞三機聯合供水方式，地下廠房垂直埋深約240～290m。

2 監測設計

2.1 內觀監測設計

下水庫進出水口5-5監測斷面（岸1+897）設置內部巖體變形、支護應力、地下水位及坡頂接縫等監測項目，布設2套4點式多點位移計、6支錨桿應立計、3個地下水位觀測孔、2支表面測縫計，測點布設及斷面情況詳見圖1。

2.2 外觀設計

在2012年9月，下水庫環庫公路（25m）以下開挖至15m高程時，發現進出水口及兩側庫岸邊坡出現多條裂縫，并有貫穿性裂縫存在。根據已有監測成果并結合巖體性狀分析，產生的原因是該部位的巖體比較破碎、節理比較發育以及環庫公路以下與尾水主洞開挖施工導致。由于該部位僅有5-5監測斷面，監測范圍有限，且環庫公路以下最深處有35m未開挖，為準確掌握巖體在后期開挖期間的變化規律、趨勢，為工程的安全提供有力技術支撐，在進出水口增設1條視準線，監測進出水口庫岸邊坡在開挖期間向臨空面的位移變化情況。共計布設6個測點、2個工作基點，由于該部位覆蓋層較厚，為準確掌握變化規律，工作基點采取布設20m深φ90鉆孔鋼管樁措施，其中X1-3測點對應內觀監測5-5監測斷面。外觀測點布設圖平面圖見圖2、剖面圖見圖3[7]。

圖1 某抽水蓄能電站下水庫進出水口典型斷面監測布置圖Figure 1 Typical section monitoring layout of water inlet and outlet in lower reservoir of a pumped storage power station

圖2 進出水口邊坡體視準線變形監測布置平面圖Figure 2 Layout plan of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

圖3 下水庫進出水口邊坡體視準線變形監測布置剖面圖Figure 3 Layout section of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

3 內外觀監測成果分析

3.1 內觀監測成果分析

5-5斷面的多點位移計監測成果表明，2012年8月前環庫公路上方開挖時期，▽35m高程的邊坡巖壁最大位移量不超過18mm，且變形趨勢相對較緩。公路以下邊坡開挖卸荷后，該高程巖體再次出現加速變形，最大日均變形速率可達0.44mm/d，遠超出設計日均變形速率警戒值（0.15mm/d）；在2012年年底及2013年年初期間受下臥開挖以及①尾水主洞出口段開挖影響，該部位巖體持續呈超設計警戒值增長狀況，正因該部位的圍巖變形持續不能趨穩、收斂，后增設相應的錨筋樁、錨索、網格梁以及貼坡混凝土等支護措施[8]；2013年4月①尾水主洞出口段開挖全部完成，且支護措施以及邊坡體后期增設的支護措施基本實施完成，此時圍巖變形開始趨緩，當月的日均變形速率下降至0.08mm/d，可見該部位整體支護措施對圍巖維穩發揮了很好的作用，此時該高程巖壁最大累計位移達到65.3mm；至2014年3月底累積最大位移值為68.4mm，變形已經穩定，過程線圖見圖4。

圖4 進出水口環庫公路以上35m高程多點位移計過程線圖Figure 4 Process line diagram of multi-point displacement meter above EL.35m on ring road of water inlet and outlet

在進水口邊坡開挖時期，環庫公路下方邊坡變形量相對稍大，進水口開挖基本完成時，▽20m高程巖壁最大累計位移量達到64.7mm左右，占到總位移量的90%以上。開挖過程中的巖體變形速率也較高，2012年12月期間日均變形速率曾一度達到1mm/d，此時主要受尾水主洞出口段開挖影響所致；隨著開挖結束以及相應支護措施的跟進，該部位的巖體也即趨于平穩，2013年4月后日均變形速率在設計警戒值以內變化。目前變形已穩定，至2014年3月底累積最大位移量為70.5mm，過程線圖見圖5[9]。

圖5 下水庫進出水口環庫公路以下20m高程多點位移計過程線圖Figure 5 Process line diagram of multi-point displacement meter below EL.20m on ring road of water inlet and outlet

3.2 外觀監測成果分析

環庫公路外觀測點于2012年11月初布設，測量至2014年3月結束，測點變化規律與內觀測點一致，同樣與開挖進程息息相關，隨著進出水口邊坡開挖支護完成，變形開始趨緩。最大累積位移值為57.4mm，為X1-3測點，測點與5-5監測斷面對應。過程線圖見圖6。

3.3 內外觀監測成果綜合分析

由于外觀測點起測晚，且與5-5內觀斷面對應的測點僅為X1-3測點，因此，取X1-3外觀測點與內觀測點同時段數據進行比對分析，各測點累積位移量值統計表見表1。

圖6 下水庫進出水口環庫公路25m高程外觀測點過程線圖Figure 6 Process line diagram of appearance deformation measuring points at EL.25m on ring road of water inlet and outlet

表1 下水庫進出水口同斷面內外觀測點 同時段累積位移量值統計表Table 1 Statistical table of accumulated displacement of observation points in the same section

通過內觀外數據對比看，整體變化量級一致，符合一般規律。最小的為環庫公路以上35m高程測點，該部位測值稍小的主要原因是：該部位環庫公路寬度有17m，對抑制上部的變形起到一定作用。外觀測點與下部內觀測點位移量差距較小，且內觀測點稍小于外觀測點，主要原因是：內觀測點基于28m深處為相對不動點所測量的成果，但實際該部位仍會存在少量的位移，導致測值稍小于外觀測點。

3.4 小結

通過布設內外觀監測手段，監測進出水口邊坡體變形發展趨勢，進行相互印證的同時，進一步說明邊坡體開挖至今內觀變形監測成果測值是可信的。視準線監測手段通常用于土石壩壩體變形監測，目前尚未遇到布設于進出水口邊坡體開挖監測實用案例，為今后此類工程項目的實施積累經驗。

4 結語

邊坡體變形往往主要形成于施工開挖期，因此，變形監測是邊坡體開挖期重點監控項目[10]。本項目通過打破常規思維部署，在進出水口邊坡體開挖過程中布設視準線監測項目，與內觀監測儀器相互印證同時，進一步說明監測數據成果的可靠性，為工程的安全、技術決策提供重要支撐，確保了后期開挖過程的安全，同時也為今后類似項目施工期監測提供借鑒經驗。