豐滿大壩重建工程泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測(cè)資料分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠，吉林 吉林，132108）

1 工程概況

豐滿大壩全面治理（重建）工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫(kù)正常蓄水位263.50 m，汛限水位260.50 m，死水位242.00 m，校核洪水位268.50 m，水庫(kù)總庫(kù)容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)和原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120 m。泄洪兼導(dǎo)流洞布置在大壩左岸，結(jié)合其結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)條件，設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有進(jìn)、出口邊坡監(jiān)測(cè)、圍巖內(nèi)部變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)、鋼筋應(yīng)力、接縫開(kāi)度、外水壓力監(jiān)測(cè)、出口工作閘門(mén)預(yù)應(yīng)力閘墩監(jiān)測(cè)、出口邊坡內(nèi)水外滲影響監(jiān)測(cè)等。筆者對(duì)新壩施工期泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行了資料分析。

2 泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測(cè)資料分析

2.1 外水壓力監(jiān)測(cè)

外水壓力監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)隧洞在充水及放空狀態(tài)時(shí)，混凝土襯砌內(nèi)外的水壓力情況，進(jìn)而判斷混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)儀器布置形式相同，共計(jì)安裝滲壓計(jì)6支。

（1）數(shù)據(jù)檢查：滲壓計(jì)始測(cè)于2014年5月22日～8月10日，初期測(cè)量頻次較密，目前每月測(cè)量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測(cè)量頻次。滲壓計(jì)測(cè)量精度較高，為±0.35 kPa，測(cè)值可靠，僅有少量粗差數(shù)據(jù)，已對(duì)粗差數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除處理，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：由圖1可見(jiàn)，滲壓計(jì)測(cè)值在隧洞充放水時(shí)均有明顯的變化，3個(gè)斷面的滲壓計(jì)測(cè)值變化規(guī)律一致，表明滲壓計(jì)可以準(zhǔn)確反映外水壓力的變化情況。充水后最大測(cè)值達(dá)395.73 kPa（2BP2，發(fā)生日期2017年5月16日）。滲壓計(jì)變化幅度在202.70～396.07 kPa之間。1-1斷面最大測(cè)值271.53 kPa（1BP1，發(fā)生日期2016年6月25日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭65 m）；2-2斷面最大測(cè)值395.73 kPa（2BP2，發(fā)生日期2017年5月16日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭56 m）；3-3斷面最大測(cè)值326.12 kPa（3BP1，發(fā)生日期2016年5月24日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭47 m）。放空后滲壓計(jì)測(cè)值很快減小，恢復(fù)至正常狀態(tài)，未出現(xiàn)襯砌外水壓力繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過(guò)大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)造成影響。

圖1 泄洪兼導(dǎo)流洞滲壓計(jì)特征值分布圖Fig.1 Distribution of eigenvalues of seepage pressure of spill?way used as diversion tunnel

圖2 典型滲壓計(jì)（2BP2）測(cè)值過(guò)程線Fig.2 Process curve of measured values by typical osmometer

2.2 泄洪兼導(dǎo)流洞出口邊坡內(nèi)水外滲影響監(jiān)測(cè)

2.2.1 山體上抬變形監(jiān)測(cè)

導(dǎo)流洞下游段臨江側(cè)山體覆蓋單薄，若出現(xiàn)內(nèi)水外滲，將對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成一定影響。在泄洪兼導(dǎo)流洞樁號(hào)0+797.12 m和0+838.22 m各布置1套多點(diǎn)位移計(jì)（3點(diǎn)，垂直布置），布置圖見(jiàn)圖3，多點(diǎn)位移計(jì)編號(hào)為BM4-1～BM4-3、BM5-1～BM5-3。

（1）數(shù)據(jù)檢查：多點(diǎn)位移計(jì)始測(cè)于2015年4月16日，目前每月測(cè)量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測(cè)量頻次。儀器精度為±0.1 mm，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測(cè)量精度較高，測(cè)值可靠，僅有少量粗差數(shù)據(jù)，已對(duì)粗差數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除處理，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。其中，BM4-1已于2016年10月29日損壞停測(cè)，BM4-3已于2015年8月22日損壞停測(cè)。

（2）定性與定量分析：由圖4可見(jiàn)，山體不同深度土體均發(fā)生拉伸變形，表明受內(nèi)水外滲影響，山體發(fā)生了不同程度的上抬變形。位于0+797.12 m的多點(diǎn)位移計(jì)BM4測(cè)值較小，歷史最大測(cè)值0.56 mm（BM4-1，2016年2月7日），目前在測(cè)的BM4-2測(cè)值穩(wěn)定，未見(jiàn)趨勢(shì)性發(fā)展。位于0+838.22 m的多點(diǎn)位移計(jì)BM5最大測(cè)值0.92（BM5-2，2018年6月18日）～1.65 mm（BM5-3，2018年8月19日），充水時(shí)表現(xiàn)為整體輕微繼續(xù)上抬的趨勢(shì)性發(fā)展跡象。監(jiān)測(cè)成果表明，內(nèi)水外滲對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成的影響總體較小，山體有一定的上抬變形趨勢(shì)，但目前仍處于較穩(wěn)定狀態(tài)，后期需要持續(xù)關(guān)注。

圖3 泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體BM4、BM5多點(diǎn)位移計(jì)及地下水位BUP1、BUP2布置圖Fig.3 Layout of multipoint extensometers(BM4 and BM5)and monitoring holes for groundwater level(BUP 1 and BUP2)in the moun?tain at the outlet of spillway used as diversion tunnel

2.2.2 地下水位監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體地下水位的變化情況，在泄洪兼導(dǎo)流洞樁號(hào)0+797.12 m和0+832.12 m各布置1個(gè)地下水位孔，內(nèi)部安裝滲壓計(jì)，編號(hào)分別為BUP1和BUP2。BUP1滲壓計(jì)埋設(shè)高程為214.5 m，BUP2滲壓計(jì)埋設(shè)高程為208.7 m。

（1）數(shù)據(jù)檢查：地下水位孔始測(cè)于2015年6月18日和2015年7月3日，目前每月測(cè)量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測(cè)量頻次。儀器精度為±0.35 kPa，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測(cè)量精度較高，測(cè)值可靠，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：同時(shí)繪制泄洪洞內(nèi)滲壓計(jì)與出口邊坡地下水位孔測(cè)值過(guò)程線，見(jiàn)圖4。BUP2最大測(cè)值144.7 kPa（水頭約14.7 m，發(fā)生在2017年8月1日），最高地下水位約220.6 m；BUP1最大測(cè)值67.04 kPa（水頭約6.7 m，發(fā)生在2017年5月30日），最高地下水位約220.7 m。地下水位最高值均小于設(shè)計(jì)值240 m。由圖5可見(jiàn)，兩地下水位孔測(cè)值變化規(guī)律一致，且泄洪洞內(nèi)滲壓變化規(guī)律基本一致，表明導(dǎo)流洞存在內(nèi)水外滲情況。滲壓變幅為92.63～151.30 kPa（水頭約9.2～15.1 m），小于導(dǎo)流洞監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)測(cè)值變幅202.70～396.07 kPa，且地下水位變化略滯后于閘室底板和隧洞監(jiān)測(cè)斷面的滲壓變化。此外，滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，排水結(jié)束后滲透壓力基本恢復(fù)至充水前水平，未出現(xiàn)地下水位繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過(guò)大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)所造成的影響。

圖4 典型山體多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值過(guò)程線Fig.4 Process curve of measured values by multipoint exten?someters in typical mountain

2.3 泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室底板揚(yáng)壓力的變化情況，在閘室底板布置6支滲壓計(jì)進(jìn)行觀測(cè)。滲壓計(jì)編號(hào)為BP4-1、BP4-2、BP5-1、BP5-2、BP6-1、BP6-2，布置圖見(jiàn)圖6。

圖5 泄洪兼導(dǎo)流洞內(nèi)滲壓計(jì)與出口邊坡水位孔測(cè)值過(guò)程線Fig.5 Process curves of measured values of the seepage pres?sure of the spillway used as diversion tunnel and the ground?water level at the slope

圖6 泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)滲壓計(jì)布置圖Fig.6 Layout of osmometers for the uplift pressure monitoring of the chamber at the outlet of spillway used as diversion tunnel

（1）數(shù)據(jù)檢查：滲壓計(jì)始測(cè)于2014年8月12日，目前每月測(cè)量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測(cè)量頻次。儀器精度為±0.7 kPa，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測(cè)量精度較高，測(cè)值可靠，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：由圖7可見(jiàn)，滲壓變化幅度為67.09～122.43 kPa。0+849.32 m處最大測(cè)值為122.1 kPa（BP4-1，發(fā)生在2017年8月1日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)782 kPa；0+862.98 m處最大測(cè)值為89.18 kPa（BP5-2，發(fā)生在2017年5月11日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)435 kPa；0+875.77 m處最大測(cè)值為82.4 kPa（BP6-1,發(fā)生在2017年5月11日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)358 kPa。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，閘室底板6支滲壓計(jì)測(cè)值變化規(guī)律一致，能夠真實(shí)地反映導(dǎo)流洞充放水期間閘室底板滲壓變化情況。滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，且排水結(jié)束后滲透壓力基本恢復(fù)至充水前水平。導(dǎo)流洞充放水試驗(yàn)中，出口閘室揚(yáng)壓力與隧洞監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)以及地下水位孔測(cè)值變化規(guī)律基本相同。閘室滲壓計(jì)典型測(cè)點(diǎn)測(cè)值過(guò)程線如圖8所示。

圖7 泄洪兼導(dǎo)流洞閘室滲壓計(jì)特征值分布圖Fig.7 Distribution of eigenvalues of seepage pressure in the chamber of spillway used as diversion tunnel

圖8 閘室滲壓計(jì)典型測(cè)點(diǎn)（BP4-1）測(cè)值過(guò)程線Fig.8 Process curve of measured values by tipical osmometer in chamber

3 結(jié)語(yǔ)

（1）外水壓力監(jiān)測(cè)成果表明，滲壓計(jì)在充水后最大測(cè)值達(dá)395.73 kPa，變幅為202.70～396.07 kPa，各斷面滲壓計(jì)最大測(cè)值均小于設(shè)計(jì)安全限值。放空后滲壓計(jì)測(cè)值很快減小，恢復(fù)至正常狀態(tài)，未出現(xiàn)襯砌外水壓力長(zhǎng)期保持在高位的現(xiàn)象。

（2）泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體地下水位監(jiān)測(cè)成果表明，地下水位孔最高水位為220.7 m，充放水期間水頭變幅約為9.2～15.1 m，地下水位測(cè)值小于設(shè)計(jì)值240 m。地下水位孔的滲壓變化規(guī)律與隧洞監(jiān)測(cè)斷面滲壓變化規(guī)律基本一致，在導(dǎo)流洞放水期間地下水位迅速降低，未出現(xiàn)繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過(guò)大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)所造成的影響。閘室底板滲壓計(jì)在充放水期間的滲壓變化幅度為67.09～122.43 kPa（水頭約6.7～12.2 m），最大測(cè)值為122.1 kPa，小于設(shè)計(jì)指標(biāo)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，泄洪兼導(dǎo)流洞存在內(nèi)水外滲現(xiàn)象，但測(cè)值均處于設(shè)計(jì)控制范圍之內(nèi)。

（3）山體上抬變形監(jiān)測(cè)成果表明，內(nèi)水外滲對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成的影響較小，山體有一定的上抬變形趨勢(shì)，但目前仍處于較穩(wěn)定狀態(tài)，后期需要持續(xù)關(guān)注。

（4）出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，閘室底板6支滲壓計(jì)的測(cè)值變化規(guī)律一致，能夠真實(shí)地反映導(dǎo)流洞充放水期間閘室底板滲壓變化情況。滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，且排水結(jié)束后基本恢復(fù)至充水前水平。導(dǎo)流洞充放水試驗(yàn)中，出口閘室揚(yáng)壓力與隧洞監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)以及地下水位孔測(cè)值變化規(guī)律基本相同。