華光潭一級電站廠房后邊坡穩(wěn)定性分析評價

趙 權，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設有馬道，馬道以下山坡幾經(jīng)改造，坡面采用噴混凝土護面，并設有錨桿、排水孔等設施。廠房后邊坡由于受構造影響，局部巖石較破碎，全強風化層厚度5～15 m。后邊坡構造類型為斷層和節(jié)理，斷層最大寬度達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年對廠房后邊坡進行了地表拉裂縫封閉、粘土夯實、回填，地表截排水溝修復與重構，修建4組排水平洞及其支洞，錨筋樁和格構梁加裝錨桿及表面鋼筋混凝土格柵支護等綜合整治。同時，設置了較全面的安全監(jiān)測系統(tǒng)實時或定期進行安全監(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)測等并結合現(xiàn)場巡視檢查，定期對邊坡運行作安全評價分析。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)測又包括采用滑動測斜儀測斜監(jiān)測、多點位移監(jiān)測、靜力水準監(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；應力監(jiān)測包括錨筋應力監(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。邊坡滲流及應力監(jiān)測建立了自動化監(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)邊坡工程實際情況，在邊坡范圍共布設19個表面位移測點，編號按高程由高至低為1號、1-1號、1-2號、3～17號，其中1號測點布設在調壓井附近，其高程約為466 m；2～3號布設在約400 m高程；4～6號布設在約370 m高程；7～9號布設在約330 m高程；10～12號布設在約280 m高程。為監(jiān)測廠房本身的整體位移，在一級主廠房房頂近河岸側(女兒墻頂部)布設13、14號2個位移測點，其高程約250 m。在邊坡下部250 m馬道附近分別布設15、16、17號3個位移測點。為評估判斷工作基點本身的穩(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2個位移測點(穩(wěn)定點)；其中C點設在進廠公路橋頭附近穩(wěn)定巖體上，D點設在滑坡區(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)全站儀按三維坐標法進行觀測，三維坐標法中極坐標法觀測平面順坡向Y(以邊坡主滑動線方向為Y向、水平向臨空面為正)及橫坡向X(面向臨空面左為正)兩個方向的坐標；專用工藝EDM三角高程法觀測高程方向的坐標H，最后計算得到坐標位移量。

極坐標法觀測分別在工作基點A及B測站按方向觀測法四測回及八測回進行水平方向及平距觀測，工作基點至位移測點斜距最大值為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A及B測站按中絲法四測回及八測回進行垂直角及斜距觀測。在三角高程變形觀測中，觀測位移測點高程的同時，觀測與位移測點大氣垂直折光基本一致的固定點高程；如在本工程中的工作基點A、B，以及相對穩(wěn)定點C、D等，以掌握推算大氣垂直折光的變化情況，必要時進行K值變化引起的位移測點高程觀測值修正；并采用高精度免調節(jié)變形監(jiān)測通用棱鏡組及專用儀器高量取等專用工藝，基本消除了目標安置、儀器安置等誤差。邊坡各位移測點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個位移測點的GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)，實時進行不間斷三維表面變形自動監(jiān)測。

3 邊坡運行穩(wěn)定性分析評價

邊坡表面變形監(jiān)測項目于2009年6月13日進行了基準值監(jiān)測。針對邊坡歷年來表面變形監(jiān)測結合滲流監(jiān)測、現(xiàn)場巡視檢查等監(jiān)測資料對邊坡運行穩(wěn)定性作分析評價。分析評價主要以邊坡表面水平、垂直位移監(jiān)測資料進行定性及多元逐步回歸統(tǒng)計模型分析，其目的一是了解邊坡變形的影響因素，認識邊坡在其影響下的變化規(guī)律。二是對時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，對其產(chǎn)生的原因進行解釋，并結合有關測點及其他效應量情況對是否存在異常情況作出判斷。三是對邊坡觀測精度作出大致估計，以確定監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和使用價值。四是通過合理的模型計算分析，預測未來時段內(nèi)在一定的環(huán)境條件下效應量的變化范圍，提出后期運行管理方案的優(yōu)化。

3.1 邊坡主要位移測點水平垂直位移定量分析

(1)邊坡位移測點水平、垂直位移按下式建立統(tǒng)計模型。

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

(2)邊坡水平位移統(tǒng)計模型分析表明，順坡向水平位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，大部分位移測點的時效水平位移分量主要表現(xiàn)為自然對數(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/403測點的94.2 mm，其回歸方程見下式(見圖2、表1)。

圖2 典型測點水平位移回歸計算擬合圖

表1 邊坡位移測點順坡向水平位移回歸參數(shù)

(3)邊坡垂直位移統(tǒng)計模型分析表明，垂直位移主要發(fā)生在2009—2012年的前3年，大部分位移測點的時效垂直位移分量主要表現(xiàn)為自然對數(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/393測點的54.7 mm，其回歸方程見下式(見圖3、表2)。

圖3 典型測點垂直位移回歸計算擬合圖

表2 邊坡位移測點垂直位移回歸參數(shù)

3.2 邊坡運行評價結論及建議

(1)邊坡變形監(jiān)測資料結合滲流監(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)，時效變形速率明顯減緩，短期降水對邊坡變形影響較小；巡視檢查亦未發(fā)現(xiàn)任何危及邊坡安全運行的缺陷和問題，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效分量占了總位移量的大部分變幅外(82%～94%)，大部分測點水平位移降水、溫度分量占10%以下。降水分量與前30天平均降水量相關，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逐步回復。溫度分量表現(xiàn)為與前半個月至一個半月氣溫相關，氣溫升高可引起邊坡位移測點順坡向水平位移增大，反之減小，歷年變幅在2～4 mm。庫水位對邊坡順坡向水平位移無明顯影響。邊坡各測點表面順坡向水平位移回歸方程標準差在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效分量占了總位移量的大部分變幅外(88%～94%)，大部分測點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)。降水對邊坡垂直位移無明顯影響；庫水位對邊坡垂直位移無明顯影響。邊坡各測點表面垂直位移回歸方程標準差在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臺位移測點加2臺基準站的GNSS，系統(tǒng)進行實時不間斷自動監(jiān)測，無需人工進入現(xiàn)場，在任何時間、任何氣候條件下，均可以進行觀測；取每天6 h以上的靜態(tài)觀測作為監(jiān)測值。對2019年1月—2021年9月監(jiān)測成果進行了統(tǒng)計，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)計模型的綜合分析，可掌握降水、溫度、時效等因素對邊坡變形的影響效用，實現(xiàn)對工程系統(tǒng)的反饋控制。為有效可靠地保障邊坡安全運行，建議后期對GNSS系統(tǒng)及表面變形監(jiān)測系統(tǒng)進行優(yōu)化完善，并采用GNSS系統(tǒng)和滲流監(jiān)測自動化系統(tǒng)不間斷實時進行自動化監(jiān)測，定期進行全站儀表面變形監(jiān)測及監(jiān)測資料綜合分析以準確掌握邊坡變形狀態(tài)和性態(tài)，適時開展現(xiàn)場巡視檢查工作，必要時進行邊坡深層變形監(jiān)測。

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