大岗山拱坝初期蓄水变形监测成果分析

袁文熠，张业辉，王 滔

（国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都，610041）

大岗山拱坝初期蓄水变形监测成果分析

袁文熠，张业辉，王 滔

（国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都，610041）

根据大岗山水电站大坝及坝基变形成果，研究了大岗山混凝土双曲拱坝初期蓄水的变形分布特征和发展变化规律，分析了大岗山水电站蓄水期的工作形态。监测成果表明，大坝及坝基变形符合一般规律，量值在设计控制指标范围以内，其变形监测成果对其他特高拱坝具有重要的参考价值。

大岗山拱坝；初期蓄水；监测变形成果分析

1 工程概况

大岗山水电站坝址位于大渡河中游的四川省雅安市石棉县挖角乡境内，上游与硬梁包水电站衔接，下游与龙头石水电站衔接。水库正常蓄水位1 130.00 m，死水位1 120.00 m，总库容7.42亿m3，调节库容1.17亿m3，具有日调节能力。电站枢纽由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电系统等建筑物组成。其中混凝土拱坝高210 m，厚高比0.248，弧高比2.964，上游倒悬度0.136，坝身布置有4个泄洪深孔。

大岗山水电站工程地质条件复杂，施工工序复杂，管理难度较大，工程建设难点可简要概括为“三高一大”，即高地震烈度（抗震设计烈度为8度）、高拱坝（坝高210 m）、高边坡（边坡开挖高度达到500 m级）、大型地下洞室群。工程于2005年开始筹建，2008年1月完成河道分流，2011年9月启动大坝混凝土浇筑，2014年12月完成第一阶段下闸蓄水，2015年7月蓄水至1 120 m，2015年10月蓄水至1 130 m。

2 变形监测仪器布置

2.1 坝肩边坡

（1）变形观测墩：左岸边坡表面设立35个外部变形测点，右岸边坡表面设立36个外部变形测点。

（2）谷幅监测：布置有谷幅观测线12条，共计39测点。

2.2 坝体

（1）垂线：在拱冠14号坝段及6号、10号、19号和24号坝段5个断面和两岸坝肩灌浆廊道共布置7条分段的正垂线（23个测点），以较全面地观测坝体水平位移，详见图1。

（2）水准点：在高程940.00 m、979.00 m、1 030.00 m、1 081.00 m廊道中，每个坝段布置一个水准点，在14号坝段各高程横向监测廊道上、中、下游各布设一个水准点，高程940.00 m基础廊道、1 081.00 m上检查廊道每个坝段布置1个水准点，水准点共计77个。在各层灌浆廊道左右岸深处各布置1个水准点，作为水准工作基点，共计8个。

图1 大岗山坝体垂线布置图Fig.1 Layout of plumb lines at Dagangshan dam

（3）变形观测墩：在拱坝坝后桥及坝顶共布置水平位移测点22个，3条弦长测线，用大地测量方式观测弦长变化。

（4）横缝测缝计：拱坝3号、5号、7号、9号、14号、18号、21号、23号坝段共8条横缝，按每个横缝灌浆区布置一组（3支）测缝计，每条横缝顶部灌区布置1支测缝计，以监测拱坝分缝的开合度，共布置横缝永久测缝计317支。

2.3 坝基

（1）倒垂线：布置在7条正垂线对应的坝基，其中14号拱冠坝段倒垂线采用倒垂线组（2条），其中一条锚固深度为另一条的1/2，用于监测拱冠坝基挠度。共布置8条倒垂。

（2）石墨杆式收敛计：在左岸高程1 030.00 m、高程1 081.00 m灌浆平硐内各布置1套石墨杆式收敛计，共2套。石墨杆式收敛计沿平硐布置，约20 m布置1个测点，共21个测点。

（3）基岩测缝计：在除2号、3号、25号、26号、27号、28号以外的坝段坝基位置，沿顺河向上、中、下各布置1支，布置埋入式振弦式基岩测缝计共63支，施工期在14号横缝基础置换块增加3支测缝计，基岩测缝计共计66支。

3 分期蓄水过程

水电站初期蓄水时，较高的库水水头作用会对水工建筑物、坝肩边坡、库岸边坡、拱坝抗力体等的稳定性带来不小的影响。为此，在结合国内同类型电站蓄水经验的基础上，大岗山水电站首次蓄水采取了分期蓄水的原则。按照导流洞可敞泄水位1 010 m、死水位1 120 m及正常蓄水位1 130 m三个阶段分期蓄水，并在各阶段水位适当停留，动态监测大坝及近岸边坡的情况。大岗山水电站分期蓄水过程见图2。

图2 大岗山水电站蓄水历时过程线Fig.2 Stages of water storage of Dagangshan dam

4 监测成果分析

4.1 坝肩边坡变形

外观监测数据显示，左、右岸坝肩边坡外观测点水平位移变化较小，基本表现为向山体内变形。谷幅测数据显示，上下游侧谷幅线均表现为拉伸状态。下闸蓄水至今，上下游侧谷幅线均表现为少量回弹，且上游侧回弹量大于下游侧，谷幅测线变形历时曲线见图3。

图3 1 165 m高程谷幅测线变形历时曲线Fig.3 Variation of valley width at elevation 1 165 m

4.2 水平位移

垂线监测成果显示，大坝水平位移与库水位变化相关性明显，库水位抬升阶段，坝体径向位移整体表现为向下游变位。坝体径向变位表现为14号拱冠梁坝段最大，向两岸递减，高高程向低高程递减；切向位移表现为左岸坝段向左岸变位、右岸坝段向右岸变位。水位蓄至1 130 m高程以后，坝体水平位移随水位小幅波动变化。根据坝体有限元计算成果［1］，蓄水过程中各特征水位下的位移预测值见表1，14号坝段垂线位移沿高程分布见图4，14号坝段垂线水平位移变化过程线见图5。

表1 14号坝段各测点顺河向预测位移值Table 1 Predicted displacement on different elevations of dam block No.14

2014年12月30日第一阶段蓄水开始至2015年10月31日，坝体径向累计位移在3.82～78.76 mm之间（14号坝段1 135 m高程累计径向位移最大）。2015年5月29日～7月17日，坝体径向最大累计位移量66.65 mm，发生在14号拱坝段1 135 m高程；2015年7月17日～10月31日，坝体径向最大累计位移量78.76 mm，发生在14号拱坝段1 135 m高程。

图4 14号坝段垂线水平位移沿高程分布图Fig.4 Distribution of displacement on different elevations of dam block No.14

图5 14号坝段垂线水平位移过程线Fig.5 Horizontal displacement of dam block No.14

2014年12月30日第一阶段蓄水开始至2015年10月31日，垂线各测点切向位移分布总体以河床坝段（14号、15号坝段）为界，左岸坝段向左岸变形、右岸坝段向右岸变形，量值相对较小。向右岸变形最大（-22.73 mm）的为19号坝段1 135 m高程，向左岸变形最大（24.25 mm）的为10号坝段1 135 m高程。2015年5月29日～7月17日，坝体切向最大累计位移量20.67 mm，发生在10号拱坝段1 135 m高程；2015年7月17日～10月31日，坝体切向最大累计位移量24.25 mm，发生在10号拱坝段1 135 m高程。

4.3 垂直位移

廊道水准监测数据显示，水位抬升过程中，大坝各高程垂直位移主要表现为上抬。水位蓄至1 130 m高程以后，垂直位移随水位上升而小幅抬升。坝体上抬变形表现为深孔坝段变形量最大，向两岸递减，1 030 m高程廊道典型水准点垂直位移分布见图6。

4.4 倾斜变形

14号坝段横向廊道共布置了15个水准点，通过上、下游水准点沉降差及两点间距进行坝体倾斜监测。水位蓄至1130m高程以后，高程940m、979 m、1 030 m和1 081 m分别累计向下游倾斜1′27.31″、1′17.20″、37.43″和18.94″。监测数据显示，随着水位抬升，大坝各高程均表现为向下游倾斜变形；蓄水至1 130 m高程后，坝体倾斜变形变化较小。14号坝段横向廊道水准点倾角变化过程线见图7。

图6 1 030 m廊道垂直位移过程线Fig.6 Vertical displacement of corridor on elevation 1 030 m

图7 14号坝段横向廊道水准点上下游倾角变化过程线Fig.7 Inclination of benchmark in horizontal corridor of dam block No.14

4.5 弦长观测

大坝1 030 m、1 081 m和1 135 m高程共布置了3条弦长测线。采用大地测量方式观测下游弦长变化。坝后弦长测线于2014年11月份取得基准值并投入观测，水位蓄至1 130 m高程以后，高程1 135 m弦长测线累计变化-14.88 mm，表现为拉伸变形，符合一般变形规律。高程1 135 m弦长测线变化过程线见图8。

4.6 横缝观测

大坝共设28条横缝，灌区高度9～12 m，分为21层，共计365个灌区，共埋设了永久测缝计317支。截至2015年10月31日，大坝已灌区横缝增开度在-1.42～1.07 mm之间。98.4%的横缝测点增开度小于0.3 mm，其中87.9%的测点增开度小于0，处于压紧状态。蓄水以来，各坝段横缝主要呈压紧变化趋势。

4.7 坝基变形

4.7.1 水平变形

在库水位抬升过程中，坝基径向位移整体表现为向下游变位，坝基切向位移表现为左岸坝段向左、右岸坝段向右变位；水位蓄至1 130 m高程以后，坝基水平位移变化趋于稳定。截至2015年10月31日，14号坝段940 m高程，径向累计位移量25.04 mm；坝基切向位移最大变形发生在10号坝段940 m高程，累计位移量4.45 mm。坝基径向位移变化过程线见图9。

4.7.2 收敛变形

在大坝左岸1 030 m及1 081 m灌浆平洞内各布置了1套石墨杆收敛计。水位抬升过程中，高程1 030 m和1 081 m均表现为受压缩变形，水位蓄至1 130 m高程以后，压缩变形变化趋于稳定。左岸高程1 030 m及1 081 m石墨杆收敛计位移过程线见图10和图11。

4.7.3 坝基接缝

为监测基础与坝体交接部位、坝踵及两岸坝肩稳定，大坝1～29号坝段共计埋设基岩测缝计66支。截至2015年10月31日，蓄水至1 130 m后各坝段基岩测缝计开合度变化量在-5.31～0 mm之间。随着水位抬升，13～17号坝段上游侧坝基测缝计压缩量小幅减小，其他各部位均主要表现为继续呈压缩变形。最大变化发生在16号坝段下游侧，蓄水后累计变化-4.31 mm，各坝段混凝土与基岩处于压紧状态。16号坝段基岩测缝计开合度过程线见图12。

图8 高程1 135 m弦长测线变化过程线Fig.8 Chord length on elevation 1 135 m

图9 大坝坝基径向位移变化过程线Fig.9 Radial displacement of dam base

图10 左岸1 030 m灌浆平洞石墨杆收敛计位移过程线Fig.10 Convergence displacement of grouting tunnel on left bank on elevation 1 030 m

图11 左岸1 081 m灌浆平洞石墨杆收敛计位移过程线Fig.11 Convergence displacement of grouting tunnel on left bank on elevation 1 081 m

5 结语

（1）受蓄水影响后，两岸山体呈现向两边扩张的状态。谷幅成果表明，随时间的推移，上下游侧谷幅线均表现为少量回弹，且上游侧回弹量大于下游侧。

（2）大岗山拱坝蓄水期间，垂线监测成果显示，大坝水平位移与库水位变化相关性明显：库水位抬升阶段，坝体径向位移整体表现为向下游变位，坝体径向变位表现为14号拱冠梁坝段最大，向两岸递减，高高程向低高程递减；切向位移表现为左岸坝段向左岸变位、右岸坝段向右岸变位。各水位高程的变形值均在设计预测范围内。

（3）水位抬升过程中，大坝各高程垂直位移主要表现为上抬，大坝各高程均表现为向下游倾斜变形。

图12 16号坝段基岩测缝计开合度过程线Fig.12 Opening degree of dam base of block No.16

（4）蓄水过程中，高程1 135 m弦长测线TP2-1～TP29-1变化量14.88 mm，表现为拉伸变形。

（5）蓄水期间，大坝已灌区横缝增开度在-1.42～1.07 mm之间，其中87.9%的测点增开度小于0（处于压紧状态），上游压紧程度较中、下游明显。

（6）蓄水过程中，14号坝段坝基径向累积向下游变位25.04 mm；坝基切向位移最大变形发生在10号坝段940 m高程，累计位移量4.45 mm，整体变形趋于平稳。

（7）左右岸灌浆平洞内石墨杆收敛计及基岩测缝计均受压缩变形，但量值较小。

[1]大岗山水电站导流底孔下闸蓄水安全评估设计报告[R].2015.

Analysis on deformation of Dagangshan arch dam during initial impoundment

by YUAN Wen-yi, ZHANG Ye-hui and WANG Tao
Dadu River Hydropower Development Co.,Ltd.

Based on the deformation of body and base of Dagangshan arch dam,the distribution characteristic as well as its development and change rule during initial impoundment is studied.Then its working behavior in storage period is analyzed.Monitoring results indicates that the deformation of body and base conforms to the general rule,and the numeric value stays in the designed control scope,which is worthy reference for other super-high arch dams.

Dagangshan arch dam;initial impoundment;analysis on deformation monitoring data

book=33,ebook=39

TV698.1

B

1671-1092（2016）06-0033-07

2016-09-11；

2016-11-21

袁文熠（1989-），男，四川南充人，工学硕士，从事安全监测管理工作。

作者邮箱：522540150@qq.com