丰满大坝重建工程泄洪兼导流洞变形监测资料分析

李作光

（丰满发电厂，吉林省吉林市 132108）

1 工程概况

丰满大坝全面治理（重建）工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、生态环境保护、水产养殖和旅游等综合利用，供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。水库正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水库总库容103.77亿m3。

枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统、原三期电站组成。新建大坝坝轴线位于原丰满大坝坝轴线下游120m。

泄洪兼导流洞布置在大坝左岸，结合泄洪兼导流洞结构及工程地质条件，泄洪兼导流洞设置监测项目主要有进、出口边坡监测；围岩内部变形及支护结构锚杆应力监测；钢筋应力、接缝开度、外水压力监测；出口工作闸门预应力闸墩监测；出口边坡内水外渗影响监测等。本文针对新坝施工期泄洪兼导流洞变形监测项目进行资料分析。

2 泄洪兼导流洞变形监测资料分析

2.1 泄洪兼导流洞出口边坡内部变形

在泄洪洞出口边坡两侧分别布置1套多点位移计（4点），编号为4BM1-4和5BM1-4。BM1-4分别对应6m、11m、16m、19.5m。

2.1.1 数据检查[7]

多点位移计起测于2013年11月12日。初期测量频次较密，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.1mm。对上述数据进行了检查，各测点变化基本稳定，测值精度较高，满足规范要求。4BM于2016年5月4日停测。5BM-1和5BM-3于2016年5月4日损坏停测。

2.1.2 定性与定量分析[1，2]

监测数据表明，截至2018年8月20日，各测点位移均处于拉伸状态，即各测点向临空面方向发生变形。孔口处位移最大，其中4BM1-4位移最大值为5.82mm（2016年5月4日），5BM1-4位移最大值为4.18mm（2017年5月11日）。两支仪器测值变化规律相似，量值基本相当。总体来看，出口边坡内部变形量不大，且趋于平稳，表明出口边坡内部不同深度变形基本稳定。多点位移计典型测值过程线如图1所示，5BM回归分析过程线见图2，回归结果表明目前边坡变形时效已基本稳定。

2.2 泄洪兼导流洞围岩内部变形

在泄洪兼导流洞选择三个断面进行围岩内部变形监测，桩号分别为洞0+145.00m、洞0+533.00m和洞0+638.00m。每个监测断面布置3套多点位移计（3点），3个监测断面共计9套多点位移计。9套多点位移计编号为：1BM1-1～1BM1-3、1BM2-1～1BM2-3、1BM3-1～1BM3-3、2BM1-1～2BM1-3、2BM2-1～2BM2-3、2BM3-1～2BM3-3、3BM1-1～3BM1-3、3BM2-1～3BM2-3、3BM3-1～3BM3-3。3点分别对应2m、7m、14.5m。

2.2.1 数据检查[7]

各多点位移计于2014年5月6日～8月12日埋设完开始观测，初期测量频次较密，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.1mm。对上述数据进行了检查，各测点变化基本稳定，测值精度较高，满足规范要求。部分测次存在粗差，已对粗差作删除处理。

2.2.2 定性与定量分析[1，2]

多点位移计测值特征值分布图见图3～图5。

图1 多点位移计5BM测值过程线Figure 1 Multi-point displacement meter 5BM measurement process line

图2 多点位移计5BM回归分析各分量过程线Figure 2 Multipoint displacement meter 5BM regression analysis of each component process line

图3 泄洪兼导流洞1断面多点位移计特征值分布图Figure 3 Distribution of characteristic values of multi-point displacement meter in 1 section of flood discharge and diversion hole

图4 泄洪兼导流洞2断面多点位移计特征值分布图Figure 4 Distribution of characteristic values of 2 transects of flood discharge and diversion hole

图5 泄洪兼导流洞3断面多点位移计特征值分布图Figure 5 Distribution of characteristic values of multi-point displacement meter in 3 sections of flood discharge and diversion hole

1-1 断面多点位移计孔口处向临空面发生变形，最大测值在0.34～1.15mm（1BM1-3，2016年3月27日）之间,最小测值在-0.98（1BM3-2，2016年4月27日）～ 0.0mm之间；2-2断面多点位移计孔口处向临空面发生变形，最大测值在0.29～1.60mm（2BM3-3，2018年8月19日）之间,最小测值在-0.05（2BM2-3，2018年6月5日）～0.35mm之间。其中，2BM1-1～2BM1-3于2016年3月27日停测；3-3断面多点位移计孔口处向临空面发生变形，除3BM3外其余两组多点位移计最大测值在0.45～2.72mm（3BM1-3，2018年8月19日）之间，最小值在-0.24～1.6mm之间。3断面多点位移计3BM3的3号测点3BM3-3测值于2016年6月2日发生突变，变幅最大达到37.46mm，之后保持稳定，未有继续发展趋势。3号多点位移计埋设位置见图6中红圈位置。该时间相同部位锚杆测力计（深度为5m）未见突变，该断面其他多点位移计也未见突变；该断面测缝计、钢筋计亦未见突变 （见图8），进一步查看原始数据，可以判断数据异常是由于深度为15m和深度为7m处传感器的测量数据错误的原因，而深度为2m处传感器相对位移正常。3号断面3组多点位移计测值过程线如图7所示。

由过程线可以看出，各断面位移变化量不大，孔口相对于最深点围岩（15m）的位移最大分别为1.15mm、1.60mm、2.72mm，位移按深度分布合理，围岩内部变形基本稳定。

2.2.3 统计模型分析[3，4]

3-3 断面共8组多点位移计相对于最深点位移过程线如图9所示，由于从过程线看部分测点有一定的发展趋势，建立以库水位、气温、时效为因子的统计模型进行分析，模型的时效分量结果见图10。由图可以看出，3个断面时效分量均存在一定的发展趋势，各断面最大时效分量值在0.20mm、0.60mm、0.45mm左右，无明显收敛趋势，但速率已基本稳定，最大时效速率0.15mm/年左右，后期应关注其发展。

图6 各断面多点位移计、测缝计埋设位置图（红圈为3号多点位移计）Figure 6 Multiple point displacement meter and sealometer placement map for each section(red circle is 3 multi-point displacement meter)

图7 3号断面3组多点位移计测值过程线Figure 7 3 Section 3 Multi-point displacement measurement process line

图8 3号断面测缝计、钢筋计、锚杆测力计测值过程线Figure 8 Process line for measuring the value of section suture gauge, steel fasciometer and anchor force gauge

图9 3个断面8组多点位移计相对于最深点测点位移过程线Figure 9 8 sets of multipoint displacement process lines relative to maximum depth point measured by 3 sections

图10 3个断面测8组多点位移计相对于最深点测点时效分量过程线Figure 10 Process lines of aging components for 3 cross sections and 8 sets of multi-point displacement meters relative to maximum depth points

图11 3-3断面顶部测缝计3BJ2温度和开度过程线Figure 11 3 3-3 Top Sewing Meter 3BJ2 Temperature and Open Process Line

2.3 泄洪兼导流洞接缝开度监测

本监测项目在3个监测断面监测仪器布置形式相同，见图6共布置测缝计6支编号为1BJ1、1BJ2、2BJ1、2BJ2、3BJ1、3BJ2。

2.3.1 数据检查[7]

各测缝计于2015年1～3月埋设完开始观测，初期测量频次较密，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.025mm。对上述数据进行了检查，1-1断面测值稳定，测量精度较高，但2017年7月开始测值不稳。2-2、3-3断面测缝计测值前期测值较稳定，精度较高，后期测值规律性较差，已不可靠。2-2断面仪器已于2016年6月损坏停测，3-3断面仪器已于2017年10月损坏停测。

2.3.2 定性与定量分析[6，7]

1-1 断面各测点测值变化稳定，变化量较小，前期开度在0.5mm以下，2018年6月以后测值出现微小突变，量值在0.5mm左右，目前开度在-0.98～1.15mm之间，需进一步加强观测。2-2、3-3断面测缝计前期监测成果表明接缝已有不同程度的张开，历史最大测值达到9.19mm（3BJ2，2016年1月9日）。测缝计温度年变幅一般在16～17℃左右，测缝计开度与温度呈一定的负相关关系，即温度降低，开度增加；温度升高，开度减小。开度最大的3-3断面测缝计3BJ2测值过程线如图11所示。

3 结语

（1）泄洪兼导流洞出口边坡内部变形量不大，孔口最大位移分别为5.82mm和4.18mm，内部不同深度变形基本稳定，未见继续发展趋势，出口边坡基本稳定。

（2）泄洪兼导流洞围岩内部变形及支护结构除3断面一组多点位移计测值较大，初步判断不可靠外，其他断面位移变化较小， 1-1、2-2、3-3断面孔口最大位移分别为1.15mm、1.60mm、2.72mm，各断面均有一定的增加趋势，但速率已基本稳定。

（3）泄洪兼导流洞1-1断面的接缝开度较小，最大开度0.68mm，测值基本稳定，2-2、3-3断面测缝计已损坏停侧，前期监测成果表明接缝已有不同程度张开，最大测值超过9mm，其可靠性待查。