白鹤滩水电站施工期谷幅变形监测分析

赵振军 于胜利

(1.中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌 443002；2.中国三峡建设管理有限公司，四川成都 610042)

0 引言

我国特高拱坝主要集中在西南地区,河谷快速下切和强褶皱山系在时间和空间上叠加形成了西南地区河谷两岸地形陡峻、高地应力的复杂地形地质结构，使得坝址区地质体在天然情况下即处于临界平衡或接近临界平衡的状态。施工期开挖卸荷、正常蓄水等扰动极有可能会打破这种平衡，产生不可逆转的谷幅变形[1]。

近几年来，我国的锦屏一级、小湾、溪洛渡等一批300 m级特高拱坝陆续在西南地区建成并蓄至正常蓄水位。锦屏一级水电站、溪洛渡水电站在开挖施工期间未进行谷幅变形监测，在蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象，谷幅收缩量分别在10 mm 、60 mm左右，并且有持续变形的趋势，超出了一般的工程经验和规律认识，引起了坝工界和学术界的高度关注[2-4]。

白鹤滩水电站是金沙江四个梯级电站之一，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级。距离溪洛渡水电站195 km，控制流域面积43.03×104km2，占金沙江流域面积的91.0%。溪洛渡水电站在开挖施工期间未进行谷幅变形监测，蓄水期间已经观测到了比较显著的谷幅收缩，因此有必要对白鹤滩拱坝开挖卸荷期和蓄水初期可能产生的谷幅变形进行研究。通过全生命期谷幅变形监测，为枢纽正常运行提供保障，本文通过对开挖卸荷期间谷幅变形进行监测和研究，为蓄水后及时评价谷幅变形和采取防治措施提供依据。

1 谷幅监测布置

白鹤滩拱坝谷幅监测根据工程部位可分为库盆区、拱坝坝肩抗力体区域、水垫塘区域三大部分，水垫塘区域兼顾左岸强卸荷边坡。各监测断面及测点位置选择在边坡地质条件相对复杂部位，监测断面覆盖全面并突出重点，并尽量利用已有边坡监测点。监测方案综合考虑施工期与蓄水运行期河谷变形特点，能保证谷幅监测的尽早实施及观测的连续性，同时采用外部观测与深部观测相结合的形式，便于对比分析及相互验证。现阶段只完成了坝肩谷幅测线观测，库盆及抗力体深部监测仍在实施中。

1.1 拱坝上游侧谷幅监测

在拱坝上游库盆区布置6个谷幅监测断面，断面位置分别位于距拱坝约10 km(棉纱湾附近)边坡、距拱坝约5 km(上村梁子附近)边坡、距拱坝约2 km边坡、距拱坝约600 m导流洞进口边坡、距拱坝约400 m进水口边坡、拱坝附近。考虑到水库下闸蓄水后，坝身导流底孔封堵期间，汛前控制水位低于800 m时间较长，兼顾785 m防洪限制水位，故选择在正常蓄水位以下804 m和正常蓄水位以上834 m高程布置谷幅测点。拱坝上游谷幅测线平面布置见图1。

图1 拱坝上游谷幅测线平面布置图

1.2 拱坝下游侧谷幅监测

拱坝下游侧谷幅监测分为表面和深部谷幅变形监测两部分。

1.2.1 表面谷幅变形监测

在拱坝下游侧设置6个谷幅监测断面，断面位置分别取紧邻坝趾、拱冠坝趾下游约166 m抗力体边坡(6-6断面)、拱冠坝趾下游约197 m抗力体边坡(7-7断面)、拱冠坝趾下游约280 m水垫塘边坡(8-8断面)、拱坝下游侧靠近二道坝边坡、拱冠坝趾下游约660 m水垫塘边坡开口线附近位置。各断面上谷幅测点结合左岸边坡主要的层间错动带C3、C3-1和层内错动带LS337、LS331等出露部位而布置。拱坝下游谷幅测线平面布置见图2。

图2 拱坝下游谷幅测线平面布置图

1.2.2 深部谷幅变形监测

深部谷幅变形采用设置于抗力体横河向排水支洞内的石墨杆式位移计配合激光测距仪进行监测。为增加变形监测深度，特别地将左岸PSL6-2排水支洞以及右岸PSR7-2排水支洞向两岸山体内分别延伸至500 m，分别作为1#、2#谷幅变形观测洞；另沿二道坝轴线在左、右岸坡652 m高程分别向两岸山体内钻设长500 m的观测洞，编号为3#、4#谷幅变形观测洞。

边坡深部变形监测应首先考虑利用这些专门的谷幅变形监测洞，并在其基础上形成深部变形监测断面。在监测断面内的横河向排水支洞及观测洞内，沿洞轴向以串联方式布置石墨杆式位移计，每段位移计长度约为50 m。此外，在石墨杆式位移计的每个锚固墩上同时设置强制对中底盘并安装观测棱镜，采用全站仪对各段测杆间距离进行观测，并与石墨杆式位移计监测成果相互校验。

2 谷幅监测成果分析

高程834 m以上边坡治理工程于2013年开工，2014年10月完成。坝肩开挖工程(高程834～600 m)于2013年8月开工，2016年6月完成。在开挖期间部分谷幅测点、深部谷幅变形监测装置未安装完成。因此目前监测成果只有部分谷幅测线成果和谷幅测点表面变形成果。已完成谷幅测线分部见图3。

图3 谷幅测点布置图

2.1 谷幅测线成果分析

谷幅监测情况统计分析表见表1。谷幅测线变形时序过程线见图4—图7。

分析图表可以看出：

目前为止，谷幅测线累计位移在-86.00～-9.36 mm之间，谷幅测线当前最大位移为-86.00 mm，该条测线紧邻坝址区域，位于635 m高程。TPzbj-5-TPgf22谷幅测线收缩主要发生在坝基开挖期间，开挖完成之后，收缩变形量呈减小趋势，变化逐渐趋稳。

表1 谷幅监测情况统计分析表

注：-代表谷幅收缩，+代表谷幅张开。

图4 谷幅紧邻坝址测距时序过程曲线

图5 谷幅6-6断面测距时序过程曲线

图6 谷幅7-7断面测距时序过程曲线

图7 谷幅8-8断面测距时序过程曲线

(1)上下游方向分布规律：紧邻坝基开挖面断面谷幅测线收缩较大，并且与坝基开挖呈一定的相关性，与岩体开挖卸荷造成的岩体蠕变相关。沿坝基位置向下游方向，谷幅测线变化量逐步减小。

(2) 高程方向基本呈现规律：从空间分布看，谷幅测线高程越高，谷幅收缩量越大，并且与高边坡岩体开挖卸荷造成的蠕变相关。

2.2 谷幅表面变形测点成果分析

谷幅表面变形测点于2017年10月21日、10月22日分别独立观测两次取其平均值作为基准值；2017年11月19日进行了第1次变形观测，目前按照1次/月的观测频次进行观测。已施测表面变形测点水平位移时序过程曲线见图8。

图8 左岸谷幅表面变形测点水平位移时序过程曲线

通过当前观测数据可知：当前累计水平合位移在4.60～12.30 mm之间。所测谷幅表面变形测点均位于左岸边坡，变化量较小，结合谷幅测线监测成果可知，右岸边坡谷幅表面变形测点变化量较大。

3 结论

对白鹤滩水电站开挖期间进行谷幅变形监测分析，得到以下结论：

(1)紧邻坝基开挖面断面谷幅测线收缩较大，并且与坝基开挖呈一定的相关性，与岩体开挖卸荷造成的岩体蠕变相关。沿坝基位置向下游方向，谷幅测线变化量逐步减小。

(2)从空间分布看，谷幅测线高程越高，谷幅收缩量越大，并且与高边坡岩体开挖卸荷造成的蠕变相关。

(3)结合谷幅测线监测和所测谷幅表面变形测点成果可知：右岸边坡谷幅表面变形测点变化量较左岸大。

白鹤滩电站目前虽然只完成了部分监测项目，但是通过谷幅测线的监测和相关表面变形测点的监测，初步掌握了开挖期间谷幅变形相关资料，为后续蓄水期谷幅变形提供了相关成果，为准确分析两岸坝肩工作性态和预测谷幅变形趋势提供依据，同时也为同类型高拱坝变形监测提供相关参考依据。