某抽水蓄能电站下水库进出水口变形规律分析

单海年，张黎明

［南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院），江苏省南京市 211000 ]

0 引言

某抽水蓄能电站下水库进出水口开挖边坡高，最大坡高达75m，且岩体整体性差、构造多，对开挖施工安全产生较大风险[1]。为准确掌握边坡体变形规律，确保边坡体的顺利开挖，设计了坝体内观变形监测项目；随着边坡体的开挖，出现较大环向裂缝变形[2]，为全面掌握变形规律，创造性的在进出水口边坡体增设了视准线外观监测项目，与内观监测相互结合[3]，为边坡体顺利开挖提供准确、可靠的监测成果。

视准线[4]监测方式为土石坝坝体的平面变形常用监测手段[5]，截至目前，除该项目外尚未见到应用到边坡岩体变形测量案例。下水库进出水口呈U字形布设，两侧均为山体，但最大覆盖层厚度达到5m，因此两侧工作基点均增加20m深钢管桩施工措施及采用施工控制网定期进行校测、修正，从而最大限度的减小了工作基点基础不稳可能产生的测量误差。通过内外观测量成果的相互印证，为边坡体顺利开挖提供了有效的技术支持。本文通过创造性的在进出水口增设了外观监测项目，与内观结合分析，起到了很好的效果，可为今后在类似工程提供参考。

1 工程概况

某抽水蓄能电站位于江苏省，电站总装机容量1500MW，6台机组，本工程属大（1）型一等工程。电站枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房（含地面开关站及副厂房）及下水库等4部分组成[6]。

上水库由165m高主坝和2座副坝、库岸及库底防渗体系组成，上水库正常蓄水位291.00m，调节库容1195.9万m3，主副坝均为混凝土面板堆石坝，环库轴线总长（含坝顶部分）2417.05m。

下水库与沙河水库为邻，在河流堆积阶地、宽缓浅冲沟和残丘处开挖而成，主要建筑物由均质土坝、泄洪闸、补水建筑物及库岸等组成，下水库正常蓄水位19.00m，调节库容1195万m3；输水系统采取一洞三机联合供水方式，地下厂房垂直埋深约240～290m。

2 监测设计

2.1 内观监测设计

下水库进出水口5-5监测断面（岸1+897）设置内部岩体变形、支护应力、地下水位及坡顶接缝等监测项目，布设2套4点式多点位移计、6支锚杆应立计、3个地下水位观测孔、2支表面测缝计，测点布设及断面情况详见图1。

2.2 外观设计

在2012年9月，下水库环库公路（25m）以下开挖至15m高程时，发现进出水口及两侧库岸边坡出现多条裂缝，并有贯穿性裂缝存在。根据已有监测成果并结合岩体性状分析，产生的原因是该部位的岩体比较破碎、节理比较发育以及环库公路以下与尾水主洞开挖施工导致。由于该部位仅有5-5监测断面，监测范围有限，且环库公路以下最深处有35m未开挖，为准确掌握岩体在后期开挖期间的变化规律、趋势，为工程的安全提供有力技术支撑，在进出水口增设1条视准线，监测进出水口库岸边坡在开挖期间向临空面的位移变化情况。共计布设6个测点、2个工作基点，由于该部位覆盖层较厚，为准确掌握变化规律，工作基点采取布设20m深φ90钻孔钢管桩措施，其中X1-3测点对应内观监测5-5监测断面。外观测点布设图平面图见图2、剖面图见图3[7]。

图1 某抽水蓄能电站下水库进出水口典型断面监测布置图Figure 1 Typical section monitoring layout of water inlet and outlet in lower reservoir of a pumped storage power station

图2 进出水口边坡体视准线变形监测布置平面图Figure 2 Layout plan of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

图3 下水库进出水口边坡体视准线变形监测布置剖面图Figure 3 Layout section of deformation monitoring with collimation line at water inlet and outlet slope

3 内外观监测成果分析

3.1 内观监测成果分析

5-5断面的多点位移计监测成果表明，2012年8月前环库公路上方开挖时期，▽35m高程的边坡岩壁最大位移量不超过18mm，且变形趋势相对较缓。公路以下边坡开挖卸荷后，该高程岩体再次出现加速变形，最大日均变形速率可达0.44mm/d，远超出设计日均变形速率警戒值（0.15mm/d）；在2012年年底及2013年年初期间受下卧开挖以及①尾水主洞出口段开挖影响，该部位岩体持续呈超设计警戒值增长状况，正因该部位的围岩变形持续不能趋稳、收敛，后增设相应的锚筋桩、锚索、网格梁以及贴坡混凝土等支护措施[8]；2013年4月①尾水主洞出口段开挖全部完成，且支护措施以及边坡体后期增设的支护措施基本实施完成，此时围岩变形开始趋缓，当月的日均变形速率下降至0.08mm/d，可见该部位整体支护措施对围岩维稳发挥了很好的作用，此时该高程岩壁最大累计位移达到65.3mm；至2014年3月底累积最大位移值为68.4mm，变形已经稳定，过程线图见图4。

图4 进出水口环库公路以上35m高程多点位移计过程线图Figure 4 Process line diagram of multi-point displacement meter above EL.35m on ring road of water inlet and outlet

在进水口边坡开挖时期，环库公路下方边坡变形量相对稍大，进水口开挖基本完成时，▽20m高程岩壁最大累计位移量达到64.7mm左右，占到总位移量的90%以上。开挖过程中的岩体变形速率也较高，2012年12月期间日均变形速率曾一度达到1mm/d，此时主要受尾水主洞出口段开挖影响所致；随着开挖结束以及相应支护措施的跟进，该部位的岩体也即趋于平稳，2013年4月后日均变形速率在设计警戒值以内变化。目前变形已稳定，至2014年3月底累积最大位移量为70.5mm，过程线图见图5[9]。

图5 下水库进出水口环库公路以下20m高程多点位移计过程线图Figure 5 Process line diagram of multi-point displacement meter below EL.20m on ring road of water inlet and outlet

3.2 外观监测成果分析

环库公路外观测点于2012年11月初布设，测量至2014年3月结束，测点变化规律与内观测点一致，同样与开挖进程息息相关，随着进出水口边坡开挖支护完成，变形开始趋缓。最大累积位移值为57.4mm，为X1-3测点，测点与5-5监测断面对应。过程线图见图6。

3.3 内外观监测成果综合分析

由于外观测点起测晚，且与5-5内观断面对应的测点仅为X1-3测点，因此，取X1-3外观测点与内观测点同时段数据进行比对分析，各测点累积位移量值统计表见表1。

图6 下水库进出水口环库公路25m高程外观测点过程线图Figure 6 Process line diagram of appearance deformation measuring points at EL.25m on ring road of water inlet and outlet

表1 下水库进出水口同断面内外观测点 同时段累积位移量值统计表Table 1 Statistical table of accumulated displacement of observation points in the same section

通过内观外数据对比看，整体变化量级一致，符合一般规律。最小的为环库公路以上35m高程测点，该部位测值稍小的主要原因是：该部位环库公路宽度有17m，对抑制上部的变形起到一定作用。外观测点与下部内观测点位移量差距较小，且内观测点稍小于外观测点，主要原因是：内观测点基于28m深处为相对不动点所测量的成果，但实际该部位仍会存在少量的位移，导致测值稍小于外观测点。

3.4 小结

通过布设内外观监测手段，监测进出水口边坡体变形发展趋势，进行相互印证的同时，进一步说明边坡体开挖至今内观变形监测成果测值是可信的。视准线监测手段通常用于土石坝坝体变形监测，目前尚未遇到布设于进出水口边坡体开挖监测实用案例，为今后此类工程项目的实施积累经验。

4 结语

边坡体变形往往主要形成于施工开挖期，因此，变形监测是边坡体开挖期重点监控项目[10]。本项目通过打破常规思维部署，在进出水口边坡体开挖过程中布设视准线监测项目，与内观监测仪器相互印证同时，进一步说明监测数据成果的可靠性，为工程的安全、技术决策提供重要支撑，确保了后期开挖过程的安全，同时也为今后类似项目施工期监测提供借鉴经验。