龙羊峡水电站大坝下游虎山坡安全监测及运行性态分析

孔庆梅

（国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司，青海 西宁，810003）

0 引言

龙羊峡水电站是黄河干流上游控制性工程，其安全直接关系到下游人民群众生命、财产安全和经济社会发展。龙羊峡电站枢纽工程坝高、库大、地质条件复杂，下游虎山坡的稳定对整个工程安全运行具有重要的意义。1989年、2012年、2018年、2019年、2020年汛期黄河来水较丰，受长时段泄洪冲刷及雨雾影响，虎山坡部分不稳定岩体、变形体及表面松散体出现小方量塌滑等现象，存在一定的安全隐患，工程运行管理单位采取了一系列措施进行综合处理。为监控边坡稳定状况，运行管理单位在虎山坡一定范围内布设了安全监测系统，开展了监测和分析工作，科学研判其运行性态，为龙羊峡大坝安全评价和运行管理提供技术依据，为确保充分发挥龙羊峡水电站综合效益提供技术支撑。同时，为其他工程边坡处理、监测、分析评价提供技术参考。

1 概述

1.1 工程概况

龙羊峡水电站位于青海省共和县和贵南县交界处的黄河干流上，距西宁市147 km。工程任务以发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用。对其下游已建梯级电站的水量调节起到主导作用，同时与刘家峡水库联合补偿运行，共同满足黄河河口镇以上河段的防凌、防洪及工农业用水要求。

龙羊峡水电站枢纽工程由混凝土重力拱坝、左右岸重力墩、左右岸副坝、坝后主副厂房、引水系统、右岸溢洪道和中、深、底孔泄水道等组成。混凝土重力拱坝坝顶高程2 610 m，最大坝高178 m。水库正常蓄水位2 600 m，相应库容247 亿m3，校核洪水位2 607 m，总库容276.3 亿m3，设计洪水位2 602.25 m，死水位2 530 m，调节库容193.53亿m3，为多年调节水库，属一等大（1）型工程。电站总装机容量1 280 MW，保证出力589.8 MW，多年平均发电量59.42亿kWh。该工程于1977年开工，1986年水库蓄水，1987年两台机组发电，1990年工程基本竣工，2000年完成竣工安全鉴定，2007—2020年完成3 次大坝定检，结论均为正常坝，2006—2021年大坝安全注册等级均为甲级。

自龙羊峡水电站1986年下闸蓄水以来，至今已安全运行35年。2018年为黄河上游来水特丰年，11月5日库水位首次达到正常蓄水位2 600 m，2020年10月27日水库水位达历史最高水位2 600.91 m。经统计，在2018年库水位达正常蓄水位至2021年11月30日时段内，库水位在2 599 m以上运行了196 d，在2 600 m及以上运行了45 d。

1.2 虎山坡概况

虎山坡位于龙羊峡水电站下游消能区右岸，上游以F7断层发育的南大山水沟为界，下游至消能区出口处，全长约380 m，分布高程2 530～2 666 m，总方量约280万m3，底滑面为f306断层。由古滑坡堆积体、Ⅰ号塌滑体及Ⅱ号不稳定岩体组成。虎山坡位置见图1。

图1 虎山坡位置Fig.1 The location of Hushan slope

虎山坡处在大坝泄洪雾化影响范围内，其稳定性主要受f306缓倾角断层控制，变形破坏主要由泄洪雾化降雨引起。1989年7月底孔泄洪，Ⅰ号不稳定岩体失稳塌滑，总方量约87 万m3，其中17 万m3脱离滑床落入坡脚，少量进入河道，使尾水抬高约0.2 m，其余70万m3滞留在滑床上。2013年复核划定4 个变形体（BXT1、BXT2、BXT3、BXT4）和1 个塌滑堆积体。虎山坡变形、塌滑部位见图2。

图2 虎山坡变形、塌滑部位Fig.2 Deformation and collapse of Hushan slope

2 工程处理措施

1989年对虎山坡采取了削坡减载、增设抗滑桩、设置防冲墙、表面混凝土喷护等综合治理措施。之后因Ⅰ号塌滑体的牵引作用，使古滑坡体顶部出现拉裂缝，1995年对其进行了处理，采用削头减载、预应力锚索和钢筋混凝土抗剪桩锚固、山体内部排水洞排水、坡脚设置深入抗冲线以下的混凝土防冲挡墙等方式进行防护。

2003年，虎山坡表面变形HQS2 观测点以东60 m，自2 620 m高程平台向下至HQS4观测点平台的斜坡面岩体发生约8 000 m3局部塌滑，2003—2004年对塌滑体进行处理，将底滑面f306上盘的变形体全部挖除。处理后坡体基本处于稳定状态。

2012年7月23日—8月28日，电站长时间泄洪，在虎山坡及其下游侧形成较强雨雾降水，导致下游防冲区虎山坡坡脚防护体被冲毁坍塌、虎山坡观礼台下游侧新增表层裂缝和变形体、坡体中部排水沟不够顺畅等缺陷。

2015年，原设计单位编制了尾水防护体修复方案；2016年完成尾水下游右岸护坡体修复处理、虎山坡地表排水处理和排水洞清理及喷护；2018年汛前对BXT1、BXT2、BXT3 变形体和塌滑堆积体进行了混凝土喷护处理；2019年7—8月对虎山坡顶部进行了土工膜覆盖封闭处理。

虎山坡采取综合处理后，经近几年大流量、长时段泄洪考验，未发生大范围塌滑和整体失稳等现象，处理措施有效。

3 安全监测评价

虎山坡原有监测项目有地表平面变形、精密水准、地下水、内部观测、洞内静力水准、测斜和巡视检查，其中内部变形、静力水准和测斜监测项目因多种原因停止监测。各监测项目均采用人工监测方式，观测频次为1次/月。

2018年9月，为了监测虎山坡泄洪雾化和BXT1、BXT2、BXT3、BXT4变形体裂缝，在各裂缝部位布设1支单向测缝计，并在2 582 m、2 605 m高程新增2台雨量计。2019年6月在虎山坡表面安装7个GNSS监测点，在2 620 m高程马道布设5个静力水准点，在4 个地下水位观测孔安装渗压计；2020年9月又安装3套大量程位移计、3台雨量计。以上监测项目均实现自动化监测，观测频次为1 次/d。2021年将地表平面变形监测和GNSS 监测项目纳入龙羊峡水电站外观智能监测系统。

目前，虎山坡共布设7 个监测项目，共计47 个测点。监测设施仪器完好、项目完备、系统可靠，监测精度、频次满足规范要求和实际监控需要，监测数据准确可靠。测点布置见图3～4。

图3 虎山坡雨量计和测缝计布置Fig.3 Layout of rain gauges and joint meters in Hushan slope

4 运行性态分析评价

分析时段选择自起测至2021年11月，根据多年监测资料，进行时空连续分析，基本掌握工程边坡运行性态。

4.1 表面变形监测

虎山坡共有10 个表面变形观测点（见图4），其中HQS2 测点于2003年7月塌滑停测。各测点位移资料显示，2002年3月—2021年11月，累计水平位移在30 mm 以内（除泄洪雨雾区HQS9 测点受泄洪影响仪器损坏，重新安装后变化量略大）。2007年以后，平面变形速率在枯水季节多小于0.04 mm/d；2012年5月31日—2012年6月7日，最大平面变形速率HQS8 测点达0.35 mm/d；在2018年泄洪期间，各点平面速率在0.071～3.662 mm/d。

图4 虎山坡GNSS测点布置Fig.4 Layout of GNSS measuring points in Hushan slope

总体来看，虎山坡变形受泄洪雨雾及降雨影响略大，旱季变形速率总体较小。

4.2 GNSS监测

截至2021年11月30日，位于虎山坡顶部平台的GY01、GH01 测点水平综合累计位移量分别为28.71 mm、27.10 mm，三维综合累计位移量分别为28.81 mm、27.84 mm；其余测点水平综合累计位移量在2.09～5.87 mm，三维综合累计位移量在3.66～9.52 mm 波动，未见趋势性变化，测值变化见图5。

图5 GNSS测点三维综合位移量Fig.5 Three- dimensional comprehensive displacements of GNSS measuring points

4.3 沉降监测

虎山坡沉降监测项目分为精密水准和静力水准。精密水准共布置4 个监测点（测点编号为HQSS1、HQSS2、HQSS3、HQSS4），2003年6月起测；静力水准共布置5个测点，2019年6月起测。

（1）各测点测值呈周期性变化，随气温降低沉降量增大，反之减小。精密水准HQSS1测点小幅趋势性抬升，其余测点小幅趋势性下沉。

（2）精密水准监测结果显示，截至2021年12月7日，HQSS1 测点累计抬升量为13.2 mm，其余3 个测点累计下沉量分别为8.9 mm、12.0 mm、12.0 mm，沉降变化量较小。

（3）静力水准和精密水准监测资料反映的沉降变化规律和量值基本一致。

4.4 裂缝监测

2018年9月在虎山坡BXT1、BXT2、BXT3、BXT4 变形体裂缝处各布设1 支单向测缝计。2019年7月，BXT4变形体局部发生小方量塌滑，该部位测缝计掩埋停测。为了实时监控BXT4变形体变化情况，2020年10月在BXT4 变形体部位布设3套大量程位移计。

变形体部位的3支裂缝计和3支位移计数据采集正常，测值变化量较小，结合现场巡查分析，未发现裂缝扩展和趋势性张开迹象。

4.5 渗流监测

虎山坡地下水位监测共5孔，起测时间为2001年10月，测孔编号为OH1、OH2、OH3、OH4、OH5。OH2测孔于2003年7月塌滑。

从长序列测值变化过程看，各孔孔内水位呈明显的年周期变化，每年3—4月孔内水位达最低，7—8月孔内水位达最高，与降雨量相关性显著。2021年11月30日，各孔地下水位分别为2 605.08 m、2 554.47 m、2 571.37 m、2 573.81 m，地下水位分布和变化规律正常。OH5 孔地下水位变化过程见图6。

图6 OH5孔地下水位与降雨量对比Fig.6 Comparison between groundwater level in OH5 and rainfall

4.6 雨量监测

为了监测泄洪雨雾，2018年在虎山坡泄洪雨雾影响范围内2 582 m 高程、2 605 m 高程安装2台雨量计，2018年9月起测；2020年10月在银线崖、虎山坡平台、虎山坡平洞口又布设3 台雨量计。自安装至今，5 台雨量计有效监测了泄洪期泄洪雨量及降雨量，为虎山坡安全稳定分析提供了环境资料。

4.7 巡视检查及泄洪雨雾影响

近几年巡视检查发现除虎山坡BXT4 变形体、下游侧银线崖边坡表部碎裂岩体发生局部小方量坍塌外，其余均未发现异常现象。

通过近三年对泄洪雨雾影响区的观察和分析，泄洪雨雾对虎山坡有一定的影响。在其影响下，虎山坡下游银线崖和BXT4 变形体碎裂岩石发生局部小方量塌滑，但整体稳定。3种泄水情况见图7～9。

图7 中孔泄水实景Fig.7 Discharge by middle hole

图8 表孔泄水实景Fig.8 Discharge by surface hole

图9 中孔和表孔联合泄水实景Fig.9 Combined discharge by middle hole and surface hole

5 结语

（1）虎山坡采取的削坡减载、增设抗滑桩、设置防冲墙、表面混凝土喷护、预应力锚索和钢筋混凝土抗剪桩锚固、土工膜覆盖封闭等工程综合治理措施是有效可行的，经2018—2020年大流量、长时段泄洪检验，处理效果较好。

（2）虎山坡的稳定对整个枢纽工程安全具有重要的意义，为监控边坡的运行状况，布设了一套完整的监测系统，并实现了自动监测、定期分析。截至目前，虎山坡监测系统完备、可靠，监测精度、频次满足规范要求，监测资料准确、可靠，监控措施到位，虎山坡处于有效监控状态。

（3）虎山坡变形、渗流规律正常，变形体裂缝监测未发现异常，近几年巡视检查除发现银线崖和BXT4变形体表部碎裂岩体和松散体受泄洪雨雾影响有小方量塌滑外，其他无异常，虎山坡整体稳定。

综上所述，虎山坡监测项目完备，系统运行可靠，监控措施到位，治理措施有效可行，处理效果较好。虎山坡安全运行性态良好，整体稳定，并处于有效的监控状态。■