蒲石河电站下水库右岸边坡表面变形监测成果分析

任建钦，于柏强，孙思佳，于思雨

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130061；2.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁丹东 118200）

变形监测是保证建筑物安全的一项重要措施，而不同的建筑物根据地形条件的不同适合不同的监测方法，近坝区岩体和高边坡由于受地形及施工条件限制，所能采用的监测方法并不多。交会法是一种较为传统的边坡表面位移测量方式[1-3]，广泛地用于水电站边坡监测中，而且这种观测方式较其他观测方式的精度要高，更能满足工程实际及规范要求。

1 工程概况

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省丹东市宽甸满族自治县境内，距丹东市约60.00 km。电站总装机容量为1 200 MW，建成后并入东北电网，担任调峰、填谷、调频、调相和事故备用任务。电站由上水库、下水库及输水发电系统等建筑物组成。

上水库坝体为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程395.50 m，最大坝高78.50 m，坝顶宽10.00 m，坝顶全长714.00 m。上水库水库面积为0.442 km2，坝址以上流域面积仅1.120 km2，总库容为1 249.92万m3，调节库容为1 048.38 万m3。上水库首次蓄水时间为2011 年11 月1 日，发电时间为2012 年1 月1 日。上水库正常蓄水位为392.00 m，死水位为360.00 m。设计24 h 洪量为93.30 万m3（P=0.5%），校核24 h洪量为124.00 万m3（P=0.1%），上水库不设泄洪建筑物。

下水库坝体为混凝土重力坝，属于1级建筑物，坝顶高程70.10 m，坝顶长336.00 m，最大坝高34.10 m，坝顶宽9.80/17.20 m（挡水坝/排沙闸）。大坝从左至右共分19 个坝段，依次为1 号和2 号岸坡挡水坝段、3 号门库坝段、4—11 号泄洪排沙闸坝段、12 号门库坝段、13 号电梯井坝段、14 号和15 号底流底孔坝段、16号和17号引水坝段、18号和19号岸坡挡水坝段。下水库采用WES 实用堰，堰顶高程48.00 m，采用底流消能，消力池长66.84 m。下水库流域面积1 212.00 km2，水库回水长度为12.86 km，总库容为2 899.54万m3，调节库容为1 283.19 万m3，正常蓄水位为66.00 m，死水位为62.00 m。

输水系统的发电引水系统采用二洞四机布置，发电尾水系统采用一洞四机布置。发电引水系统是由上水库进/出水口、上平段、斜洞段、下平段、引水高压岔管和压力钢管组成；发电尾水系统由尾闸室、尾水隧洞支洞、尾水岔管、尾水调压井、尾水隧洞主洞、下水库进/出水口组成。

发电厂房系统由地下主副厂房及附属洞室、地面开关站组成。地下洞室群主要包括主副厂房洞室、主变洞、尾闸洞、厂房交通洞、厂房通风（出渣）洞、主变运输洞、母线洞、高压电缆洞、周边排水廊道及送排风机洞室等。地面开关站内布置有GIS室。

2 下水库右岸边坡工程地质概况

沿右岸坝肩130.00 m 高程以下分布宽90.00～110.00 m、厚10.00～14.00 m 的节理卸荷带，带内岩石由强～中等风化岩石组成，该卸荷带边坡高程为70.00～120.00 m，比高约50.00 m，开挖坡比为1∶1 ，坡形呈锥形，设计于99.80 m 高程处布设一条宽1.50 m 的马道。边坡内主要有F216，f29，f210 断层分布，F216 断层宽度为30～40 cm，其余断层宽度均小于20 cm。岩体节理发育，主要有3组：①N10°W、倾向SW、倾角70°以上，平行间距为0.10～0.50 m ，断续延伸，下部为1 组缓倾角节理切割；②走向N20°E、倾向SE、倾角30°～40°，平行间距为3.00～5.00 m，延伸长度为5.00～10.00 m；③走向N80°W、倾向NE、倾角85°，平行间距为1.00～2.00 m，延伸长度大于2.00 m。上述3 组节理中，由于①组节理被②组缓倾角节理切割，形成底部滑移面，且①组和②组节理面的上部岩石多以0.10～0.50 m 的平行间距相互密集切割，故边坡岩石成块状破碎，同时，①组还受③组节理的进一步顺坡向切割。鉴于右岸边坡地形较陡，倾角多为40°～45°，故右岸边坡岩石在重力卸荷作用下，岩体受侧向张拉变位，节理多呈宽张状态，部分节理已松动，故岩体透水性较严重，而地下水位埋深较深，低于水库设计水位16.00 m，因此，对右岸坝肩工程地质条件不利。

坝工设计以近于1∶1 的坡比开挖，右岸坝肩70.00 m 高程以上的边坡岩体采用锚固、挂网、喷混凝土相结合的处理措施进行加固。

3 表面变形监测布置及观测方法

为了解高边坡的安全运行状态，及时发现异常情况并采取有效措施，需要对右岸边坡变形进行监测。

3.1 表面变形监测布置

在右岸边坡共布置7 个变形监测点，测点编号为TP01—TP07；在左岸边坡布置了2 个工作基点，编号为TN3-2，TN3-4。

3.2 监测方法

水平位移采用前方交会法观测（边角交会），以TN3-2，TN3-4 为工作基点，分别观测TP01—TP07 测点与TN3-2，TN3-4 连线的夹角及各点到TN3-2，TN3-4 的平距，同时，采集测站与测点的干温、湿温及气压等气象改正元素，在计算时对边长进行改正。水平角采用方向观测法进行观测，水平角、边长、天顶距均严格按照规范要求对测回数及限差进行设定。

4 水平位移理论精度分析

假设A，B为工作基点，P点为测点，S为P点距离工作基点A(XA，YA)的距离，α为水平角，则P点坐标：

极坐标法的精度估算公式：

式中：mxp，myp分为P点在X、Y方向的中误差，mm；mS为测边中误差，mm；mα为水平角中误差，（″）。

P点在工作基点A点观测时的点位中误差mAp：

式中：mβ为测角中误差，（″），取±0.5″；ρ″为1 弧度的角度值对应的秒数，取206 265″。

P点边角交会的点位中误差mp计算公式：

式中：mAp，mBp分别为设站于A和B工作基点时的点位中误差，mm。

位移中误差M：

利用上述公式计算各测点的点位精度，估算精度见表1。

表1 右岸边坡水平位移精度统计表

根据DL/T 5178—2003《混凝土坝安全监测技术规范》，近坝区岩体和高边坡水平位移及垂直位移的中误差限值按±2.000 mm 控制。由表1 可知，由于测点至工作基点距离适中，测点的位移中误差理论精度均不超过±2.000 mm[4-6]，满足规范要求。

5 实测监测资料评价

蒲石河抽水蓄能电站下水库右岸边坡表面位移测点从2008 年7 月开始观测，截止到目前已经连续观测15 年。右岸边坡位移历年测值过程线见图1。

图1 右岸边坡位移历年测值过程线

目前，各测点累计水平位移量在16.040～27.850 mm，其中，2008 年各测点平均年变幅最小，在5.000 mm 左右，后期各测点平均年变幅在10.000 mm 左右，变化较为规律；历史最大位移测点为TP03，位移值为41.860 mm，发生在2020 年4月30 日；各测点最大年变幅为23.270 mm，为TP04测点，发生在2022 年。

从蒲石河抽水蓄能电站右岸边坡变形监测布置及测量结果来看，各测点布置合理，设计目的明确，可满足右岸边坡安全监测要求。采用前方交会法观测水平位移，选用的观测方法合适，测点估算的位移中误差能满足规范要求。精度分析与历年监测成果分析结果较为吻合，各部位实测水平位移的精度小于理论值，测值基本能反映边坡的表面位移，精度能满足安全监测要求。

6 结语

前方交会法虽为传统观测方式，但通过对蒲石河电站下水库右岸边坡表面变形监测的成果分析来看，该方法同GNSS 等自动化观测方法相比，在精度上更能够满足相关规范要求。随着科学技术的发展，自动化观测（测量机器人）方式将会逐步取代传统人工观测方式，届时前方交会法将会得到更广泛的应用。