豐滿大壩重建工程泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測資料分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠，吉林 吉林，132108）

1 工程概況

豐滿大壩全面治理（重建）工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫正常蓄水位263.50 m，汛限水位260.50 m，死水位242.00 m，校核洪水位268.50 m，水庫總庫容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)和原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120 m。泄洪兼導(dǎo)流洞布置在大壩左岸，結(jié)合其結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)條件，設(shè)置監(jiān)測項(xiàng)目主要有進(jìn)、出口邊坡監(jiān)測、圍巖內(nèi)部變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿應(yīng)力監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力、接縫開度、外水壓力監(jiān)測、出口工作閘門預(yù)應(yīng)力閘墩監(jiān)測、出口邊坡內(nèi)水外滲影響監(jiān)測等。筆者對(duì)新壩施工期泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行了資料分析。

2 泄洪兼導(dǎo)流洞滲透壓力監(jiān)測資料分析

2.1 外水壓力監(jiān)測

外水壓力監(jiān)測主要監(jiān)測隧洞在充水及放空狀態(tài)時(shí)，混凝土襯砌內(nèi)外的水壓力情況，進(jìn)而判斷混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。3個(gè)監(jiān)測斷面的監(jiān)測儀器布置形式相同，共計(jì)安裝滲壓計(jì)6支。

（1）數(shù)據(jù)檢查：滲壓計(jì)始測于2014年5月22日～8月10日，初期測量頻次較密，目前每月測量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測量頻次。滲壓計(jì)測量精度較高，為±0.35 kPa，測值可靠，僅有少量粗差數(shù)據(jù)，已對(duì)粗差數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除處理，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：由圖1可見，滲壓計(jì)測值在隧洞充放水時(shí)均有明顯的變化，3個(gè)斷面的滲壓計(jì)測值變化規(guī)律一致，表明滲壓計(jì)可以準(zhǔn)確反映外水壓力的變化情況。充水后最大測值達(dá)395.73 kPa（2BP2，發(fā)生日期2017年5月16日）。滲壓計(jì)變化幅度在202.70～396.07 kPa之間。1-1斷面最大測值271.53 kPa（1BP1，發(fā)生日期2016年6月25日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭65 m）；2-2斷面最大測值395.73 kPa（2BP2，發(fā)生日期2017年5月16日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭56 m）；3-3斷面最大測值326.12 kPa（3BP1，發(fā)生日期2016年5月24日），小于設(shè)計(jì)安全限值（洞頂以上水頭47 m）。放空后滲壓計(jì)測值很快減小，恢復(fù)至正常狀態(tài)，未出現(xiàn)襯砌外水壓力繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)造成影響。

圖1 泄洪兼導(dǎo)流洞滲壓計(jì)特征值分布圖Fig.1 Distribution of eigenvalues of seepage pressure of spill?way used as diversion tunnel

圖2 典型滲壓計(jì)（2BP2）測值過程線Fig.2 Process curve of measured values by typical osmometer

2.2 泄洪兼導(dǎo)流洞出口邊坡內(nèi)水外滲影響監(jiān)測

2.2.1 山體上抬變形監(jiān)測

導(dǎo)流洞下游段臨江側(cè)山體覆蓋單薄，若出現(xiàn)內(nèi)水外滲，將對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成一定影響。在泄洪兼導(dǎo)流洞樁號(hào)0+797.12 m和0+838.22 m各布置1套多點(diǎn)位移計(jì)（3點(diǎn)，垂直布置），布置圖見圖3，多點(diǎn)位移計(jì)編號(hào)為BM4-1～BM4-3、BM5-1～BM5-3。

（1）數(shù)據(jù)檢查：多點(diǎn)位移計(jì)始測于2015年4月16日，目前每月測量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測量頻次。儀器精度為±0.1 mm，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測量精度較高，測值可靠，僅有少量粗差數(shù)據(jù)，已對(duì)粗差數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除處理，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。其中，BM4-1已于2016年10月29日損壞停測，BM4-3已于2015年8月22日損壞停測。

（2）定性與定量分析：由圖4可見，山體不同深度土體均發(fā)生拉伸變形，表明受內(nèi)水外滲影響，山體發(fā)生了不同程度的上抬變形。位于0+797.12 m的多點(diǎn)位移計(jì)BM4測值較小，歷史最大測值0.56 mm（BM4-1，2016年2月7日），目前在測的BM4-2測值穩(wěn)定，未見趨勢性發(fā)展。位于0+838.22 m的多點(diǎn)位移計(jì)BM5最大測值0.92（BM5-2，2018年6月18日）～1.65 mm（BM5-3，2018年8月19日），充水時(shí)表現(xiàn)為整體輕微繼續(xù)上抬的趨勢性發(fā)展跡象。監(jiān)測成果表明，內(nèi)水外滲對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成的影響總體較小，山體有一定的上抬變形趨勢，但目前仍處于較穩(wěn)定狀態(tài)，后期需要持續(xù)關(guān)注。

圖3 泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體BM4、BM5多點(diǎn)位移計(jì)及地下水位BUP1、BUP2布置圖Fig.3 Layout of multipoint extensometers(BM4 and BM5)and monitoring holes for groundwater level(BUP 1 and BUP2)in the moun?tain at the outlet of spillway used as diversion tunnel

2.2.2 地下水位監(jiān)測

為了監(jiān)測泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體地下水位的變化情況，在泄洪兼導(dǎo)流洞樁號(hào)0+797.12 m和0+832.12 m各布置1個(gè)地下水位孔，內(nèi)部安裝滲壓計(jì)，編號(hào)分別為BUP1和BUP2。BUP1滲壓計(jì)埋設(shè)高程為214.5 m，BUP2滲壓計(jì)埋設(shè)高程為208.7 m。

（1）數(shù)據(jù)檢查：地下水位孔始測于2015年6月18日和2015年7月3日，目前每月測量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測量頻次。儀器精度為±0.35 kPa，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測量精度較高，測值可靠，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：同時(shí)繪制泄洪洞內(nèi)滲壓計(jì)與出口邊坡地下水位孔測值過程線，見圖4。BUP2最大測值144.7 kPa（水頭約14.7 m，發(fā)生在2017年8月1日），最高地下水位約220.6 m；BUP1最大測值67.04 kPa（水頭約6.7 m，發(fā)生在2017年5月30日），最高地下水位約220.7 m。地下水位最高值均小于設(shè)計(jì)值240 m。由圖5可見，兩地下水位孔測值變化規(guī)律一致，且泄洪洞內(nèi)滲壓變化規(guī)律基本一致，表明導(dǎo)流洞存在內(nèi)水外滲情況。滲壓變幅為92.63～151.30 kPa（水頭約9.2～15.1 m），小于導(dǎo)流洞監(jiān)測斷面滲壓計(jì)測值變幅202.70～396.07 kPa，且地下水位變化略滯后于閘室底板和隧洞監(jiān)測斷面的滲壓變化。此外，滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，排水結(jié)束后滲透壓力基本恢復(fù)至充水前水平，未出現(xiàn)地下水位繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)所造成的影響。

圖4 典型山體多點(diǎn)位移計(jì)測值過程線Fig.4 Process curve of measured values by multipoint exten?someters in typical mountain

2.3 泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測

為監(jiān)測泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室底板揚(yáng)壓力的變化情況，在閘室底板布置6支滲壓計(jì)進(jìn)行觀測。滲壓計(jì)編號(hào)為BP4-1、BP4-2、BP5-1、BP5-2、BP6-1、BP6-2，布置圖見圖6。

圖5 泄洪兼導(dǎo)流洞內(nèi)滲壓計(jì)與出口邊坡水位孔測值過程線Fig.5 Process curves of measured values of the seepage pres?sure of the spillway used as diversion tunnel and the ground?water level at the slope

圖6 泄洪兼導(dǎo)流洞出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測滲壓計(jì)布置圖Fig.6 Layout of osmometers for the uplift pressure monitoring of the chamber at the outlet of spillway used as diversion tunnel

（1）數(shù)據(jù)檢查：滲壓計(jì)始測于2014年8月12日，目前每月測量3～4次，滿足設(shè)計(jì)要求的測量頻次。儀器精度為±0.7 kPa，經(jīng)數(shù)據(jù)檢查，測量精度較高，測值可靠，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

（2）定性與定量分析：由圖7可見，滲壓變化幅度為67.09～122.43 kPa。0+849.32 m處最大測值為122.1 kPa（BP4-1，發(fā)生在2017年8月1日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)782 kPa；0+862.98 m處最大測值為89.18 kPa（BP5-2，發(fā)生在2017年5月11日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)435 kPa；0+875.77 m處最大測值為82.4 kPa（BP6-1,發(fā)生在2017年5月11日），小于設(shè)計(jì)指標(biāo)358 kPa。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，閘室底板6支滲壓計(jì)測值變化規(guī)律一致，能夠真實(shí)地反映導(dǎo)流洞充放水期間閘室底板滲壓變化情況。滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，且排水結(jié)束后滲透壓力基本恢復(fù)至充水前水平。導(dǎo)流洞充放水試驗(yàn)中，出口閘室揚(yáng)壓力與隧洞監(jiān)測斷面滲壓計(jì)以及地下水位孔測值變化規(guī)律基本相同。閘室滲壓計(jì)典型測點(diǎn)測值過程線如圖8所示。

圖7 泄洪兼導(dǎo)流洞閘室滲壓計(jì)特征值分布圖Fig.7 Distribution of eigenvalues of seepage pressure in the chamber of spillway used as diversion tunnel

圖8 閘室滲壓計(jì)典型測點(diǎn)（BP4-1）測值過程線Fig.8 Process curve of measured values by tipical osmometer in chamber

3 結(jié)語

（1）外水壓力監(jiān)測成果表明，滲壓計(jì)在充水后最大測值達(dá)395.73 kPa，變幅為202.70～396.07 kPa，各斷面滲壓計(jì)最大測值均小于設(shè)計(jì)安全限值。放空后滲壓計(jì)測值很快減小，恢復(fù)至正常狀態(tài)，未出現(xiàn)襯砌外水壓力長期保持在高位的現(xiàn)象。

（2）泄洪兼導(dǎo)流洞出口山體地下水位監(jiān)測成果表明，地下水位孔最高水位為220.7 m，充放水期間水頭變幅約為9.2～15.1 m，地下水位測值小于設(shè)計(jì)值240 m。地下水位孔的滲壓變化規(guī)律與隧洞監(jiān)測斷面滲壓變化規(guī)律基本一致，在導(dǎo)流洞放水期間地下水位迅速降低，未出現(xiàn)繼續(xù)保持在高位的現(xiàn)象，避免了內(nèi)外水頭差過大對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)所造成的影響。閘室底板滲壓計(jì)在充放水期間的滲壓變化幅度為67.09～122.43 kPa（水頭約6.7～12.2 m），最大測值為122.1 kPa，小于設(shè)計(jì)指標(biāo)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，泄洪兼導(dǎo)流洞存在內(nèi)水外滲現(xiàn)象，但測值均處于設(shè)計(jì)控制范圍之內(nèi)。

（3）山體上抬變形監(jiān)測成果表明，內(nèi)水外滲對(duì)山體和邊坡穩(wěn)定造成的影響較小，山體有一定的上抬變形趨勢，但目前仍處于較穩(wěn)定狀態(tài)，后期需要持續(xù)關(guān)注。

（4）出口閘室揚(yáng)壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，閘室底板6支滲壓計(jì)的測值變化規(guī)律一致，能夠真實(shí)地反映導(dǎo)流洞充放水期間閘室底板滲壓變化情況。滲透壓力在充水時(shí)迅速增加，排空時(shí)迅速減小，且排水結(jié)束后基本恢復(fù)至充水前水平。導(dǎo)流洞充放水試驗(yàn)中，出口閘室揚(yáng)壓力與隧洞監(jiān)測斷面滲壓計(jì)以及地下水位孔測值變化規(guī)律基本相同。