蒲石河電站下水庫右岸邊坡表面變形監(jiān)測成果分析

任建欽，于柏強(qiáng)，孫思佳，于思雨

（1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130061；2.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧丹東 118200）

變形監(jiān)測是保證建筑物安全的一項(xiàng)重要措施，而不同的建筑物根據(jù)地形條件的不同適合不同的監(jiān)測方法，近壩區(qū)巖體和高邊坡由于受地形及施工條件限制，所能采用的監(jiān)測方法并不多。交會(huì)法是一種較為傳統(tǒng)的邊坡表面位移測量方式[1-3]，廣泛地用于水電站邊坡監(jiān)測中，而且這種觀測方式較其他觀測方式的精度要高，更能滿足工程實(shí)際及規(guī)范要求。

1 工程概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內(nèi)，距丹東市約60.00 km。電站總裝機(jī)容量為1 200 MW，建成后并入東北電網(wǎng)，擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用任務(wù)。電站由上水庫、下水庫及輸水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。

上水庫壩體為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程395.50 m，最大壩高78.50 m，壩頂寬10.00 m，壩頂全長714.00 m。上水庫水庫面積為0.442 km2，壩址以上流域面積僅1.120 km2，總庫容為1 249.92萬m3，調(diào)節(jié)庫容為1 048.38 萬m3。上水庫首次蓄水時(shí)間為2011 年11 月1 日，發(fā)電時(shí)間為2012 年1 月1 日。上水庫正常蓄水位為392.00 m，死水位為360.00 m。設(shè)計(jì)24 h 洪量為93.30 萬m3（P=0.5%），校核24 h洪量為124.00 萬m3（P=0.1%），上水庫不設(shè)泄洪建筑物。

下水庫壩體為混凝土重力壩，屬于1級建筑物，壩頂高程70.10 m，壩頂長336.00 m，最大壩高34.10 m，壩頂寬9.80/17.20 m（擋水壩/排沙閘）。大壩從左至右共分19 個(gè)壩段，依次為1 號和2 號岸坡?lián)跛畨味巍? 號門庫壩段、4—11 號泄洪排沙閘壩段、12 號門庫壩段、13 號電梯井壩段、14 號和15 號底流底孔壩段、16號和17號引水壩段、18號和19號岸坡?lián)跛畨味?。下水庫采用WES 實(shí)用堰，堰頂高程48.00 m，采用底流消能，消力池長66.84 m。下水庫流域面積1 212.00 km2，水庫回水長度為12.86 km，總庫容為2 899.54萬m3，調(diào)節(jié)庫容為1 283.19 萬m3，正常蓄水位為66.00 m，死水位為62.00 m。

輸水系統(tǒng)的發(fā)電引水系統(tǒng)采用二洞四機(jī)布置，發(fā)電尾水系統(tǒng)采用一洞四機(jī)布置。發(fā)電引水系統(tǒng)是由上水庫進(jìn)/出水口、上平段、斜洞段、下平段、引水高壓岔管和壓力鋼管組成；發(fā)電尾水系統(tǒng)由尾閘室、尾水隧洞支洞、尾水岔管、尾水調(diào)壓井、尾水隧洞主洞、下水庫進(jìn)/出水口組成。

發(fā)電廠房系統(tǒng)由地下主副廠房及附屬洞室、地面開關(guān)站組成。地下洞室群主要包括主副廠房洞室、主變洞、尾閘洞、廠房交通洞、廠房通風(fēng)（出渣）洞、主變運(yùn)輸洞、母線洞、高壓電纜洞、周邊排水廊道及送排風(fēng)機(jī)洞室等。地面開關(guān)站內(nèi)布置有GIS室。

2 下水庫右岸邊坡工程地質(zhì)概況

沿右岸壩肩130.00 m 高程以下分布寬90.00～110.00 m、厚10.00～14.00 m 的節(jié)理卸荷帶，帶內(nèi)巖石由強(qiáng)～中等風(fēng)化巖石組成，該卸荷帶邊坡高程為70.00～120.00 m，比高約50.00 m，開挖坡比為1∶1 ，坡形呈錐形，設(shè)計(jì)于99.80 m 高程處布設(shè)一條寬1.50 m 的馬道。邊坡內(nèi)主要有F216，f29，f210 斷層分布，F(xiàn)216 斷層寬度為30～40 cm，其余斷層寬度均小于20 cm。巖體節(jié)理發(fā)育，主要有3組：①N10°W、傾向SW、傾角70°以上，平行間距為0.10～0.50 m ，斷續(xù)延伸，下部為1 組緩傾角節(jié)理切割；②走向N20°E、傾向SE、傾角30°～40°，平行間距為3.00～5.00 m，延伸長度為5.00～10.00 m；③走向N80°W、傾向NE、傾角85°，平行間距為1.00～2.00 m，延伸長度大于2.00 m。上述3 組節(jié)理中，由于①組節(jié)理被②組緩傾角節(jié)理切割，形成底部滑移面，且①組和②組節(jié)理面的上部巖石多以0.10～0.50 m 的平行間距相互密集切割，故邊坡巖石成塊狀破碎，同時(shí)，①組還受③組節(jié)理的進(jìn)一步順坡向切割。鑒于右岸邊坡地形較陡，傾角多為40°～45°，故右岸邊坡巖石在重力卸荷作用下，巖體受側(cè)向張拉變位，節(jié)理多呈寬張狀態(tài)，部分節(jié)理已松動(dòng)，故巖體透水性較嚴(yán)重，而地下水位埋深較深，低于水庫設(shè)計(jì)水位16.00 m，因此，對右岸壩肩工程地質(zhì)條件不利。

壩工設(shè)計(jì)以近于1∶1 的坡比開挖，右岸壩肩70.00 m 高程以上的邊坡巖體采用錨固、掛網(wǎng)、噴混凝土相結(jié)合的處理措施進(jìn)行加固。

3 表面變形監(jiān)測布置及觀測方法

為了解高邊坡的安全運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取有效措施，需要對右岸邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測。

3.1 表面變形監(jiān)測布置

在右岸邊坡共布置7 個(gè)變形監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)編號為TP01—TP07；在左岸邊坡布置了2 個(gè)工作基點(diǎn)，編號為TN3-2，TN3-4。

3.2 監(jiān)測方法

水平位移采用前方交會(huì)法觀測（邊角交會(huì)），以TN3-2，TN3-4 為工作基點(diǎn)，分別觀測TP01—TP07 測點(diǎn)與TN3-2，TN3-4 連線的夾角及各點(diǎn)到TN3-2，TN3-4 的平距，同時(shí)，采集測站與測點(diǎn)的干溫、濕溫及氣壓等氣象改正元素，在計(jì)算時(shí)對邊長進(jìn)行改正。水平角采用方向觀測法進(jìn)行觀測，水平角、邊長、天頂距均嚴(yán)格按照規(guī)范要求對測回?cái)?shù)及限差進(jìn)行設(shè)定。

4 水平位移理論精度分析

假設(shè)A，B為工作基點(diǎn)，P點(diǎn)為測點(diǎn)，S為P點(diǎn)距離工作基點(diǎn)A(XA，YA)的距離，α為水平角，則P點(diǎn)坐標(biāo)：

極坐標(biāo)法的精度估算公式：

式中：mxp，myp分為P點(diǎn)在X、Y方向的中誤差，mm；mS為測邊中誤差，mm；mα為水平角中誤差，（″）。

P點(diǎn)在工作基點(diǎn)A點(diǎn)觀測時(shí)的點(diǎn)位中誤差mAp：

式中：mβ為測角中誤差，（″），取±0.5″；ρ″為1 弧度的角度值對應(yīng)的秒數(shù)，取206 265″。

P點(diǎn)邊角交會(huì)的點(diǎn)位中誤差mp計(jì)算公式：

式中：mAp，mBp分別為設(shè)站于A和B工作基點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)位中誤差，mm。

位移中誤差M：

利用上述公式計(jì)算各測點(diǎn)的點(diǎn)位精度，估算精度見表1。

表1 右岸邊坡水平位移精度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)DL/T 5178—2003《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，近壩區(qū)巖體和高邊坡水平位移及垂直位移的中誤差限值按±2.000 mm 控制。由表1 可知，由于測點(diǎn)至工作基點(diǎn)距離適中，測點(diǎn)的位移中誤差理論精度均不超過±2.000 mm[4-6]，滿足規(guī)范要求。

5 實(shí)測監(jiān)測資料評價(jià)

蒲石河抽水蓄能電站下水庫右岸邊坡表面位移測點(diǎn)從2008 年7 月開始觀測，截止到目前已經(jīng)連續(xù)觀測15 年。右岸邊坡位移歷年測值過程線見圖1。

圖1 右岸邊坡位移歷年測值過程線

目前，各測點(diǎn)累計(jì)水平位移量在16.040～27.850 mm，其中，2008 年各測點(diǎn)平均年變幅最小，在5.000 mm 左右，后期各測點(diǎn)平均年變幅在10.000 mm 左右，變化較為規(guī)律；歷史最大位移測點(diǎn)為TP03，位移值為41.860 mm，發(fā)生在2020 年4月30 日；各測點(diǎn)最大年變幅為23.270 mm，為TP04測點(diǎn)，發(fā)生在2022 年。

從蒲石河抽水蓄能電站右岸邊坡變形監(jiān)測布置及測量結(jié)果來看，各測點(diǎn)布置合理，設(shè)計(jì)目的明確，可滿足右岸邊坡安全監(jiān)測要求。采用前方交會(huì)法觀測水平位移，選用的觀測方法合適，測點(diǎn)估算的位移中誤差能滿足規(guī)范要求。精度分析與歷年監(jiān)測成果分析結(jié)果較為吻合，各部位實(shí)測水平位移的精度小于理論值，測值基本能反映邊坡的表面位移，精度能滿足安全監(jiān)測要求。

6 結(jié)語

前方交會(huì)法雖為傳統(tǒng)觀測方式，但通過對蒲石河電站下水庫右岸邊坡表面變形監(jiān)測的成果分析來看，該方法同GNSS 等自動(dòng)化觀測方法相比，在精度上更能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化觀測（測量機(jī)器人）方式將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)人工觀測方式，屆時(shí)前方交會(huì)法將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。