程淑芬，李運(yùn)良，鐘 輝

(中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550081)

1 概述

果多水電站位于西藏自治區(qū)昌都縣境內(nèi)，為扎曲水電規(guī)劃“兩庫五級”中第二個梯級電站。電站裝機(jī)容量160MW(4×40MW)，保證出力33.54MW，年發(fā)電量8.319×108kW.h。工程等別為三等工程，工程規(guī)模為中型。工程樞紐布置格局為：碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪沖沙系統(tǒng)+左岸壩身引水系統(tǒng)+壩后地面廠房。

擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，河床壩基高程3328.00m，壩頂高程為3421.00m，壩頂寬8.00m，最大底寬75.00m，最大壩高93.00m，壩頂全長235.50m。引水系統(tǒng)布置于河床左岸引水壩段，采用一機(jī)一管的供水方式，由壩式進(jìn)水口、壩后背管兩部分組成。廠房位于左岸取水壩段后，廠房縱軸線平行于壩軸線，方位角為N52.43°E，距壩軸線約81.5m。工程邊坡包括大壩邊坡和廠房邊坡兩部分，邊坡級別為A類Ⅱ級邊坡。

扎曲河段地處瀾滄江上游，屬高原寒溫帶半濕潤氣候，平均氣溫較同緯度其它地區(qū)低，日照時間長，晝夜溫差大，空氣較為干燥，相對濕度在39%～59%，降水量很少，多年平均降水量499.5mm。降雨多集中在5月～9月，占全年降雨量的83%，且多為陣雨、暴雨。冬季寒冷，降雨稀少，水邊有結(jié)冰現(xiàn)象，河面有時封凍，春季3月氣候轉(zhuǎn)暖，水面有上游解凍的浮冰順流而下。

本流域氣候主要受印度洋暖濕氣流和西風(fēng)南支急流控制，每年11月～次年4月，受西風(fēng)氣候影響，整個瀾滄江流域降水稀少，空氣干燥；5月～10月印度洋暖濕氣流帶來大量水汽，區(qū)域空氣濕潤降水量增加，降水集中，為汛期。但由于深切割地形影響，不同海拔高度對水熱狀況產(chǎn)生的重新分配，使氣候呈現(xiàn)明顯的垂直差異，海拔3000m～4000m地帶，氣候溫涼；海拔4000m以上地區(qū)，氣候寒冷。根據(jù)昌都?xì)庀笳举Y料綜合統(tǒng)計，極端最高氣溫33.4℃，極端最低氣溫–20.7℃，多年平均氣溫5.6℃。該區(qū)域晝夜溫差較大，最大月平均日溫差高達(dá)18.8℃，年平均日溫差為16℃。

2 安全監(jiān)測重點

2.1 安全監(jiān)測概述

果多水電站工程地處西藏高寒高海撥地區(qū)，為藏區(qū)的第一座碾壓混凝土高壩，施工難度大，確保工程在施工期及運(yùn)行期的安全情況至關(guān)重要。工程安全監(jiān)測不僅可以指導(dǎo)施工、有助于施工質(zhì)量控制、反饋設(shè)計，還可以監(jiān)控建筑物的工作狀態(tài)，獲得工程相關(guān)數(shù)據(jù)、掌握工程運(yùn)行狀態(tài)，為監(jiān)控工程安全運(yùn)行提供依據(jù)。

果多水電站工程安全監(jiān)測內(nèi)容主要有樞紐建筑物巡視檢查、工程區(qū)環(huán)境量監(jiān)測，大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)變形監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測，壩區(qū)防滲帷幕監(jiān)測，大壩泄水建筑物的水力學(xué)原型試驗監(jiān)測，樞紐區(qū)邊坡變形監(jiān)測，大壩地震強(qiáng)震動監(jiān)測以及導(dǎo)流洞監(jiān)測等，詳見表1。

表1 果多水電站工程安全監(jiān)測內(nèi)容

2.2 安全監(jiān)測重點分析

結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)布置、地形地質(zhì)、水文氣象條件等因素，果多水電站安全監(jiān)測重點分析如下：

(1)樞紐布置方案為碾壓混凝土重力壩+壩身泄洪沖沙系統(tǒng)+左岸壩后地面廠房，樞紐布置流暢、緊湊，建筑物功能劃分明確。監(jiān)測重點部位為重力壩和引水發(fā)電系統(tǒng)。

(2)果多水電站工程壩基巖體由三疊系奪蓋拉組第二段(T3d2)灰色厚層塊狀砂巖、粉砂巖夾泥巖組成，主要為硬質(zhì)巖類，以Ⅲ2A類巖體為主，巖質(zhì)堅硬，強(qiáng)度高，地基承載力滿足建重力壩的要求，但由于硬質(zhì)巖與軟巖互層，軟巖集中分布地帶可能存在壩基不均勻變形。經(jīng)過三維有限元分析后得出，大壩及壩基沉降符合重力壩沉降規(guī)律，在泥巖、粉砂質(zhì)泥巖軟巖區(qū)域無突變現(xiàn)象。因此，大壩變形和滲流滲壓是壩體最重要也是最直觀的安全反映，通過對大壩變形和滲流滲壓的監(jiān)測，可快速的發(fā)現(xiàn)壩體異常與否，出現(xiàn)問題可及時解決。大壩變形和滲流滲壓是本工程的監(jiān)測重點。

(3)工程位于西藏昌都境內(nèi)，氣候條件復(fù)雜，太陽輻射強(qiáng)，空氣較為干燥，日照時間長，晝夜溫差大，有“一天有四季”之說。因此大壩受如此復(fù)雜氣候影響，壩體混凝土溫度變幅大，驟冷驟熱的現(xiàn)象必然會造成混凝土裂縫產(chǎn)生；除此之外，大壩采用碾壓混凝土筑壩，屬大體積混凝土施工。由于碾壓混凝土為干硬性混凝土，其水化反應(yīng)較慢，再加上壩體上升速度較快，壩體內(nèi)部溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度場的時間較長。因此應(yīng)加強(qiáng)壩體溫度的監(jiān)測，了解壩體溫度應(yīng)力和溫度變化幅度，做好施工期混凝土的溫控及養(yǎng)護(hù)工作，保證壩體混凝土順利澆筑。

(4)右壩肩為斜～順向坡，自然邊坡整體穩(wěn)定，邊坡開挖后將形成最大高約170m的臨時邊坡和最大高約140m的永久邊坡；另外永久邊坡上游側(cè)邊坡為橫向坡，邊坡開挖后，受裂隙和層面等組合切割影響，易形成楔形塊體失穩(wěn)；永久邊坡下游側(cè)邊坡為斜～順向坡，邊坡開挖后，岸坡裂隙及靠下游側(cè)f3斷層等與層面組合切割，易形成不穩(wěn)定的塊體。因此右岸永久邊坡是壩區(qū)邊坡監(jiān)測重點，右壩肩臨時高邊坡也應(yīng)加強(qiáng)施工期監(jiān)測，確保施工人員安全。

2.3 安全監(jiān)測重點設(shè)計

通過對果多水電站安全監(jiān)測重點分析，在進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計時應(yīng)主要側(cè)重大壩變形監(jiān)測、大壩滲流滲壓監(jiān)測、大壩溫度監(jiān)測及右岸邊坡監(jiān)測，主要采取如下監(jiān)測設(shè)計方法及手段。

2.3.1 大壩變形監(jiān)測

大壩變形監(jiān)測主要指對壩體和壩基進(jìn)行變形監(jiān)測，包括壩體、壩頂和壩基的水平位移變形、垂直位移變形以及接縫、裂縫開合度監(jiān)測，通過對其進(jìn)行觀測以掌握大壩的變形規(guī)律。本工程在進(jìn)行變形監(jiān)測斷面選擇時，根據(jù)地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特點選擇在最大壩高斷面(河床溢流壩段8#壩段)、擋水建筑物不同功能壩段斷面(左岸引水壩段5#壩段、右岸擋水壩段10#壩段)、地質(zhì)條件薄弱壩段(泥巖含量比例相對較多且抗滑穩(wěn)定安全余度較低3#壩段)進(jìn)行監(jiān)測，見圖1。

(1)水平位移變形監(jiān)測

本工程水平位移變形監(jiān)測采用垂線、視準(zhǔn)線及真光激光準(zhǔn)直系統(tǒng)三種手段進(jìn)行。

① 垂線布置在左岸取水壩段壩橫0+085.00m樁號、河床溢流壩段壩橫0+132.25m樁號和右岸擋水壩段壩橫0+168.75m樁號斷面，采用三組正倒垂結(jié)合的型式進(jìn)行壩體和壩基水平位移監(jiān)測。另外，針對3#壩段側(cè)向抗滑安全余度較低，在3#壩段壩橫0+040.00m樁號布置一組正倒垂線進(jìn)行水平位移監(jiān)測。

② 壩頂水平位移采用視準(zhǔn)線監(jiān)測，不僅可以和垂線監(jiān)測數(shù)據(jù)相互驗證，而且造價便宜，安裝和操作簡便，并且在真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)尚未投入使用前便可發(fā)揮作用獲取變形初始值。視準(zhǔn)線測點結(jié)合垂線位置，布置在左右岸兩壩肩、左右岸擋水壩段、河床溢流壩段、沖沙孔壩段、左岸取水壩段的壩頂高程下游一側(cè)。

圖1 大壩變形監(jiān)測布置圖

③ 真光激光準(zhǔn)直系統(tǒng)不僅可以觀測到壩頂水平向和垂直向的變形，還可實現(xiàn)自動化觀測，提高在自然氣候條件惡劣的藏區(qū)工作效率，改善觀測條件。真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)布置在壩頂下游一側(cè)，測點布置在結(jié)合垂線、表面觀測墩的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能每個壩段都布置。

(2)垂直位移變形監(jiān)測

本工程壩頂垂直位移監(jiān)測方法采用精密水準(zhǔn)測量法和真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，壩基采用靜力水準(zhǔn)法。

① 壩頂精密水準(zhǔn)測量法為結(jié)合表面觀測墩，在左右岸兩壩肩、左右岸擋水壩段、河床溢流壩段、沖沙孔壩段、左岸取水壩段的壩頂高程下游一側(cè)布置水準(zhǔn)點，采用沿線往返測回形成閉合回路。

② 真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)布置同上節(jié)。

③ 壩基縱橫向不均勻沉降變形監(jiān)測，采取在壩基廊道內(nèi)布置一排縱向和橫向靜力水準(zhǔn)點進(jìn)行監(jiān)測。

(3)接縫、裂縫開合度監(jiān)測

① 接觸縫監(jiān)測

為了解兩岸坡接觸縫及基礎(chǔ)面的開合度，為施工期接觸縫灌漿提供必要數(shù)據(jù)，選取在壩體與兩岸基巖接觸五個高程的上中下游處布置測縫計進(jìn)行監(jiān)測；在壩橫0+132.25m樁號斷面的壩踵拉應(yīng)力區(qū)和壩趾壓應(yīng)力區(qū)布置測縫計。

② 壩體橫縫監(jiān)測

進(jìn)行壩體橫縫監(jiān)測時，除了系統(tǒng)地了解壩段橫縫的發(fā)展規(guī)律外，應(yīng)重點對岸坡壩段側(cè)向穩(wěn)定安全余度較低的3#、12#壩段橫縫(3#與4#壩段間橫縫、12#與13#壩段間橫縫)進(jìn)行監(jiān)測，了解這兩個壩段橫縫的張開情況。

綜上，選取3#與4#壩段、5#與6#壩段、9#與10#壩段、12#與13#壩段間橫縫，結(jié)合壩體與基巖接觸縫的監(jiān)測高程，依次在這些高程平面的上下游分別布置1支測縫計監(jiān)測橫縫開合度。

2.3.2 大壩滲流滲壓監(jiān)測

大壩滲流滲壓監(jiān)測包括壩基揚(yáng)壓力、滲透壓力、繞壩滲流、大壩及壩基滲漏量監(jiān)測。大壩滲流滲壓監(jiān)測剖面的選取應(yīng)結(jié)合大壩變形監(jiān)測剖面布置。

(1)壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測

壩基揚(yáng)壓力采用在壩基廊道內(nèi)鉆孔布置測壓管和管內(nèi)放置滲壓計兩種手段進(jìn)行，二者測值不僅可以相互驗證，且滲壓計還可實現(xiàn)自動化觀測。揚(yáng)壓力縱向監(jiān)測在壩基3332m灌漿廊道及兩岸斜坡廊道內(nèi)布置一排測壓管，并在管內(nèi)放置滲壓計；橫向監(jiān)測分別在壩橫0+132.25m和壩橫0+132.25m樁號斷面布置測壓管和滲壓計。

(2)壩體滲透壓力

在大壩壩橫0+132.25m樁號3329m高程常態(tài)與碾壓混凝土分界面上、在3340m高程碾壓混凝土施工縫面上、在3355m高程碾壓混凝土施工縫面、在壩橫0+085.00m樁號3355m高程碾壓混凝土施工縫面上，通過將滲壓計布置在距上游壩面不同距離處，得到滲透壓力沿水平向和垂直向分布情況。

(3)繞壩滲流監(jiān)測

左岸為逆向坡，但邊坡較高，且邊坡下部布置廠房；右岸邊坡為順滑向高邊坡，且右岸下游存在f3斷層。為了解庫水繞壩滲流，觀測大壩下游近壩區(qū)岸坡地下水位的變化，推測可能的地下水位線以及關(guān)注壩后邊坡的安全穩(wěn)定情況，繞壩滲流監(jiān)測以右岸邊坡為重點，兼顧左岸邊坡安全；因此在右岸設(shè)置3個監(jiān)測斷面、左岸上游側(cè)邊坡設(shè)1個斷面、左岸下游側(cè)廠房邊坡設(shè)1個斷面布置水位觀測孔。

(4)護(hù)坦揚(yáng)壓力監(jiān)測

下游尾水位較高，為了解護(hù)坦揚(yáng)壓力，選取壩橫0+132.25m樁號斷面護(hù)坦底部的前、后部分別布置滲壓計。

(5)滲漏量監(jiān)測

壩體滲漏量監(jiān)測分別在壩基集水井入口、集水井左右來水兩側(cè)的排水溝內(nèi)各布置1套量水堰。

2.3.3 大壩溫度監(jiān)測

大壩溫度監(jiān)測有壩體溫度、壩基溫度、庫水溫度及下游表面溫度監(jiān)測等。通過對各類溫度監(jiān)測，掌握壩體碾壓混凝土在施工期碾壓過程中隨環(huán)境條件的變化、混凝土澆筑層上升以及在運(yùn)行期壩內(nèi)溫度變化的規(guī)律，從而指導(dǎo)施工期溫控和掌握運(yùn)行期的溫度狀態(tài)。

(1)壩體溫度監(jiān)測

由于氣候條件復(fù)雜和壩體施工方法等原因，決定采用光纜和常規(guī)點式溫度計兩種手段對壩體溫度進(jìn)行監(jiān)測，見圖2和圖3。

根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點，分別選引水壩段、溢流壩段和右岸擋水壩段三個典型壩段斷面做為溫度監(jiān)測斷面，樁號分別為壩橫0+085.00m、壩橫0+132.25m和壩橫0+168.75m。監(jiān)測斷面宜按網(wǎng)格布置溫度測點，網(wǎng)格間距為8m～15m。本工程大壩最大壩高93m，溫度監(jiān)測網(wǎng)格間距取為8m左右。每個監(jiān)測斷面均間隔8m布置溫度測點，在每個高程平面的上下游部位布置1支溫度計，高程平面中部根據(jù)截面大小布置1～3支溫度計。

另外，選取三個區(qū)域，分別為5＃、7～8#、10#壩段布置光纜對壩體溫度進(jìn)行全面、連續(xù)的監(jiān)測。光纜在壩段內(nèi)自下而上、通倉布置，每個壩段的光纜均采用兩個高程為一個回路，光纜敷設(shè)時應(yīng)與溫度計重合，起到測值相互驗證的作用。

(2)壩基溫度監(jiān)測

選取河床最高壩段，在溢流壩段壩橫0+132.25m的上游建基面鉆一個10m深的孔，沿著不同深度布置溫度計，觀測混凝土水化熱溫升時對基巖影響和基巖不同深度下溫度分布情況。

(3)庫水溫和下游表面溫度監(jiān)測

結(jié)合壩體溫度監(jiān)測，在壩橫0+132.50m樁號布置一斷面進(jìn)行庫水溫和下游表面溫度監(jiān)測。庫水溫監(jiān)測通過將溫度計布置在距上游壩面5cm～10cm的混凝土內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，間距為：在正常蓄水位到死水位之間附近，受運(yùn)行水位變化和日照影響，間距不宜太大，采取間距4m布置1支溫度計；死水位以下至淤沙高程之間溫度相對穩(wěn)定，溫度計布置間距加大至8m；淤沙高程以下，受異重流影響，測點間距不宜加大，布置間距仍為4m。下游表面溫度監(jiān)測是將溫度計布置在距下游壩面5cm～10cm的壩體混凝土內(nèi)，間隔8m或16m布置1支溫度計。

圖2 大壩溫度及接縫監(jiān)測布置圖

2.3.4 右岸邊坡監(jiān)測

根據(jù)邊坡計算結(jié)果，在右岸永久邊坡范圍內(nèi)選取安全系數(shù)較低的剖面作為邊坡安全監(jiān)測主要監(jiān)測斷面，兼顧右岸邊坡開挖范圍較大，在該主要監(jiān)測斷面的上游側(cè)和下游側(cè)分別布置一個斷面，共計三個監(jiān)測斷面。

邊坡安全監(jiān)測包括變形監(jiān)測和支護(hù)措施監(jiān)測，變形監(jiān)測又包括邊坡內(nèi)部變形和表面變形監(jiān)測，內(nèi)部變形多采用多點位移計和測斜孔兩種手段進(jìn)行監(jiān)測，表面變形多采用表面觀測墩光學(xué)測量法進(jìn)行監(jiān)測。因此在上述三個斷面上布置表面觀測、多點位移計和測斜孔對邊坡內(nèi)外部變形進(jìn)行監(jiān)測，另外針對邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力布置錨桿應(yīng)力計和錨索測力計進(jìn)行監(jiān)測。

3 結(jié)語

果多水電站工程安全監(jiān)測設(shè)計，做到監(jiān)測項目齊全，并在結(jié)合工程布置特點、地形地質(zhì)及水文氣象條件的基礎(chǔ)上有所側(cè)重，把握工程關(guān)注的重點及實施難點，滿足工程在施工期和運(yùn)行期的安全監(jiān)控需求，在下一步的工作中應(yīng)加強(qiáng)與工程現(xiàn)場實際情況相結(jié)合，對監(jiān)測設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行適時修改完善，以達(dá)到更好地監(jiān)控工程運(yùn)行狀態(tài)及服務(wù)工程的目的。

[1]中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院．西藏扎曲果多水電站可行性研究報告[R]．貴陽：貴陽勘測設(shè)計研究院，2012．