龍江水電站樞紐工程高邊坡安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

韓 琳，任建欽，徐 巖

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061）

1 工程概況

龍江水電站樞紐工程位于云南省德宏傣族景頗族自治州潞西縣境內(nèi)的龍江干流上。樞紐由混凝土雙曲拱壩、左岸引水系統(tǒng)及地面式廠房組成，為大（1）型Ⅰ等工程。壩頂高程875.00 m，最大壩高110 m，壩頂中心線弧長（包括溢流、重力墩壩段）472.00 m。泄水壩段下游采用消能塘消能，消能塘長149.68 m，底寬37.20 m。引水系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)，由進(jìn)水口和引水隧洞組成，采用一洞三機(jī)的布置方式。地面式廠房位于大壩下游左岸，距壩軸線約170 m。廠前區(qū)下游布置3臺(tái)120 MVA變壓器及GIS開關(guān)站。

該工程樞紐區(qū)的基巖為片麻巖，巖石風(fēng)化較深。兩岸覆蓋層厚2～7 m。壩址區(qū)一般山脊部位風(fēng)化較深，溝谷部位風(fēng)化較淺；岸坡上部風(fēng)化較深，下部風(fēng)化變淺；河床部位很少有全、強(qiáng)風(fēng)化層。根據(jù)實(shí)際開挖部位情況，左岸壩肩全風(fēng)化帶厚度達(dá)36 m，右岸壩肩全風(fēng)化帶厚度達(dá)55 m。樞紐區(qū)巖石全風(fēng)化帶較深，建筑物基礎(chǔ)開挖的全風(fēng)化巖邊坡較高，永久邊坡穩(wěn)定問題較重要。樞紐區(qū)高邊坡的部位主要為大壩邊坡為1級(jí)，消能塘、廠房及纜機(jī)邊坡級(jí)別為2級(jí)。

2 邊坡安全監(jiān)測的目的與原則

2.1 邊坡安全監(jiān)測的目的

1）了解邊坡的變形情況，可能導(dǎo)致滑坡的內(nèi)、外部因素的變化，以及滑坡發(fā)生前可能會(huì)出現(xiàn)的征兆，及時(shí)掌握這些情況，將有助于預(yù)測滑坡發(fā)生的時(shí)間和滑坡規(guī)模，為有關(guān)部門作出決策采取避險(xiǎn)行動(dòng)提供依據(jù)。

2）為施工期安全施工提供保障，同時(shí)反饋指導(dǎo)工程方案。

3）為高邊坡的支護(hù)和加固處理提供設(shè)計(jì)依據(jù)，使加固處理措施具有合理性。

4）掌握開挖后的變形規(guī)律，為邊坡投入使用以后運(yùn)行作安全預(yù)報(bào)。

2.2 邊坡安全監(jiān)測的原則

1）監(jiān)測設(shè)備的選用及布置應(yīng)能滿足觀測要求，同一區(qū)域儀器的布置應(yīng)能相互校驗(yàn)。

2）方便施工，盡量減少對(duì)土建施工的干擾。3）實(shí)用、高精度、高可靠性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測，滿足實(shí)時(shí)要求。

4）使用維護(hù)方便，臨時(shí)觀測與長期觀測相結(jié)合。5）經(jīng)濟(jì)合理，適當(dāng)保持技術(shù)的先進(jìn)性。

2.3 監(jiān)測項(xiàng)目的選取

監(jiān)測設(shè)計(jì)是安全監(jiān)測系統(tǒng)工程中必要的一環(huán),邊坡的監(jiān)測項(xiàng)目有以下幾種。

1）變形監(jiān)測。邊坡通常都是以其發(fā)生較大變形為表現(xiàn)形式,因此,大多數(shù)邊坡的監(jiān)測系統(tǒng)都會(huì)以變形為主要監(jiān)測對(duì)象。變形監(jiān)測又分為外部變形監(jiān)測和內(nèi)部變形監(jiān)測兩種。

2）地下水位監(jiān)測。地下水對(duì)滑坡的作用機(jī)制是：一方面增加了失穩(wěn)荷載,另一方面降低了巖體（尤其是弱面）的強(qiáng)度。監(jiān)測的項(xiàng)目主要包括地下水位的變化,排水設(shè)施的排水量等。

3）錨桿、錨索應(yīng)力監(jiān)測。

4）監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)。

3 大壩邊坡

左岸壩頭最高開挖高程為923.00 m，右岸壩頭最高開挖高程為977.00 m。右岸壩頭全風(fēng)化巖厚約55 m，邊坡高度約100 m左右，土質(zhì)全風(fēng)化邊坡，開挖坡比 1∶1.2，高程每 15～20 m 設(shè)一級(jí) 2～3 m寬馬道。左岸下游邊坡因巖石邊坡開挖坡比較緩，不存在深層穩(wěn)定問題。監(jiān)測重點(diǎn)在右岸壩頭高邊坡。

3.1右岸壩頭高邊坡安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

1）邊坡外部變形監(jiān)測設(shè)計(jì)。根據(jù)右岸壩頭高邊坡的地質(zhì)情況，選擇2個(gè)監(jiān)測斷面，邊坡最大剖面作為安全監(jiān)測的主要觀測剖面，另一剖面作為輔助觀測剖面。對(duì)右岸壩頭高邊坡進(jìn)行內(nèi)、外部變形監(jiān)測。

在選擇的2個(gè)觀測剖面上選擇5個(gè)不同高程的馬道共布設(shè)9個(gè)表面監(jiān)測墩，高程分別為：965.20，950.20，935.20，920.20 m 和 890.20 m。觀測時(shí)利用龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測外部變形觀測設(shè)計(jì)的三角網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)作為右岸壩頭高邊坡外部變形觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀采用大地測量的方法對(duì)邊坡水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

2）邊坡內(nèi)部變形監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡巖體不同深度的變形情況，在選擇的1個(gè)主觀測剖面上高程920.20 m布置1套多點(diǎn)位移計(jì)（4點(diǎn)），同時(shí)布設(shè)1個(gè)測斜孔，測斜孔采用活動(dòng)測斜儀進(jìn)行監(jiān)測。

3）邊坡內(nèi)部巖體應(yīng)力監(jiān)測。右岸壩頭高邊坡的為監(jiān)測邊坡內(nèi)部巖體的受力情況以及錨桿等支護(hù)措施的加固效果，在深入巖石4.5 m和8 m的錨桿中選擇10根錨桿布置10支錨桿應(yīng)力計(jì)，觀測支護(hù)效果。

4）地下水位監(jiān)測。在測斜孔底布置1支滲壓計(jì)，觀測地下水位的變化情況。大壩邊坡的地下水位監(jiān)測結(jié)合繞壩滲流監(jiān)測孔的布置，統(tǒng)籌合理布設(shè)，在左、右岸各布設(shè)9個(gè)繞壩滲流監(jiān)測孔，進(jìn)行地下水長期、重點(diǎn)監(jiān)測。

4 消能塘邊坡

消能塘兩岸邊坡基巖為寒武系片麻巖，左岸主要發(fā)育二組節(jié)理：一組走向N50°～70°W，傾向NE（山里），傾角 65°～75°，延伸很長，節(jié)理發(fā)育。另一組節(jié)理走向 N40°～60°E，傾向 NW，傾角 60°～80°（橫河向），延伸較長，節(jié)理較發(fā)育。緩傾角節(jié)理不發(fā)育。EL875～EL840 m兩級(jí)邊坡，出露的巖石呈全風(fēng)化狀態(tài)，巖質(zhì)軟弱，呈土狀。EL840 m以下邊坡為弱～微風(fēng)化巖體，邊坡整體穩(wěn)定。

右岸主要發(fā)育二組節(jié)理：一組走向N60°W，以傾向NE為主，傾角68°～80°，該組節(jié)理在801 m高程以下較發(fā)育，與邊坡交角較小，傾向河床，傾角與邊坡開挖坡坡角接近。另一組節(jié)理沿片麻理方向（橫河向）發(fā)育。緩傾角節(jié)理不發(fā)育，隨機(jī)散布。右岸順坡節(jié)理不產(chǎn)生深層不利組合。右岸樁號(hào)消0+110.00～0+145.00區(qū)段801.0 m以上邊坡較高且覆蓋層較厚，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。

4.1消能塘邊坡安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

1）邊坡外部變形監(jiān)測設(shè)計(jì)。根據(jù)消能塘邊坡的地質(zhì)情況，在左、右岸分別選擇2個(gè)監(jiān)測斷面，邊坡最大剖面作為安全監(jiān)測的主要觀測剖面，另一剖面作為輔助觀測剖面。

在左岸選擇4個(gè)不同高程的馬道布設(shè)6個(gè)表面監(jiān)測墩，外部變形測點(diǎn)高程分別為：817.00，840.00，860.00，875.00 m；在右岸選擇3個(gè)不同高程的馬道布設(shè)6個(gè)表面監(jiān)測墩，外部變形測點(diǎn)高程分別為：820.00，845.00，875.00 m；共計(jì) 12個(gè)外部水平位移測點(diǎn)。觀測時(shí)利用龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測外部變形觀測設(shè)計(jì)的三角網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)作為消能塘邊坡外部變形觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀采用大地測量的方法對(duì)邊坡水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

2）邊坡內(nèi)部巖體應(yīng)力監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡內(nèi)部巖體的受力情況，在消能塘邊坡錨索中選擇7個(gè)錨索布設(shè)7套（6弦）錨索測力計(jì)。

3）地下水位監(jiān)測。大壩邊坡的地下水位監(jiān)測結(jié)合繞壩滲流監(jiān)測孔的布置，統(tǒng)籌合理布設(shè)，在左、右岸各布設(shè)9個(gè)繞壩滲流監(jiān)測孔，進(jìn)行地下水長期、重點(diǎn)監(jiān)測。

4）監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)。消能塘邊坡布設(shè)的監(jiān)測儀器為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測可設(shè)置2臺(tái)DAU，納入龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)中。

5 廠房邊坡

廠房后山坡覆蓋層主要為低液限粘土，厚0.5～2 m；基巖為寒武系片麻巖，EL860 m以上基本上為全風(fēng)化片麻巖，EL875 m以下全風(fēng)化呈塊狀；廠房已開挖邊坡主要發(fā)育斷層6條斷層，為F1斷層、F40斷層、F41斷層、F47斷層、F48斷層、F49斷層。安裝間后山坡845.00 m馬道附近出露有F41 斷層，走向 N70°～85°E，出露可見約 65～70 m長，傾向 SE，傾角 24°～35°，斷層波狀起伏，局部產(chǎn)狀變化較大，寬度0.1～0.3 m，主要由碎裂巖及灰黃色斷層泥組成，斷層泥厚3～5 cm，斷層泥分布連續(xù)。這兩個(gè)部位的邊坡為廠房邊坡的控制部位。

5.1廠房高邊坡安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

1）邊坡外部變形監(jiān)測設(shè)計(jì)。根據(jù)廠房邊坡的地質(zhì)情況，選擇2個(gè)監(jiān)測斷面，邊坡最大剖面作為安全監(jiān)測的主要觀測剖面，另一剖面作為輔助觀測剖面。

在選擇的2個(gè)觀測剖面上選擇5個(gè)不同高程的馬道布設(shè)8個(gè)表面監(jiān)測墩，高程分別為：845.00，860.00，875.00，890.00，905.00 m。觀測時(shí)利用龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測外部變形觀測設(shè)計(jì)的三角網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)作為廠房高邊坡外部變形觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀采用大地測量的方法對(duì)邊坡水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

2）邊坡內(nèi)部變形監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡巖體不同深度的變形情況，在選擇的2個(gè)觀測剖面上，選擇不同高程的馬道分別布置4套多點(diǎn)位移計(jì)（5點(diǎn)和4點(diǎn)），高程分別為：830.00，845.00，860.00 m 和 875.00 m；同時(shí)在高程830.00 m和875.00 m的馬道上布設(shè)2個(gè)測斜孔，測斜孔活動(dòng)測斜儀進(jìn)行監(jiān)測。

3）邊坡內(nèi)部巖體應(yīng)力監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡內(nèi)部巖體的受力情況，在3個(gè)不同高程支護(hù)系統(tǒng)中布置錨索測力計(jì)6套（6弦）。在深入巖石4.5 m的錨桿中選擇10根錨桿布置10支錨桿應(yīng)力計(jì)，觀測支護(hù)效果。

4）地下水位監(jiān)測孔。廠房高邊坡布置3個(gè)地下水位孔，同時(shí)結(jié)合繞壩滲流監(jiān)測孔的布置，統(tǒng)籌合理布設(shè)，進(jìn)行地下水長期、重點(diǎn)監(jiān)測。

5）監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)。廠房邊坡布設(shè)的監(jiān)測儀器為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測設(shè)置4臺(tái)DAU，納入龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)中。

6 左岸纜機(jī)移動(dòng)端邊坡

纜機(jī)移動(dòng)端邊坡位于拱壩左岸上游，高程930～1 118 m，地形坡度一般為 30°～38°，局部為陡崖坡度60°左右。覆蓋層厚度一般為1.5～3 m，主要為含碎石低液限粘土等組成，基巖為寒武系片麻巖，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，且不均一，風(fēng)化厚度變化較大，局部呈條帶狀。片麻巖中云母含量較高，部分集中部位，已形成軟巖帶。

6.1左岸纜機(jī)高邊坡安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

根據(jù)左岸纜機(jī)平臺(tái)后邊坡的地質(zhì)情況，選擇2個(gè)監(jiān)測斷面，邊坡最大剖面作為安全監(jiān)測的主要觀測剖面，另一剖面作為輔助觀測剖面。對(duì)纜機(jī)平臺(tái)后邊坡進(jìn)行內(nèi)、外部變形監(jiān)測。

1）邊坡外部變形監(jiān)測設(shè)計(jì)。在選擇的2個(gè)觀測剖面上選擇6個(gè)不同高程的馬道分別布設(shè)6個(gè)表面監(jiān)測墩，高程分別為：960.00，990.00，1 005.00，1 095.00 m，共計(jì)18個(gè)外部水平位移測點(diǎn)。觀測時(shí)利用龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測外部變形觀測設(shè)計(jì)的三角網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)作為左岸纜機(jī)平臺(tái)后邊坡外部變形觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀采用大地測量的方法對(duì)邊坡水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

2）邊坡內(nèi)部變形監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡巖體不同深度的變形情況，在選擇的2個(gè)觀測剖面上，選擇2個(gè)不同高程的馬道分別布置2套多點(diǎn)位移計(jì)（4點(diǎn)），高程分別為：960.00 m和1 005.00 m；同時(shí)在高程960.00 m和1 005.00 m的馬道上布設(shè)2個(gè)測斜孔，測斜孔采用活動(dòng)測斜儀進(jìn)行監(jiān)測。

3）邊坡內(nèi)部巖體應(yīng)力監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡內(nèi)部巖體的受力情況，在2個(gè)觀測剖面的3個(gè)不同高程支護(hù)系統(tǒng)中布置錨索測力計(jì)3套（3弦）和錨桿應(yīng)力計(jì)3套（1點(diǎn)）,錨索測力計(jì)高程分別為：957.00，982.00 m和987.00 m；錨桿應(yīng)力計(jì)高程分別為：940.00，970.00 m 和 975.00 m。

4）地下水位監(jiān)測。為監(jiān)測邊坡地下水位的變化情況及地下水位對(duì)邊坡的影響，選擇1個(gè)監(jiān)測斷面布設(shè)4個(gè)地下水位監(jiān)測孔，高程分別為990.00，1 005.00，1 035.00 m 和 1 065.00 m。

5）監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)。左岸纜機(jī)平臺(tái)后邊坡布設(shè)的監(jiān)測儀器為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測設(shè)置2臺(tái)DAU，納入龍江水電站樞紐工程水工建筑物安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)中。

7 結(jié)語

龍江水電站樞紐工程高邊坡的數(shù)量多、高差大，壩后廠房邊坡坡度較陡，其穩(wěn)定直接影響到電站廠房的工程安全，因此應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)壩后廠房邊坡相關(guān)儀器的監(jiān)測工作。通過龍江水電站樞紐工程施工期對(duì)邊坡進(jìn)行的監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)計(jì)合理，基本滿足邊坡監(jiān)測的需要，運(yùn)行期應(yīng)加強(qiáng)的邊坡的監(jiān)測，密切關(guān)注邊坡的各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)的變化，確保工程安全。