吉沙水電站廠區安全監測設計及資料分析

劉寶昕，張淑梅，耿貴彪

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

1 工程概況

吉沙水電站廠房后山坡山體上陡下緩，表層為崩坡積體。為保證廠房整體長期運行安全，對廠房后山坡采取削坡減載方式處理，同時輔以系統噴錨、掛網等聯合加固措施。整個邊坡共設 2599.15 m-2620.00 m-2650.00 m-2680.00 m-2710.00 m高程至邊坡頂5級邊坡馬道。其中，2600～2675 m高程段設計開挖坡比1∶1.5，2675 m高程以上為1∶0.75。廠房后山坡從廠區平臺向上最高斷面約160 m，屬高邊坡。

廠區工程安全監測內容除巡視檢查外，選取主廠房1號機組段進行代表性監測，在1號機組段結構的重要部位設置混凝土應力應變、鋼筋應力、接縫位移及沖擊式水輪發電機的結構振動等監測項目；同時對廠房后山坡進行邊坡巖體位移、錨桿應力及地下水位情況進行監測，以及時了解和掌握廠區建筑物在施工期和運行期的工作狀態。

2 監測項目及布置

2.1 廠房結構監測

廠房結構選取1號機組段進行代表性監測，分別對廠房一期混凝土、二期混凝土、配水環管及廠房基礎等部位進行監測；并對預制鋼筋混凝土吊車梁及吊車柱牛腿部位進行監測。

（1）混凝土應力應變監測。在1號機組段機墩及配水環管外部混凝土內分別設置8套5向應變計和無應力計，在尾水層周圍大體積混凝土內分別設置5套3向應變計和無應力計，以監測相應部位混凝土應力、應變情況。

（2）鋼筋應力監測。在1號機組段發電機層樓板、風罩、機墩、配水環管外包混凝土、尾水層周圍及主廠房下游墻體內分別設置了鋼筋計，以監測相應部位鋼筋應力變化情況；同時，在廠房吊車梁底部及其支撐牛腿結構內也設置了鋼筋計，監測吊車梁相關結構鋼筋受力情況，廠房結構共設置鋼筋計81支，其中24支耐水壓為3.0 MPa，其余耐水壓為 0.5 MPa。

（3）鋼板應力監測。在1號機組配水環管部位選擇2個監測斷面，分別在配水環管鋼板外側設置2支鋼板計，監測配水環管鋼板應力。

（4）基巖變形監測。在1號機組中心線處，沿上下游方向鉆孔埋設了2套4點式基巖變位計，每套孔深20 m，以監測廠房結構基礎位移情況。

（5）溫度監測。在1號機組機墩混凝土內、配水環管外包混凝土內及尾水層下部大體積混凝土內，分別設置了電測溫度計，監測相應部位混凝土溫度變化情況；同時，在下部基巖內，鉆孔埋設了1組（4支）電測溫度計，監測基巖溫度變化情況，廠房結構共設置電測溫度計11支。

（6）接縫位移監測。在1號機組段一期混凝土與基巖間、一期混凝土與毛石混凝土基礎間，沿上下游方向設置了3支測縫計，在1號機組段和2號機組段之間結構縫處，沿上下游方向在不同高程設置了5支測縫計，在配水環管的兩個監測斷面，分別在環管與外包混凝土間設置了2支測縫計，分別監測相應部位的接縫位移，廠房結構共設置測縫計12支。

（7）滲流監測。在1號機組段一期混凝土與基巖間、一期混凝土與毛石混凝土基礎間，沿上下游方向設置了3支滲壓計；在配水環管的兩個監測斷面，分別在環管外側設置1支滲壓計，監測相應部位滲流情況；廠房結構共設置滲壓計5支。

（8）振動監測。在1號機組段發電機層樓板、母線層樓板、風罩混凝土、機墩混凝土及配水環管外側混凝土等部位，設置了8組拾振器測點，通過2套工程數字振動儀對各測點所在部位的振動情況進行監測。

2.2 廠房后山坡監測

廠房后山坡山體上陡下緩，表層為一崩坡積體，邊坡開挖高達100 m多，后山坡的穩定直接關系到廠房安全，對后山坡監測是工程安全的重要組成部分，在廠房后山坡共設置3個監測斷面，1－1監測斷面布置在高壓管道中心線上，2－2監測斷面布置在1號機組中心線左側約7.5 m處，3－3監測斷面布置在2號機組中心線左側約20 m處，分別對邊坡巖體位移、錨桿應力及地下水位情況進行監測。

（1）巖體穩定監測。在廠房后山坡2－2監測斷面的不同高程分別鉆孔埋設5套4點式多點位移計，孔深有30 m和40 m兩種；同時，在1－1監測斷面2651 m高程和2681 m高程鉆孔埋設2個測斜管，孔深分別為48.5 m和51 m，并安裝固定式垂直測斜儀，監測邊坡不同高程巖體位移情況。

（2）錨桿應力監測。在1－1、3－3兩個監測斷面的不同高程分別設置錨桿應力計29支，監測邊坡支護錨桿應力變化情況。

（3）地下水位監測。在1－1監測斷面2600 m高程和2651 m高程鉆孔埋設2個測壓管，孔深分別為18 m和61 m，并分別在管底安裝滲壓計，以監測邊坡地下水位變化情況。

3 施工期主要觀測成果

3.1 廠房結構

（1）混凝土應力應變。廠房結構尾水層混凝土內埋設并已讀測的4組3向應變計，安裝初期受混凝土水化熱影響溫度變化大的作用，混凝土各方向應變都有明顯的變化，隨著溫度逐漸平穩及上部壩體澆筑，應變也呈平穩的變化。4組應變計各方向應變量在正常范圍內，無異常值出現，其應變變化過程見圖1～4。在廠房結構中3向應變計組的方向定義:沿1號機組橫軸線為x向；沿1號機組縱軸線為y向；沿鉛垂方向為z向。

圖1 S3c-1應變變化過程曲線

圖2 S3c-2應變變化過程曲線

（2）鋼筋應力。在廠房結構中共安裝埋設鋼筋應力計26支。其中，安裝埋設于尾水渠側墻外側的Rc-5在2007年12月5日出現最大拉應力，拉應力值為48.83 MPa，并有應力測值逐步加大趨勢，后期應予以關注并加強監測；埋設于尾水渠底板上部的Rc-3在2005年12月也出現較大拉應力，拉應力值為44.86 MPa，但其后期應力測值逐漸減小并趨于穩定。從觀測成果來看，所有鋼筋應力計受力在其正常范圍內，Rc-5、Rc-3應力變化過程曲線見圖5～6。

圖3 S3c-3應變變化過程曲線

圖4 S3c-4應變變化過程曲線

圖5 Rc-5應力變化過程曲線

圖6 Rc-3應力變化過程曲線

（3）基巖變形。在廠房基礎1號機組橫軸線處，沿上下游方向埋設2套基巖變位計 （4點式），Mc-1各測點測值均較小，且無明顯變化；Mc-2最大沉降值2.04 mm，出現在2007年12月28日，有繼續增大趨勢，后期應予以關注并加強監測，其位移變化過程曲線見圖7。基巖變形監測成果表明，目前廠房基礎均存在一定的沉降變形，且下游測沉降量稍大于上游側，但沉降值均較小，基巖處于穩定狀態。

圖7 Mc-2位移變化過程曲線

（4）溫度。埋設于廠房基巖內的溫度計組Tc-1-1～4隨著埋設深度的增加，溫度測值隨之降低，埋設初期受外界溫度影響較大，靠近基巖表面的Tc-1-1在2005年9月最高溫度測值達25.35℃，后期隨廠房混凝土的澆筑，基巖溫度測值趨于穩定，并無明顯變化，且受季節溫度變化影響較小。埋設于廠房結構混凝土內的7支溫度計，初期受混凝土水化熱的影響，測值增大，并均在埋設后第3天或第4天出現最高溫度測值，隨后出現回落，并隨外界溫度的變化存在不同程度的波動，各支溫度計均無異常值，其中埋設于尾水層底板混凝土內的Tc-1出現最大溫度測值45.5℃。

（5）接縫位移。廠房結構已埋設單向測縫計9支，其中埋設于一期混凝土與基巖間、一期混凝土與毛石混凝土基礎間、配水環管與外包混凝土間的7支測縫計Jc-1～3、Jr-1～4測值均較小，相應部位縫隙開合度無明顯變化；對于埋設在1、2號機組段結構縫部位的Jc-4、Jc-5，其測值總體呈遞增趨勢，且位于2588.50 m高程處的測縫計Jc-5測值大于2584.30 m高程處的Jc-4的測值，表明1、2號機組段結構縫頂部開度大于底部，Jc-5最大測值2.68 mm，出現在2007年12月25日，處于正常開度范圍內。

（6）滲流。廠房基礎共埋設滲壓計3支，其測值隨季節進行變化，汛期測值大，枯水期測值小，測值隨埋設高程降低而增大，均無異常值，處于正常范圍內。

2.2 廠房后山坡

（1）邊坡變形。廠房后山坡沿不同高程共埋設5套多點位移計 （4點式），埋設于2715.00 m高程的Mcp-1最大位移測值2.93 mm；埋設于2680.00 m高程的Mcp-2最大位移測值2.33 mm；埋設于2655.00 m高程的Mcp-3最大位移測值3.43 mm；埋設于2624.00 m高程的Mcp-4最大位移測值1.77 mm；邊坡最大位移測值出現在底部2604.00 m高程埋設的Mcp-5，最大位移測值為13.77 mm，出現在2007年12月29日，有位移繼續增大趨勢，后期應予以關注并加強監測，其位移變化過程曲線見圖8。

圖8 Mcp-5位移變化過程曲線

（2）錨桿應力。廠房后山坡共安裝埋設錨桿應力計 15支，編號分別為 Rcp-1～12、Rcp-19～21，各支儀器測值總體隨時間呈增大趨勢，但均小于錨桿強度設計值，且近期較為穩定，無異常值，其中最大測值出現在埋設于邊坡頂部2720.00 m高程的Rcp-1，最大拉應力 44.3 MPa。錨桿應力計觀測成果與 《廠房后山坡三維有限元計算報告》結果較為吻合，報告計算最大拉應力也出現在邊坡頂部，為32.8 MPa，略小于實測值。

3.2 監測成果分析

廠區工程施工期觀測成果表明:廠房結構混凝土應力、應變呈規律變化，并相對穩定；鋼筋應力處于正常范圍；基巖沉降值較小，處于穩定狀態；基巖溫度測值穩定，無明顯變化；結構混凝土溫度隨外界溫度的變化存在不同程度的波動；廠房各結構縫處于正常開度范圍內，1號、2號機組段結構縫頂部開度大于底部；廠房后山坡底部位移大于頂部，頂部錨桿應力大于底部，均在正常范圍內，后山坡目前處于穩定狀態。

4 結語

吉沙水電站廠區處于Ⅷ度地震區，廠房安裝2臺沖擊式機組，因電站采用的是高水頭沖擊式機組，且廠房后山坡為高邊坡，因此安全監測顯得尤為重要，廠區工程安全監測根據工程規模等級、地質條件、廠房結構布置等實際情況，有針對性地設置監測項目，監測儀器設備的布置，能夠較全面地監控工程的工作狀況。廠區工程安全監測儀器在施工期取得了較為完整的監測成果，能夠較全面地反應建筑物的工作狀態，為驗證設計、施工質量、工程的安全運行以及工程竣工驗收提供依據，同時也為同類工程的安全監測設計積累了經驗。