吉牛水電站安全監測綜述

顏 志 衡， 符 愛 華， 羅 濤

(四川革什扎水電開發有限責任公司，四川 丹巴 626300)

1 概 述

吉牛水電站位于四川省丹巴縣革什扎河干流上，為低閘引水式電站，裝機240 MW(2×120 MW)，工程主要由首部樞紐、引水系統和廠房樞紐等組成。首部樞紐最大壩高22 m。引水隧洞全長22.377 km，最大水頭507.25 m。閘址區出露基巖為震旦系下統(Za)厚～巨厚層變粒巖，偶夾中～薄層二云英片巖，覆蓋層最大深度80.8 m，為軟基建壩。引水隧洞穿越的地層巖性為震旦系厚～巨厚層變粒巖、志留系茂縣群第1～4巖組中～厚層二云英片巖、大理巖、石英巖及中～薄層二云片巖等，圍巖遇水易軟化。引水隧洞沿線山體雄厚，谷坡陡峻。電站廠房位于革什扎河口上游約0.2 km的大金川河右岸Ⅰ級階地上，出露地層為志留系第四巖組(Smx4)薄～中層二云英片巖、二云片巖夾石英巖。廠基覆蓋層較深厚，為軟基建廠。因此，首部樞紐的變形及滲流滲壓監測、引水隧洞及壓力管道充水后的變形及應力監測、廠房樞紐的變形沉降監測就顯得尤為重要。

2 監測設計布置

工程監測布置及施工情況見表1。

2.1 首部樞紐

變形監測：在閘壩頂布置真空激光準直系統，發射端在壩頂右岸灌漿平洞內，接收端位于左岸擋水壩段，各壩段共布置9個測點，在右岸灌漿平洞發射端前方布置一輔助端點(LA10)校準(圖1)。

滲流監測：沿壩軸線布置一縱向監測斷面，斷面上每個壩段設1個直徑75 mm的測壓管。在泄洪閘閘墩布置1個監測橫斷面，斷面的上、中、下游各設一根測壓管。在鋪蓋下、防滲墻前后設1個監測斷面，布置3支滲壓計觀測防滲效果。大壩左右岸防滲帷幕下游側共布置8個繞滲孔用以監測兩岸壩肩地下水繞滲情況(圖2)。

表1 吉牛水電站安全監測儀器統計表

2.2 引水系統

引水隧洞設置2個監測橫斷面，分別位于4#施工支洞下游(K9+883.85)、8#施工支洞上游(K17+650)，分別處于大桑、水子斷裂帶。每個斷面布置3套三點式多點位移計，3套單點式錨桿應力計，3支測縫計，3支鋼筋計和2支滲壓計。

調壓豎井設置1個縱剖面，2個監測橫斷面。上下橫斷面分別高出底板42 m、7 m，每個橫斷面布置4套單點式錨桿應力計，4支測縫計，4支鋼筋計和2支滲壓計。縱剖面上室頂拱布置2套三點式多點位移計，2支測縫計，1支滲壓計。

圖1 首部樞紐變形監測真空激光準直系統平面布置圖

圖2 首部樞紐滲流監測平面布置圖

在壓力管道中設置了3個監測橫斷面，自上而下分別位于中二平段、下平段、岔管段。前2個斷面各布置3套單點式錨桿應力計，3支測縫計，4支鋼板計和2支滲壓計，岔管段布置了3支測縫計，3支鋼板計和2支滲壓計。

2.3 廠房樞紐

廠區布置了9個變形監測水準測點，2個雙金屬標水準基點，主副廠房左右臨河側各布置了1個滲流監測測壓管(圖3)。

圖3 廠房樞紐及岔管監測儀器布置圖

3 安全監測成果分析

吉牛水庫于2013年11月15日開始蓄水，18日蓄水至正常蓄水位2 378 m高程。12月15日至17日，引水隧洞及壓力鋼管一次充水成功。12月24日，機組成功并網運行。

3.1 首部樞紐

(1)變形分析。

自2013年10月取得初始值至蓄水前，大壩水平位移變幅為-0.27～0.29 mm，最大水平下移0.29 mm，垂直位移變幅為-0.41～1.04 mm，最大垂直沉降1.04 mm，大壩整體安全穩定(表2)。

表2 蓄水前后大壩變形觀測數據統計表 /mm

注：下移、沉降數值為正，反之為負。

蓄水后，壩頂水平、垂直位移隨水位上升分別向下游、沉降增大。蓄水至正常蓄水位時位移變化達到最大值，最大水平變形(4.36 mm)小于設計最大允許值(±20 mm)；最大沉降(2.17 mm)小于設計最大允許沉降值(±30 mm)；相鄰壩段水平和垂直變形最大值分別為3.29 mm、1.13 mm，不存在不均勻變形。

(2)基礎滲壓。

蓄水后，防滲墻上游測點P1增長明顯，與上游水位變化同步，最大滲壓 換 算 水 位 高 程 為2 376.19 m；防滲墻下游測點P2、P3增幅較小，最大值為高程2 361.49 m且穩定，表明防滲墻防滲效果良好(表3)。

表3 蓄水前后大壩基礎滲壓計測值變幅統計表

(3)閘基揚壓力。

蓄水后，各測壓管測值隨壩前水位上升有增長，與壩前水位上升幅度對比增幅較小，最大值為高程2 365.17 m(表4)，符合監測規律，表明壩軸線揚壓力較小。泄洪閘閘墩監測橫斷面上測壓管測點值從上游到下游逐漸降低(UP6>UP7>UP8)，符合揚壓力的分布特性。

表4 蓄水前后大壩測壓管測值變幅統計表 /m

表5 蓄水前后大壩繞滲孔測值變幅統計表 /m

(4)繞壩滲流。

蓄水后，各繞滲孔測點值隨壩前水位上升同步增長，與壩前水位上升幅度對比增幅較小，最大值為高程2 365.45 m(表5)，符合監測規律，表明壩肩繞壩滲流較小。

3.2 引水系統

(1)變形分析。

充水前多點位移計測點最大 位 移 變 幅 為

1.29 mm，單向最大位移為0.97 mm。充水后僅有3個測點位移增幅大于0.3 mm，最大增幅0.49 mm。隧洞充水前后多點位移計測點位移增幅小于0.5 mm，且充水后測點位移總變幅小于1.4 mm(表6)，表明引水系統圍巖變形量較小，整體穩定。

表6 多點位移計測點位移變幅統計表 /mm

充水后，在25支測縫計測點中，22個測點值小于1 mm，占88%，2個測點在1～1.5 mm間，占8%(表7)，表明混凝土與圍巖間隙較小。壓力管道9個測點中有6個測點值小于0.5 mm，表明回填混凝土與壓力鋼管接觸相對密實。

表7 測縫計測點開合度變幅統計表 /mm

表8 錨桿應力計測點應力變幅統計表 /MPa

(2)應力分析。

充水后，20支錨桿應力計測點中，16個測點應力小于15 MPa，占80%，2個測點監測應力在30～45 MPa間，占10%(表8)，測點最大壓應力為9.17 MPa，最大拉應力為34.66 MPa。目前，各錨桿應力計測點值基本趨于穩定。

充水后，在14支鋼筋計測點中，13個測點應力值小于30 MPa，占93%，僅1個測點大于50 MPa(表9)。最大拉應力(52.17 MPa)為8#支洞上游監測斷面左邊墻測點值，目前該測點應力開始緩慢減小。引水系統鋼筋應力計測值及變幅較小，鋼筋受力整體穩定。

表9 鋼筋計測點應力變幅統計表 /MPa

壓力管道充水后，監測斷面鋼板計均表現為拉應力大幅度增加。11個測點中，6個測點最大應力在80～120 MPa間，占55%，4個測點最大應力在120～160 MPa間，占36%。中二平段監測斷面底板GB4測點在充水初期受水流重力作用，其壓應力增大至130.68 MPa(表10)，隨著壓力管道中的水充滿，水頭增加近500 m，GB4測點壓應力逐漸減小并開始轉變成拉應力，達到27.83 MPa。壓力管道充水后，各監測斷面鋼板計測點值拉應力的增加符合高水頭水流對壓力鋼管外膨脹的力學作用特點。截至2013年12月，各測點應力在最大拉應力附近微小波動，且均小于155 MPa，符合電站運行規律。

表10 壓力管道鋼板計測點充水前后應力變化表 /MPa

(3)滲壓分析。

充水后，引水系統15支滲壓計最大滲壓測值為0.4 MPa，其中5個有效測點滲壓值為0 MPa，占33%；11個測點滲壓小于0.22 MPa，占73%(表1)。豎井最大滲壓值為0.22 MPa，壓力管道最大滲壓值為0.08 MPa。各測點值及變幅微小，趨于穩定，引水系統防滲良好。

表11 滲壓計測點滲壓變幅統計表 /MPa

3.3 廠房樞紐

廠房水準觀測點于2013年5月取得初始值。機組運行前，廠房樞紐區域緩慢沉降變形整體表現為向東向北傾斜。水準測點EM4、EM5、EM6沉降相對偏大，累積最大沉降值為9.1 mm(EM4)(表12)。從測點沉降規律分析可見：廠房建筑物沉降量略高于擋墻沉降量，表現為主副廠房基礎沉降向西向北傾斜。廠房樞紐沉降變形量在設計允許沉降值(±30 mm)范圍內，整體安全穩定；機組并網運行后，廠房樞紐區域整體沉降有所增加，最大增幅為0.5 mm，但最大沉降值9.4 mm仍小于設計允許值的32%，目前整體安全穩定。

表12 廠房樞紐水準測點累積最大沉降表 /mm

受大金川枯水期來水影響，廠址測壓管水位整體表現為下降趨勢。自2013年10月取得初始值以來，測壓管內的水位下降最大幅度為0.546 m，廠址基礎滲流基本穩定。

4 結 語

吉牛水電站安全監測項目的布置滿足設計規范要求，監測設施運行正常，能夠準確、及時地反映工程建筑物的工作性態。大壩蓄水后變形、滲流滲壓滿足設計要求，蓄水安全穩定；引水系統充水后，變形與滲壓變化微小、混凝土與圍巖及壓力鋼管接觸緊密；壓力管道鋼管應力變化明顯，符合電站運行規律；廠房樞紐整體變形基本穩定。