安全監測成果分析老撾南歐江六級電站復雜地質水文條件的廠房邊坡施工期的變化

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摘要：南歐江六級電站廠房邊坡地質條件復雜且降雨期長，施工期間，多次發生險情，并發生一次導流洞出口塌方，通過安全監測，對邊坡變形動態地及時監測和預報，避免或減少工程損失，保證了工程施工順利，根據監測成果分析，為了解廠房邊坡的穩定性，進行安全評價及邊坡支護方案的調整提供了重要依據和有力支持。

關鍵詞：安全監測；成果分析；南歐江六級電站；復雜地質水文；廠房邊坡；變化

1 工程概況

南歐江六級電站位于老撾豐沙里省境內，是南歐江流域由下游自上游開發的第六個梯級電站。工程等別為二等大（2）型工程，電站由復合土工膜堆石壩、溢洪道、放空洞、導流洞及引水發電系統組成。電站以發電為主，總裝機容量180MW，死水位490m，正常蓄水位510m，相應庫容4.09×108m3，調節庫容2.46×108m3，具有季調節性能。

發電廠房為岸邊式地面廠房，位于左岸，廠房邊坡巖性由板巖夾變質粉～細砂巖組成，為斜順向坡，開挖邊坡坡度陡于巖性傾角，存在順層滑動破壞的可能，邊坡穩定條件差，而邊坡穩定對廠房施工期和運行期的安全至關重要。

廠房邊坡緊靠導流洞出口邊坡，導流洞出口邊坡在施工過程中，于2013年5月發生塌方，引起導流洞出口和廠房邊坡產生了較大的變形開裂現象，在此之后，根據監測情況，導流洞出口和廠房邊坡為不穩定邊坡，必須采取工程處理措施，才能確保邊坡安全。根據邊坡監測數據和計算結果，采取了削坡減載、預應力錨索、錨拉梁等工程處理措施，與此同時，開展了對邊坡穩定性的監測工作。

2 監測設計

該項工程監測點布置的基本原則是：綜合考慮工程巖體受力情況和地質結構特征，并重點布置在最有可能發生滑移，對工程施工及運行安全影響最大的部位。由于廠房邊坡的監測工作是在發生塌方之后進行的，為了監測在清坡、削坡和加固處理過程中邊坡的穩定性，監測儀器的埋設是隨著邊坡開挖支護工程的進展情況而實施。目前邊坡已支護完成，整個廠房邊坡監測工作可劃分為三個部分，即EL.511m以上邊坡、廠房邊坡和導流洞出口邊坡。根據工程地形、地質、加固處理措施及監測情況等條件，邊坡監測重點以變形、支護效應為主。

1）表面變形監測：在邊坡開口線、各級馬道上布置了表面變形監測點，采用極坐標法監測邊坡表面的水平位移和垂直位移，共布置變形觀測墩14個，臨時表觀點2個。

2）深部變形監測：深部變形主要采用測斜孔，在525m高程馬道布置了3個測斜孔，490m高程馬道布置了2個測斜孔。

3）支護效應監測：根據邊坡的支護措施，主要對錨索的加固效果進行監測，共布置了11臺錨索測力計。

通過上述監測設施對廠房邊坡淺部、深部變形以及支護措施實施后的邊坡穩定情況進行持續監測，及時了解廠房邊坡變形的時間、空間分布規律，為邊坡的穩定性評價及動態調整支護措施提供了參考依據。

3 監測成果分析

3.1 EL.511m以上邊坡

1 表面變形監測

511m高程以上邊坡自加固處理以來，邊坡變形速率隨著加固荷載增加而降低，但位移趨勢不變，降雨影響較明顯；分析如下：

該邊坡自2013年5月開始出現變形，2013年6～8月雨季中，各測點變形有所加速，水平位移平均速率為3.9mm/d，垂直位移平均速率為3.1mm/d，2013年9月初515m、520m高程兩排錨拉梁施工后，變形速率有所減緩，2013年9～11月份水平位移平均速率為1.2mm/d，垂直位移平均速率為0.8mm/d，2013年12月13日～16日連續強降雨后，變形速率又進一步增大，水平位移速率增至1.4mm/d，垂直位移速率增至1.2mm/d，2013年12月底526m高程錨拉梁張拉后，該區域邊坡變形速率又有所降低，2014年1～3月份水平位移平均速率為0.6mm/d，垂直位移平均速率為0.1mm/d，進入4月份隨著雨季的到來，邊坡變形速率又有所回升，水平位移平均速率為1.5mm/d，垂直位移平均速率為1.3mm/d。該區域邊坡水平變形速率接近垂直變形速率，各測點的水平合位移明顯大于或接近垂直位移，水平合位移方向大致相同，說明510m高程以上邊坡屬整體移動，且沒有收斂的趨勢，如圖1所示。

圖1 不同高程典型水平合位移-時間過程曲線

2 深部變形監測

利用測斜孔監測邊坡內部變形情況，它能及時發現滑動面的出現、確定滑動面的位置和監視滑動面的發展及穩定性等。通過位移深度關系曲線，清晰地反映了測孔巖體內部沿鉆孔深度的水平位移，由于邊坡處于變形狀態，525m高程三個測斜孔均在埋設后幾天就出現明顯滑動帶。

525高程馬道CBP-IN-01（R）測斜孔在2013年7月21日開始觀測，由相對位移-深度曲線知，CBP-IN-01（R）測斜孔在地表以下7～34m（491～518m高程）存在位移波動；孔口位移變化情況為：2013年9月初515m、520m高程錨拉梁張拉前，孔口順坡向位移速率較快，為3.27mm/d，張拉后2013年9～11月份位移平均速率為1.12mm/d，12月份為1.75mm/d，2013年年底526m高程錨拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率為0.36mm/d，進入4月份隨著雨季的到來，邊坡內部變形速率又有所回升，位移平均速率為1.64mm/d。由累計位移-深度曲線看，孔口至孔深8m范圍內各測點位移接近一致（表現為鉛直線段），表明該段巖體沿滑動面整體移動。近期測孔順坡向位移變化速率有所增大，從相對位移-深度曲線看，主要是孔深31.5～33m處位移增大引起。

CBP-IN-02（R）測斜孔在2013年7月20日開始觀測，在錨拉梁張拉前，孔口向河床位移平均速率為2.96mm/d，2013年9月張拉后位移速率為0.52mm/d；由相對位移-深度曲線知，CBP-IN-02（R）測斜孔在地表以下11～28m（497～514m高程）存在位移波動；孔深14.5m處位移變化較大，比孔口累計位移量大，與該處的地質條件有關，依據孔內攝像和施工情況，當時鉆孔至15m時就出現地下水，13～15m孔壁較破碎，有掉塊、空洞現象，說明該處存在軟弱構造帶。由于該孔變形大，探頭無法正常下放到孔底，至2013年10月份停止觀測。2014年4月在原測孔旁重新鉆孔安裝一套測斜管，于4月18日起測，由相對位移-深度曲線知，新孔主要位移變化區域在18～38m，位移錯動最大部位在孔深26.5m處，目前該孔有順坡向位移的趨勢，孔口順坡向位移為8.49mm。

CBP-IN-03（R）測斜孔在2013年11月19日開始觀測，由相對位移-深度曲線知，CBP-IN-03（R）測斜孔在地表以下7.5～34m（491～517.5m高程）存在位移波動，其中孔深7.5～10m和23～30m為主要位移變化區域，孔深24、29m相對位移分別為6.83/10.05/16.87mm、5.56/7.85/12.50mm（比較時間為：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25），可見位移仍有增大趨勢；該孔取芯情況為：0～11.7m為粘土，11.7m見巖石，11.7～35m巖芯破碎，取芯率較低，其中在16.8～21m、21～23m和31～33m巖芯中夾有細砂，26～28m巖芯中存在夾泥層，35～44m巖芯相對完整；實測數據和巖芯對比看，測孔位移主要是巖芯中夾的細砂引起?？卓谖灰谱兓闆r為：2013年11～12月份位移平均速率為1.37mm/d，2013年年底526m高程錨拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率為0.37mm/d，進入4月份隨著雨季的到來，邊坡內部變形速率又有所回升，位移平均速率為1.09mm/d。由累計位移-深度曲線看，該測孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對位移時間過程線看，目前該孔位移增大主要是孔深23～30m處錯動較大引起。

圖2 525m高程CBP-IN-03（R）測斜孔位移-深度曲線

3 預應力錨索監測

2013年8月2日520m高程錨拉梁22根預應力錨索張拉完畢，其中設置了兩臺錨索測力計，監測錨索CBP-PR-01（R）測點鎖定荷載為946.7kN，鎖定后荷載一直處于增長的狀態，荷載最大達1217.5kN，2013年10月18日錨索荷載突然減小，目前為287.7kN；監測錨索CBP-PR-02（R）測點鎖定荷載為932.9kN，鎖定后荷載先緩慢衰減后處于增長狀態，荷載最大達1088.3kN，2013年10月16日錨索荷載大幅降低，目前為32.8kN，已處于自由狀態。

現在520m高程兩臺監測錨索基本無錨固效果，荷載快速降低，應是邊坡變形影響下，錨索內錨固段松動引起，也表明錨固段巖體相當復雜。從目前情況看，520m高程其余錨索有可能也發生了類似情形，該排錨索對邊坡的錨固作用可能已降低。

515m高程監測錨索CBP-PR-03（R）于2013年9月1日安裝，鎖定荷載為1024.7kN，目前荷載為869.0kN，預應力損失155.8kN，損失率為15.2%，該錨索鎖定后荷載一直處于緩慢衰減的狀態。在變形體內的錨索如果錨頭錨固在不動或基本不動的巖體上，則因堆積體變形錨索拉長而增加荷載，而該錨索所在部位堆積體產生了變形，錨索荷載在經卸荷后不但不增加，甚至還會減少，造成這種情況可能為：①因鉆孔深度不夠，錨頭沒能錨固在不動或基本不動的巖體上，②內錨固段巖體質量差，巖石破碎。

由于520m 高程錨索荷載降低，于2013年12月底在526m高程新增一排錨索，其中設置了一臺監測錨索，該錨索鎖定荷載為1141.9kN，目前荷載為1311.8kN，較鎖定時增加了169.8kN，荷載變化曲線見圖3；該測點自2014年3月下旬起荷載增速較快，為4.4kN/d，目前荷載量已接近錨索過載量，在邊坡變形持續下，可能會發生錨索拉斷情況。該錨索在鎖定后30天內荷載有所衰減（74.2kN），之后緩慢增加，該錨索荷載衰減原因與地質情況和施工有關，由于邊坡堆積體屬彈塑性材料，存在空隙，監測錨索張拉時使巖土體壓縮，但當應力釋放時所產生的變形不能夠完全恢復，同時張拉周圍錨索時，引起受荷區進一步壓縮變形，使得先前已張拉監測錨索預應力產生進一步損失，說明該區域巖土體較松散。

圖3 526m高程錨索荷載-時間關系曲線圖

3.2 廠房邊坡

1 表面變形監測

470m高程CBP-TP-03測點于2013年5月18日建立，該測點從起測至9月下旬水平位移變化速率較快，為1.9mm/d，2013年9月下旬454～470m高程兩排錨索張拉后，該測點位移得到了有效抑制，變化速率接近于零，處于穩定狀態，2014年2月中旬廠房基坑和引水支管開挖，受施工影響，促使該測點位移變化速率又有所回升，其水平位移變化速率為2.1mm/d，垂直位移變化速率為0.8mm/d。470m高程CBP-TP-10（R）、CBP-TP-03（XZ）和490m高程CBP-TP-07（R）測點的變化規律和CBP-TP-03測點一致，目前其水平位移平均變化速率為1.9mm/d，垂直位移平均變化速率為0.9mm/d。這四個測點位于廠房1#、2#引水支管上方，其主位移方向基本一致，表明該區域位移屬整體移動。

470m高程馬道下游側、廠房安裝間上方的CBP-TP-11（R）測點位移變化量不大，水平合位移為31.6mm，垂直位移為7.6mm。

2 深部變形監測

490m高程CBP-IN-04（R）測斜孔在2013年11月21日開始觀測，由相對位移-深度曲線知（圖2-10），該測斜孔在孔深3.5處有一錯動帶，最大錯位為20.39mm（2014年2月23日），現該錯動帶基本處于穩定，目前孔深19.5～22.5m（467.5～470.5m高程）存在的位移波動，是主要位移變化區域，孔深20.5、22m相對位移分別為-2.04/-7.63/-9.59mm、2.12/6.71/12.54mm（比較時間為：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25）?？卓谖灰谱兓闆r為：2013年11～12月份位移平均速率為0.51mm/d，2014年1～3月份位移平均速率為0.09mm/d，進入4月份隨著雨季的到來，邊坡內部變形速率又有所回升，位移平均速率為0.35mm/d。由累計位移-深度曲線看，該測孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對位移時間過程線看，目前該孔位移增大主要是孔深19.5～22.5m處錯動增大引起。

3 預應力錨索監測

廠房邊坡470m～490m高程張拉了34根錨索，設計荷載為1000kN，其中安裝了兩臺錨索測力計，張拉鎖定后荷載緩慢衰減，4個月后達平穩并維持小幅波動狀態，預應力損失率最大為5.3%。454m～470m高程邊坡張拉了54根錨索，設計荷載為1800kN，安裝了四臺錨索測力計，鎖定后荷載處于緩慢衰減的狀態，損失率最大為7.4%。廠房邊坡錨索測力計荷載沒有因邊坡松弛變形而出現荷載增加，估計是預應力錨索長度不夠。

3.3 導流洞出口邊坡

1 表面變形監測

490m高程CBP-TP-08（R）測點位移較顯著，目前其水平合位移為70.0mm，垂直位移為16.7mm。490m高程CBP-TP-09（R）和470m高程CBP-TP-12（R）測點位移量較小。

2 深部位移監測

490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔于2013年11月24日起測，該孔鉆孔取芯情況為：0～2.4m為粘土，2.4～11m巖芯破碎，11～13m巖芯完整，13～17m巖芯較破碎，17～20m巖芯較完整。截止12月16日孔口向河床位移為18.03mm，向下游位移為25.00mm，合位移30.82mm，由圖4知，該孔在地表以下11.5m深處出現位移突變，并形成一個0.5m厚的錯動帶，順坡向最大錯動位移為11.27mm（2013年12月16日），由于錯動面（孔深11.5m）的相對位移逐漸增大（圖5），致使測斜儀探頭在錯動面處被卡住，已無法正常到達孔底觀測。

2014年2月23日在原孔附近重新鉆孔安裝一套測斜管，由相對位移-深度曲線知，該測斜孔在孔深3.0m、11.5m處存在錯動帶，且有增大的趨勢，孔深3.0、11.5m相對位移分別為0.06/2.28/4.55mm、0.14/2.12/3.15mm（比較時間為：2014.2.26/2014.3.26/2014.4.25）。原測孔和新測孔反映的位移情況基本一致，由累計位移-深度曲線看，新孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對位移-深度曲線知，目前該孔位移增大主要是孔深3.0和11.5m處錯動帶位移增大引起。

圖4 490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔位移-深度曲線

圖5 490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔孔口及11.5m位移-時間關系曲線圖