善泥坡水电站调压井监测资料整编及反馈分析

张忠举 周 楷 丁 波 周克明 海 涛 钱亚俊

（1.中国葛洲坝集团第二工程有限公司 四川成都 610000；2.湖北省宜昌市鼎诚工程技术服务有限公司 湖北宜昌 443000；3.水利部 交通运输部 国家能源局 南京水利科学研究院 江苏南京 210029；4.江苏南水科技有限公司 江苏南京 210029）

1 枢纽工程概况

1.1 工程概况

善泥坡水电站位于北盘江干流中游河段，贵州省水城县境内，工程任务为发电。电站采用混合式开发，坝址以上流域面积8 920 km2，多年平均流量为129 m3/s，多年平均径流量为40.8 亿m3。电站水库正常蓄水位885 m，总库容0.850 亿m3，调节库容0.428 亿m3，属日调节水库。电站装机大机组2 台，单机容量90 MW，小机组1 台，单机容量5.5 MW，总装机容量185.5 MW，多年平均发电量6.788 亿kW·h，年利用小时3 659 h，保证出力20.78 MW。

1.2 调压井地质条件

调压井位于渡船寨Ⅵ号冲沟边，调压井平台地面高程918～933 m，场坪标高910 m，开挖边坡高20 m左右。调压井处地表相对平缓，坡面向北盘江缓倾，自然坡角20°左右。调压井上部为覆盖层，成份为黄色黏土夹少量碎石，厚度5～15 m；下部基岩为C3-P1 中厚层炭质灰岩。

调压井边坡开挖施工过程中，由于开挖至910 m高程后覆盖层边坡已切脚，导致上部覆盖层边坡发生蠕滑变形，后缘拉裂面位于上部公路后土中，张开宽度10～20 cm，前缘沿覆盖层与基岩界面有明显的剪出，施工期对调压井后边坡采用钢筋混凝土挡墙进行支护处理，对调压井进行了锁口处理，现边坡整体稳定。调压井井筒开挖揭露地层岩性较为复杂，其中：886～910 m 高程地层岩性为二叠系下统梁山组（P1L）灰白色、褐黄色薄至中厚层石英砂岩夹黑色炭质泥页岩及薄煤层，强风化岩体，岩体多呈松散砂状结构，强度低，井筒壁面见多个渗水、滴水点，围岩极不稳定，属Ⅴ类围岩；855～886 m 高程地层岩性为石炭-二叠系过渡层（C3-P1）中厚至厚层炭质泥岩、砂岩及炭质泥灰岩，强风化岩体，岩体呈碎裂-散体结构，围岩极不稳定，属Ⅴ类围岩；855 m 高程至调压井底板地层岩性为石炭系马平群（C3 m）灰白色厚层块状灰岩，其中，850~855 m 高程岩体溶蚀严重，岩体破碎，属强溶蚀带，围岩极不稳定，属Ⅴ类围岩；830～850 m 高程为弱风化岩体，裂隙及岩溶较发育，岩体较破碎，呈块状碎裂结构，不稳定，属Ⅳ类围岩；830 m 高程以下为微新岩体，裂隙发育中等，呈块裂结构，局部稳定性差，属Ⅲ类围岩。调压井筒总体上岩体风化严重，强风化最大深度达60 m，围岩不稳定，一期支护采用系统锚杆喷混凝土支护，大多数井筒段还增加钢拱架加强支护。

2 调压井监测仪器的布置

调压井布置在渡船寨崩塌堆积体中的Ⅵ号冲沟旁，井筒衬后直径23 m，底板高程840 m，调压井平台高程913 m。井筒段上部约10 m 厚岩性为C3-P1 中厚至厚层炭质灰岩，10 m 以下为C3 m 浅灰色、灰白色厚层块状灰岩。进口及之下13 m 高井筒处弱风化基岩中，以下至井底为微新岩体。根据钻孔波速测试，调压井区C3 m 地层新鲜岩体波速平均值5 178 m/s，完整性系数为0.73，为较完整岩体。岩溶较发育，主要岩溶形态为小溶洞、溶隙。调压井围岩岩质坚硬，岩体呈次块状结构，以Ⅲ类围岩为主，局部稳定性差，开挖后需及时支护。

调压井围岩变形监测具体为：选取在902.0 m 高程（距进口之下8 m）的弱风化基岩处设置断面1-1、调压井井筒中部877.0 m 高程处设置断面2-2 以及井筒下部858.5 m 高程处设置断面3-3 进行井筒围岩变形监测和衬砌结构监测。每个断面均设置2 套4 点式多点位移计进行围岩内部变形监测，多点位移计钻孔深度取1～1.5 倍洞径25 m；在每个断面布置1 支锚杆应力计，监测支护措施受力情况。

调压井结构监测具体为：选取调压井井筒上的1-1 断面和3-3 断面布置钢筋计、应变计、无应力计监测衬砌结构应力情况，布置测缝计监测围岩和混凝土二者结合情况，布置渗压计监测围岩外水压力情况。选取在调压井阻抗板上布置钢筋计、无应力计对阻抗板结构受力情况进行监测，在阻抗板底部布置渗压计监测其承受围岩外水压力情况。

共计6 套多点位移计，2 支锚杆应力计，15 支钢筋计，4 支单向应变计，4 套无应力计，2 支渗压计；4支测缝计。

3 调压井监测资料分析

3.1 围岩稳定

调压井在竖井段布置了4 套4 点式多点位移计和2 支锚杆测力计进行开挖变形监测。

3.1.1 调压井竖井段多点位移计

调压井竖井共布设了4 支4 点式多点位移计，编号分别为M4TYJ-1～M4TYJ-2、M4TYJ-3～M4TYJ-4，分别埋设在调压井竖井段高程902.00 m 和高程877.00 m断面处。其中多点位移计M4TYJ-2 自2014年11月9日起仪器失效。

1）特征值分析

竖井段多点位移计最大值为21.63mm（2014年3月13日），发生在竖井段高程877.00 m 断面处（多点位移计M4TYJ-3 距孔口25.0 m 处），最小测值为-0.22 mm（2012年11月5日），发生在竖井段高程877.00 m 断面处（多点位移计M4TYJ-3 距孔口2.0 m 处）；位移平均值小于5 mm 的测点占62.50%，位移平均值介于5~10mm的测点占18.75%，位移平均值介于10~20mm 的测点占18.75%[1]。

2）变化规律分析

从特征值表看，多点位移计的测值均在20 mm 以下，位移均不大，且都指向调压井井筒内。从多点位移计的过程线看，测点测值连续，仅在特殊的施工情况下（2013年7月，竖井段混凝土浇筑完成；2014年6月，调压井灌浆结束），测值有相对较大的波动；同一多点位移计不同测点之间位移差相对稳定，岩层之间没有错动和脱离趋势，竖井段围岩稳定。

3.1.2 调压井竖井段锚杆应力计

调压井竖井段共布设了2 支锚杆测力计，编号分别为PRTYJ-1 和PRTYJ-2，分别埋设在调压井竖井段高程902.00 m 和高程877.00 m 断面处。锚杆测力计拉应力为正，压应力为负。

1）特征值分析

锚杆测力计最大测值仅为100.19 MPa（2014年1月19日），发生在调压井竖井段高程877.00 m 断面处（锚杆测力计PRTYJ-2 处）；两侧点的平均值分别是51.52 MPa 和63.37 MPa 之间。

2）变化规律分析

从特征值可以看出，竖井段锚杆的应力均不大，且都是受拉应力。从过程线可以看出，在2013年7月，竖井段混凝土浇筑完成和2014年6月，调压井灌浆结束两个时间点，锚杆测力计的测值变化较大，与相应位置的多点位移计变化规律一致，后期锚杆应力趋于稳定，且有一定的周期性，但是变幅不明显。

3.2 结构监测

3.2.1 测缝计

调压井测缝计共有4 支，编号分别为JTYJ1-1、JTYJ1-2、JTYJ3-1～JTYJ3-2，分别布设在调压井高程902.00 m 和高程858.00 m 下游侧、右侧衬砌与围岩接触缝处。其中测缝计JTYJ3-2 自2015年1月11日不能正常观测。

1）特征值分析

调压井测缝计最大开合度为1.99 mm（2014年6月17日），发生在调压井高程902.00 m 右侧衬砌与围岩接触缝处（测点JTYJ1-2 处），最小开合度为-0.48 mm（2015年3月29日），发生在调压井高程902.00 m 下游侧衬砌与围岩接触缝处（测点JTYJ1-1 处），各测点的平均值介于-0.26 至1.12mm 之间，变幅在0.22 至2.17mm之间。

2）变化规律分析

从特征值表看出，调压井缝位移均较小，仅有调压井高程902.00 m 右侧衬砌与围岩的接触缝（测点JTYJ1-2 处）是张拉的，且最大张拉值在2 mm 以下。其余测点处缝均受挤压。从过程线看，调压井右侧衬砌与围岩的接触缝变形（测点JTYJ1-2 和测点JTYJ3-2）受温度影响较小，其中，测点JTYJ1-2 在2014年6月份测值存在突变，该时间段调压井灌浆结束，后期测值平稳，位移维持在2 mm 左右，波动小。调压井下游侧衬砌与围岩的接触缝变形（测点JTYJ1-1 和测点JTYJ3-1）受温度影响明显，温度降低，缝挤压的趋势越大[2]。

3.2.2 钢筋计

调压井共布设钢筋计14 支，编号为RTYJ1-1～RTYJ 1-4、RTYJ3-1～RTYJ3-6 和RTYJ4-1～RTYJ 4-4。

1）特征值分析

调压井钢筋计最大测值为38.43 MPa（2015年1月4日），发生在调压井高程858.00m 下游侧调压井衬砌内层钢筋上（钢筋计RTYJ3-3 处），最小值为-9.52 MPa（2013年7月9日），发生在调压井高程902.00m 下游侧调压井衬砌内层钢筋上（钢筋计RTYJ1-2 处）；测点的平均值介于3.97 至25.96 MPa 之间，最大变幅为38.43 MPa。

2）变化规律分析

从钢筋计的当前值和平均值可以看出，调压井的钢筋几乎都受拉力作用。从过程线可以看出，调压井钢筋计的测值变化规律都相对稳定，波动小，且钢筋的应力一定程度上受到了温度的影响，特别是外层的钢筋尤为明显，呈周期性变化，且变幅相对较大，如外层 钢 筋 测 点RTYJ1-1、RTYJ1-3、RTYJ3-1 和 测 点RTYJ3-4，而竖井段内层钢筋和阻抗板的钢筋测值波动小，周期性不明显。

3.2.3 渗压计

调压井共布设2 支渗压计，编号分别为PTYJ3-1和PTYJ4-1，对应埋设在高程858.50 m 上游侧调压井衬砌与围岩结合处以及阻抗板底板入围岩0.3 m 处。

1）特征值分析

渗压计最大水头为21.22 m（2014年12月29日），发生于阻抗板底板（渗压计PTYJ4-1 处），最小测值为-5.10 m（2013年5月29日），发生在上游侧调压井衬砌与围岩结合处（渗压计PTYJ3-1 处），两支渗压计的水头平均值分别为0.83 m 和0.63 m。

2）变化规律分析

由其过程线可以看出，调压井渗压计的测值在水库开始蓄水过程中测值变化较大，库水位稳定之后，渗压计的测值变化规律较为平稳，且值较小，水头分别维持在2 m 和1 m 左右，可推断调压井围岩和阻抗板底部渗压均较小，不存在渗流问题。

3.2.4 无应力计及单向应变计

调压井共布设4 支无应力计和4 支应变计，编号分别 为：NTYJ1-1、NTYJ3-1、NTYJ4-1、NTYJ4-2 和STYJ1-1、STYJ1-2、STYJ3-1、STYJ3-2，埋设在同一位置的无应力计和应变计分别有：NTYJ1-1 和STYJ1-2、NTYJ3-1 和STYJ3-2。无应力计NTYJ4-2 自2014年4月6日以后无观测值。

1）特征值分析

应变计最大应变值为322.22 με（2013年7月9日），最小应变值为-222.24 με（2015年2月9日），均发生在调压井高程902.00 m 下游侧衬砌靠外墙处（应变计STYJ1-1 处），各测点的平均值在-72.16 至166.22 με 之间。

无应力计最大应变值为232.95 με（2013年5月29日），发生在调压井高程858.50 m 右侧调压井衬砌内（无应力计NTYJ3-1 处），最小应变值为-191.78 με（2016年2月13日），发生在调压井高程902.00 m 右侧调压井衬砌内（无应力计NTYJ1-1 处），各测点的平均值在-100.18 至-7.39 με 之间。

2）变化规律分析

从过程线可以看出，调压井衬砌的应变计和无应力计的测值连续，规律稳定，不存在异常突变，混凝土衬砌受力正常；从同一位置的应变计和无应力计对比来看，调压井的荷载相对较为稳定，变形主要受温度和混凝土自身的体积变形引起。

3.2.5 表面观测墩

表面观测墩共有7 个，编号为TPTYJ-1～TPTYJ-5、TPTYJ-6～TPTYJ-7，分别布设在调压井调压井开挖平台边坡和调压井井口边缘。其中观测墩TPTYJ-2 损坏不能观测。

从观测墩TPTYJ-1～TPTYJ-5 过程线可以看出，调压井开挖平台边坡表面观测墩位移前期变化较大，后期测值相对平稳，不存在增长趋势，且X 向位移都指向河床方向，Y 向位移都指向下游，观测墩的矢量位移大小在10 至50 mm 之间；其中观测墩TPTYJ-1 的X向位移在2012年7月底测值突然增大，但是后期位移基本保持不变，调压井边坡不存在失稳问题。从观测墩TPTYJ-6～TPTYJ-7 过程线可以看出，调压井井口边缘的X、Y 向位移均较小，X 向变形存在增大趋势，但是目前矢量位移的大小在2 至8 mm 之间跳动，井口变形较小，不会发生失稳问题，后期宜加强对这两个观测墩的监测即可[3]。

4 结论

通过监测资料分析，调压井竖井段变形和锚杆受力均不大，竖井段混凝土浇筑完成以及调压井灌浆时期，围岩变形和受力有所波动，但是岩层之间没有错动和脱离趋势，围岩稳定；调压井结构监测测值变化规律相对较为稳定，波动小，结构安全，调压井在施工及运行期的观测资料分析表明：调压井结构是在安全、正常的状况下运行的，同时各种观测资料为我们提供了调压井当前状况的科学数据，对设计、施工方案和技术措施进行校核验证，并为今后的设计积累一定的经验[4]。