楊 弘，董燕君

（1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610051；2.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙，410014)

1 工程概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省鹽源縣、木里縣交界的雅礱江干流，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，結(jié)合汛期蓄水兼有防洪作用。水庫正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，正常蓄水位庫容77.6億m3，調(diào)節(jié)庫容49.1億m3，為年調(diào)節(jié)水庫。電站安裝6臺(tái)600 MW水輪發(fā)電機(jī)組。工程樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、壩身4個(gè)表孔+5個(gè)深孔+2個(gè)放空底孔、壩后水墊塘、右岸1條有壓接無壓泄洪洞及右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。

錦屏一級(jí)水電站混凝土雙曲拱壩壩高305.00 m，為世界已建最高壩，其拱冠梁頂厚16.00 m，拱冠梁底厚63.00 m，最大中心角93.12°，頂拱中心線弧長(zhǎng)552.23 m，分26個(gè)壩段澆筑，其中13號(hào)、14號(hào)壩段為河床壩段。錦屏一級(jí)水電站工程建設(shè)技術(shù)極具挑戰(zhàn)，其顯著的工程技術(shù)特征[1]為“五高一深”，即特高拱壩、高水頭泄洪消能、高山峽谷、高陡邊坡、高地應(yīng)力、深部裂隙。錦屏一級(jí)高拱壩具有“四不對(duì)稱”技術(shù)特性，即左右岸地形條件、地質(zhì)條件不對(duì)稱、拱壩體型不對(duì)稱、拱壩應(yīng)力與變形不對(duì)稱。壩基地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸壩基高程1 810 m以上為砂板巖，左岸高程1 810 m以下及右岸為大理巖。左岸壩肩邊坡及抗力體地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖體破碎，并發(fā)育有深部卸荷裂隙，為此在左岸壩基設(shè)置了高為155 m的置換處理大墊座，在左岸抗力體分5層進(jìn)行洞室置換網(wǎng)格及高壓固結(jié)處理；右岸壩基沿f13、f14進(jìn)行置換斜井與洞室網(wǎng)格及高壓固結(jié)灌漿處理。左岸壩肩邊坡布置有框格梁、錨噴混凝土、錨桿、60～80 m長(zhǎng)錨索、沿f42-1的三層抗剪洞等針對(duì)淺表局部的處理及針對(duì)潛在大滑塊穩(wěn)定問題的處理。壩基及帷幕還布置了大量的水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿處理。

錦屏一級(jí)水電站于2005年11月12日正式開工，2009年10月23日大壩混凝土開始澆筑，2012年11月30日導(dǎo)流洞下閘蓄水，2013年8月首批2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2013年12月23日拱壩澆筑到頂，2014年7月12日6臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，2014年8月24日水庫蓄水至正常蓄水位1 880 m。

2 樞紐主要監(jiān)測(cè)儀器布置

錦屏一級(jí)水電站工程安全監(jiān)測(cè)范圍（對(duì)象）包括拱壩及其基礎(chǔ)、樞紐區(qū)邊坡、左岸基礎(chǔ)處理工程、水墊塘和二道壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪洞、導(dǎo)流洞堵頭、近壩區(qū)變形體等，以及為監(jiān)測(cè)工程提供基準(zhǔn)的壩區(qū)變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)。專項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)、水力學(xué)監(jiān)測(cè)、霧化監(jiān)測(cè)、閘門動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)等。在分期蓄水前分別將階段水位以下所有監(jiān)測(cè)儀器接入自動(dòng)化系統(tǒng)，確保了蓄水過程中監(jiān)測(cè)的頻次和精度。重要部位安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置如下。

2.1 大壩監(jiān)測(cè)

主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括壩體及壩基變形監(jiān)測(cè)、滲流滲壓監(jiān)測(cè)、壩體橫縫監(jiān)測(cè)、壩基接縫監(jiān)測(cè)、壩體及壩基溫度監(jiān)測(cè)、壩體應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)、拱端壓應(yīng)力、上下游水位、庫水溫、氣溫、降雨量監(jiān)測(cè)等。特殊監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括大壩強(qiáng)震反應(yīng)、孔口及閘墩鋼筋應(yīng)力、閘墩錨索應(yīng)力、閘墩混凝土應(yīng)變、孔口水力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等。

2.2 樞紐區(qū)邊坡監(jiān)測(cè)

壩區(qū)工程邊坡主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括表面變形監(jiān)測(cè)、受開挖卸荷影響的淺部巖體內(nèi)部變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載監(jiān)測(cè)、深部巖體變形監(jiān)測(cè)、特定結(jié)構(gòu)面的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并開展了涉及兩岸山體一定范圍內(nèi)的谷幅變形監(jiān)測(cè)、自然山體高位危巖體變形狀態(tài)監(jiān)測(cè)、霧化強(qiáng)度監(jiān)測(cè)等。兩岸壩肩邊坡共布置7條谷幅測(cè)線，抗力體布置3條谷幅測(cè)線。

2.3 左岸基礎(chǔ)處理監(jiān)測(cè)

左岸基礎(chǔ)處理工程主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括灌漿影響區(qū)變形監(jiān)測(cè)、抗力體固結(jié)灌漿平洞變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、抗剪洞結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)、煌斑巖脈置換洞結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)、f5斷層置換洞結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)，并設(shè)置相應(yīng)的滲壓監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。

2.4 引水發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

引水發(fā)電系統(tǒng)工程主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。地下廠房三大洞室群圍巖變形監(jiān)測(cè)設(shè)置9個(gè)橫斷面和6個(gè)縱斷面，圍巖變形主要采用多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)。支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括錨桿應(yīng)力和錨索荷載，布置位置與多點(diǎn)位移計(jì)相對(duì)應(yīng)。

2.5 近壩區(qū)變形體監(jiān)測(cè)

近壩區(qū)變形體監(jiān)測(cè)范圍包括解放溝左岸變形體、三灘右岸III號(hào)、II號(hào)變形體、水文站滑坡體和呷爬滑坡體，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地表變形、變形體內(nèi)部變形和地下水位監(jiān)測(cè)等。

3 分期蓄水過程

錦屏一級(jí)水電站高拱壩初期蓄水時(shí)，在300 m高水頭的庫水作用下，近壩區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件將發(fā)生改變，壩肩邊坡及拱壩抗力體的穩(wěn)定性、拱壩結(jié)構(gòu)的安全性及壩基滲透穩(wěn)定性將經(jīng)受初次蓄水的極大考驗(yàn)。因此，錦屏一級(jí)水電站特高拱壩首次蓄水按照“分期蓄水、監(jiān)測(cè)反饋、逐步檢驗(yàn)、動(dòng)態(tài)調(diào)整”的原則，根據(jù)壩體中后期導(dǎo)流規(guī)劃及電站死水位、正常蓄水位的情況，按庫水位1 700 m、1 800 m、1 840 m、1 880 m分四階段分期蓄水，在各階段水位適當(dāng)停留，依據(jù)安全監(jiān)測(cè)資料分析成果，對(duì)樞紐工程的安全性及庫岸穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)特高拱壩分期安全蓄水至正常蓄水位。錦屏一級(jí)水電站分期蓄水過程見圖1。

4 錦屏一級(jí)大壩工程監(jiān)測(cè)成果

4.1 拱壩變形監(jiān)測(cè)

4.1.1 水平變形

2012年11月30日第一階段蓄水開始至2014年10月13日，壩體徑向累計(jì)位移在1.82～42.48 mm之間（其中，11號(hào)壩段1 778 m高程累計(jì)位移量最大）。自2014年7月3日第四階段蓄水前至10月13日，壩體徑向向下游最大位移變化量為31.27 mm，為位于11號(hào)壩段1 885 m高程的PL11-1，其累計(jì)位移量為34.46 mm；2014年8月24日首次蓄至正常蓄水位運(yùn)行至10月13日，徑向向下游最大位移變化量為4.84 mm，為位于9號(hào)壩段1 885 m高程的PL9-1，累計(jì)位移量為30.98 mm。總體來看，壩體徑向位移與庫水位變化緊密相關(guān)，庫水位上升時(shí)壩體向下游變形，各高程拱圈在蓄水后位移變化整體呈現(xiàn)出從兩岸到中部壩段向下游變形逐漸增大的“單峰型”特征。庫水位穩(wěn)定后，變形漸趨平穩(wěn)；目前，高水位已經(jīng)持續(xù)1個(gè)多月，各測(cè)點(diǎn)徑向存在一定的時(shí)效變形，高高程較大。典型壩段徑向位移與壩前水位歷時(shí)過程線見圖2。

2012年11月30日第一階段蓄水始至2014年10月13日，壩體垂線各測(cè)點(diǎn)切向位移分布總體以河床壩段為界，左岸壩段向左岸變形、右岸壩段向右岸變形，量值相對(duì)較??；切向位移累計(jì)量介于-4.96～7.41 mm之間，其中，向右岸變形最大的為19號(hào)壩段1 885 m高程，向左岸變形最大的為9號(hào)壩段1 885 m高程。自2014年7月3日第四階段蓄水前至10月13日，切向位移變化量在-4.60～7.34 mm范圍內(nèi)；2014年8月24日首次蓄至正常蓄水位運(yùn)行至10月13日，切向位移變化量在-0.32～0.77 mm之間。庫水位穩(wěn)定后，變形漸趨平穩(wěn)，時(shí)效變形小。典型壩段切向位移與壩前水位歷時(shí)過程線見圖3。

圖2 13號(hào)壩段各高程徑向位移歷時(shí)過程線Fig.2 Radial displacement on different elevations of dam block No.13

圖3 13號(hào)壩段各高程切向位移歷時(shí)過程線Fig.3 Tangential displacement on different elevations of dam block No.13

表1給出了實(shí)測(cè)值與反饋分析的對(duì)比。

4.1.2 垂直變形

自2011年5月始測(cè)以來，壩體垂直變形以拱冠處為軸左右岸基本對(duì)稱；目前最大沉降量11.90 mm（1 664 m高程廊道）。2014年8月24日首次蓄至正常蓄水位運(yùn)行至10月13日，上游水位基本穩(wěn)定在1 879 m，壩體大部分測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)為少量上抬變形，以拱冠處為軸左右岸基本對(duì)稱，變化量在-2.00～0.20 mm之間，量值不大?；A(chǔ)廊道雙金屬標(biāo)均有一定量值的抬升，但量值較小，介于-1.18～0.17 mm之間，與水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)律一致。

4.1.3 壩體弦長(zhǎng)

第一階段蓄水開始至2014年10月8日，弦長(zhǎng)變化量介于-8.16～-1.19 mm之間，以收縮為主，但量值較小。第四階段蓄水開始至正常蓄水位，各高程弦線總體呈不同程度拉伸；水位穩(wěn)定后，1 778 m弦長(zhǎng)變化量表現(xiàn)為輕微收縮變形，1 885 m、1 829 m、1 730 m、1 664 m高程呈少量拉伸變形；弦長(zhǎng)變形與壩前水位歷時(shí)過程線見圖4。

4.1.4 接縫與橫縫觀測(cè)

2012年11月30日至2014年10月13日，基巖與壩體接縫開合度變化量在-1.53～0.32 mm之間，開合度累計(jì)值介于-1.81～1.63 mm之間，其中，35.6%的測(cè)點(diǎn)接縫呈拉伸變形，64.4%的呈壓縮變形；壩踵接縫主要呈拉伸變形（占61.1%），開合度變化量在-0.32～0.32 mm之間；壩趾接縫主要呈壓縮變形（占78.9%），開合度變化量在-1.53～0.26 mm之間。

壩體橫縫在前三階段蓄水過程中受水推力、接縫灌漿等影響變化較為復(fù)雜；2014年5月完成最后一層灌區(qū)的接縫灌漿后，第四階段蓄水至10月13日，拱壩橫縫測(cè)縫計(jì)位移變化量在-0.34～0.30 mm范圍內(nèi)；2014年8月24日首次蓄至正常蓄水位運(yùn)行至10月13日，開合度變化量在-0.23～0.25 mm之間。

4.2 滲流滲壓監(jiān)測(cè)

4.2.1 滲壓監(jiān)測(cè)

截至2014年10月13日，壩基帷幕后折減系數(shù)α1＝0.00～0.36，排水孔后折減系數(shù)α2＝0.00～0.08，符合壩基揚(yáng)壓力分布一般規(guī)律，且都小于設(shè)計(jì)值。歷次蓄水帷幕后的折減系數(shù)總體變化不大，帷幕整體效果較好。但在蓄水過程中也出現(xiàn)了局部滲壓偏大情況，這些點(diǎn)位主要位于大壩左岸與墊座交接基礎(chǔ)部位，經(jīng)過補(bǔ)充灌漿或打孔降壓等措施后，均降至正常水平內(nèi)，說明了這些點(diǎn)位主要是由于局部微裂隙造成的壓力集中，對(duì)帷幕不會(huì)造成較大影響。如PDZ-1（1 820 m高程）的折減系數(shù)在第四階段蓄水期間持續(xù)增長(zhǎng)（2014年9月14日折減系數(shù)為0.42），通過增設(shè)排水孔處理后，當(dāng)前折減系數(shù)已降至0.25，如圖5所示。

表1 壩體徑向位移與1 880 m變形監(jiān)控指標(biāo)對(duì)比Table 1 Comparison between radial displacement and monitoring index of displacement at elevation 1 880 m

圖4 壩體弦長(zhǎng)位移-壩前水位歷時(shí)過程線Fig.4 Relation between chord length displacement and water level

圖5 滲壓計(jì)PDZ-1滲透壓力過程線Fig.5 Osmotic pressure by PDZ-1 osmometer

左右岸帷幕灌漿平洞和排水洞從第一階段蓄水到2014年10月13日，水位變化量介于-2.91～48.13 m之間，折減系數(shù)小于0.4和0.2的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。整體呈現(xiàn)出帷幕后水位變化量大于排水孔后，低高程水位變化量大于高高程的變化特征，符合繞壩滲流變化規(guī)律。左、右抗力體繞壩滲流水位孔水位上升量總體在2.5 m以內(nèi)，蓄水前后變化量不大。

4.2.2 滲流監(jiān)測(cè)

目前，大壩各層帷幕、排水廊道及各層抗力體平洞總滲流量為64.94 L/s。其中，滲流量主要位于左岸1 595 m高程排水廊道，其滲流量為41.96 L/s，從首測(cè)至2014年10月13日，左岸1 595 m高程排水廊道滲流量增大5.91 L/s；左岸1 664 m高程排水廊道滲流量為8.55 L/s；左岸1 730 m高程排水廊道滲流量為2.65 L/s；右岸1 595 m高程排水廊道滲流量為5.76 L/s。其余大壩各層帷幕灌漿廊道、排水廊道、抗力體平洞滲流量基本小于2 L/s，且蓄水期間無明顯變化。

4.3 應(yīng)力應(yīng)變

拱壩壩踵總體處于受壓狀態(tài)，壩踵垂直向壓應(yīng)力隨庫水位上升逐漸減小，垂直壓應(yīng)力最大為-6.52 MPa（12號(hào)壩段），兩岸壩段徑切向壓應(yīng)力隨庫水位上升逐漸增大；建基面壩中總體處于受壓狀態(tài)，徑切向和垂直向壓應(yīng)力變化略有增大，垂直壓應(yīng)力最大為-5.09 MPa（9號(hào)壩段）；壩趾總體處于受壓狀態(tài)，壩趾垂直向、徑向和切向壓應(yīng)力均隨著庫水位的上升逐漸增大，其中垂直向壓應(yīng)力最大為-4.50 MPa（9號(hào)壩段）；拱壩基本處于受壓狀態(tài)，局部出現(xiàn)受拉，拉應(yīng)力均小于設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。

4.4 左岸邊坡監(jiān)測(cè)

4.4.1 邊坡表面變形觀測(cè)

左岸壩肩邊坡地表和淺部變形，高程1 960 m以上最大矢量位移164.12 mm；第四階段蓄水始至今，上下游方向位移變化量在-5.6～2.7 mm之間，累計(jì)位移量介于-54.3～-13.4 mm范圍內(nèi)；向河床方向位移變化量在-2.3～9.9 mm之間，累計(jì)位移量介于30.2～-139.2 mm范圍內(nèi)；垂直方向位移變化量介于-8.7～3.3mm之間，累計(jì)位移量介于-29.8～83.4 mm范圍內(nèi)。變形規(guī)律與蓄水前基本一致，與蓄水過程無明顯相關(guān)性。

4.4.2 邊坡淺、深部變形監(jiān)測(cè)

左岸邊坡通過埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、石墨桿收斂計(jì)等開展邊坡的淺、深部變形觀測(cè)。第一階段蓄水始至2014年10月5日期間，位移變化量在4.76～10.03mm之間。第四階段蓄水始至10月5日，位移計(jì)孔口位移變化量在-0.70～1.05 mm之間，監(jiān)測(cè)錨桿應(yīng)力變化量在-4.43～6.26 MPa之間，錨索測(cè)力計(jì)變化介于-39.28～26.04 kN之間；左岸平洞及排水洞布置的石墨桿收斂計(jì)合計(jì)位移變化量在-1.54～1.82 mm之間；整體來看，左岸邊坡變形主要發(fā)生在邊坡開挖期，與蓄水過程無明顯相關(guān)性，目前邊坡總體穩(wěn)定。PD44平洞石墨桿收斂計(jì)位移歷時(shí)過程線見圖6。

圖6 PD44平洞深部測(cè)點(diǎn)位移歷時(shí)過程線Fig.6 Displacement of deep measure point at PD44 adit

4.4.3 谷幅觀測(cè)成果

谷幅觀測(cè)主要沿大壩上游至下游方向依次布置3條重要測(cè)線，即PDJ1～TPL19（1 917m高程，上游）、TP11～PD44（1 930 m高程，上游靠近壩肩）及PD42～PD21（1 930 m高程，下游）。圖7所示為3條測(cè)線的變化過程。以大壩下游側(cè)PD42～PD21谷幅線為例：第一階段蓄水始至2014年9月27日，跨江段變化量為-12.92 mm，呈收縮變形趨勢(shì)；第四階段蓄水始至2014年9月27日，跨江段變化量為-1.70mm，呈收縮變形趨勢(shì)。目前谷幅整體呈壓縮變形，變化趨勢(shì)與蓄水前基本一致，變形趨緩但尚未收斂。

4.5 近壩庫岸

錦屏一級(jí)近壩庫區(qū)分布有解放溝左岸、三灘右岸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)變形體及呷爬、水文站古滑坡體。在整個(gè)四階段蓄水過程中，呷爬、水文站滑坡體整體穩(wěn)定，只在前緣出現(xiàn)局部牽引式滑塌。解放溝變形體在前三階段蓄水過程中整體保持穩(wěn)定，但在第四階段蓄水過程中，臨近水面坡體出現(xiàn)變形；解放溝左岸邊坡表面橫河向變形歷時(shí)過程線見圖8。三灘右岸Ⅱ、Ⅲ號(hào)變形體從第一階段蓄水后至今，表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移在4.6～98.0 mm之間，垂直位移在40.2～167.5 mm之間。低高程部位測(cè)點(diǎn)變形明顯，高高程部位測(cè)點(diǎn)變化相對(duì)較??；三灘變形體存在整體下滑可能。三灘右岸變形體向河床方向位移歷時(shí)過程線見圖9。

5 結(jié)語

錦屏一級(jí)大壩第四階段蓄水至1 880 m期間及蓄水后，壩體徑向以向下游變形為主，切向變形方向基本為：偏左岸壩段指向左岸、偏右岸壩段指向右岸，量級(jí)較小。拱壩整體處于受壓狀態(tài)，應(yīng)力變化符合一般規(guī)律。壩后弦長(zhǎng)整體以微壓縮變形為主，壩體橫縫開合度基本無變化。蓄水前后滲流滲壓變化不大，揚(yáng)壓力分布符合一般規(guī)律，均小于設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。左岸邊坡變形規(guī)律與前期一致，深部變化不明顯，左岸邊坡整體穩(wěn)定。水位穩(wěn)定在1 880 m附近1個(gè)多月后，大壩及壩基時(shí)效變形微小，應(yīng)力應(yīng)變、滲流滲壓基本無變化。

圖7 谷幅變形過程線Fig.7 Variation of valley width

圖8 解放溝左岸邊坡表面變形歷時(shí)過程線Fig.8 Surface deformation of left slope of Jiefang gully

圖9 三灘右岸變形體向河床方向位移歷時(shí)過程線Fig.9 Displacement toward the river bed of deformation body at the right bank of Santan

左、右岸邊坡整體穩(wěn)定，但左岸1 915 m高程排水洞，1 930 m高程的PD42、PD44勘探平洞的石墨桿收斂計(jì)深部觀測(cè)及主要的幾條跨江谷幅測(cè)線尚未完全收斂，需要持續(xù)關(guān)注。

近壩庫岸三灘I號(hào)、II號(hào)、III號(hào)變形體蓄水過程變形加劇，已制定了應(yīng)急預(yù)案并開展了演練。呷爬、水文站、解放溝變形體整體穩(wěn)定，但臨水部位局部塌滑。庫區(qū)巡視未見影響大壩安全的大規(guī)模庫岸變形、失穩(wěn)現(xiàn)象，新增滑坡體采取搬遷措施后對(duì)水庫安全運(yùn)行影響不大。下階段水庫水位下降過程中將對(duì)庫岸變形體和滑坡體密切加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與巡視檢查，持續(xù)關(guān)注其進(jìn)一步發(fā)展變化趨勢(shì)，確保工程與沿岸居民的安全。

[1]王繼敏，段紹輝，鄭江.錦屏一級(jí)拱壩建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)問題[C].水庫大壩建設(shè)與管理中的技術(shù)進(jìn)展——中國(guó)大壩協(xié)會(huì)2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.鄭州：黃河水利出版社，2012.