丰满大坝重建工程泄洪兼导流洞渗透压力监测资料分析

李作光

（丰满发电厂，吉林 吉林，132108）

1 工程概况

丰满大坝全面治理（重建）工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、生态环境保护、水产养殖和旅游等综合利用，供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。水库正常蓄水位263.50 m，汛限水位260.50 m，死水位242.00 m，校核洪水位268.50 m，水库总库容103.77亿m3。

枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统和原三期电站组成。新建大坝坝轴线位于原丰满大坝坝轴线下游120 m。泄洪兼导流洞布置在大坝左岸，结合其结构及工程地质条件，设置监测项目主要有进、出口边坡监测、围岩内部变形及支护结构锚杆应力监测、钢筋应力、接缝开度、外水压力监测、出口工作闸门预应力闸墩监测、出口边坡内水外渗影响监测等。笔者对新坝施工期泄洪兼导流洞渗透压力监测项目进行了资料分析。

2 泄洪兼导流洞渗透压力监测资料分析

2.1 外水压力监测

外水压力监测主要监测隧洞在充水及放空状态时，混凝土衬砌内外的水压力情况，进而判断混凝土衬砌结构的工作状态。3个监测断面的监测仪器布置形式相同，共计安装渗压计6支。

（1）数据检查：渗压计始测于2014年5月22日～8月10日，初期测量频次较密，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。渗压计测量精度较高，为±0.35 kPa，测值可靠，仅有少量粗差数据，已对粗差数据进行删除处理，数据满足规范要求。

（2）定性与定量分析：由图1可见，渗压计测值在隧洞充放水时均有明显的变化，3个断面的渗压计测值变化规律一致，表明渗压计可以准确反映外水压力的变化情况。充水后最大测值达395.73 kPa（2BP2，发生日期2017年5月16日）。渗压计变化幅度在202.70～396.07 kPa之间。1-1断面最大测值271.53 kPa（1BP1，发生日期2016年6月25日），小于设计安全限值（洞顶以上水头65 m）；2-2断面最大测值395.73 kPa（2BP2，发生日期2017年5月16日），小于设计安全限值（洞顶以上水头56 m）；3-3断面最大测值326.12 kPa（3BP1，发生日期2016年5月24日），小于设计安全限值（洞顶以上水头47 m）。放空后渗压计测值很快减小，恢复至正常状态，未出现衬砌外水压力继续保持在高位的现象，避免了内外水头差过大对衬砌结构造成影响。

图1 泄洪兼导流洞渗压计特征值分布图Fig.1 Distribution of eigenvalues of seepage pressure of spill⁃way used as diversion tunnel

图2 典型渗压计（2BP2）测值过程线Fig.2 Process curve of measured values by typical osmometer

2.2 泄洪兼导流洞出口边坡内水外渗影响监测

2.2.1 山体上抬变形监测

导流洞下游段临江侧山体覆盖单薄，若出现内水外渗，将对山体和边坡稳定造成一定影响。在泄洪兼导流洞桩号0+797.12 m和0+838.22 m各布置1套多点位移计（3点，垂直布置），布置图见图3，多点位移计编号为BM4-1～BM4-3、BM5-1～BM5-3。

（1）数据检查：多点位移计始测于2015年4月16日，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.1 mm，经数据检查，测量精度较高，测值可靠，仅有少量粗差数据，已对粗差数据进行删除处理，数据满足规范要求。其中，BM4-1已于2016年10月29日损坏停测，BM4-3已于2015年8月22日损坏停测。

（2）定性与定量分析：由图4可见，山体不同深度土体均发生拉伸变形，表明受内水外渗影响，山体发生了不同程度的上抬变形。位于0+797.12 m的多点位移计BM4测值较小，历史最大测值0.56 mm（BM4-1，2016年2月7日），目前在测的BM4-2测值稳定，未见趋势性发展。位于0+838.22 m的多点位移计BM5最大测值0.92（BM5-2，2018年6月18日）～1.65 mm（BM5-3，2018年8月19日），充水时表现为整体轻微继续上抬的趋势性发展迹象。监测成果表明，内水外渗对山体和边坡稳定造成的影响总体较小，山体有一定的上抬变形趋势，但目前仍处于较稳定状态，后期需要持续关注。

图3 泄洪兼导流洞出口山体BM4、BM5多点位移计及地下水位BUP1、BUP2布置图Fig.3 Layout of multipoint extensometers(BM4 and BM5)and monitoring holes for groundwater level(BUP 1 and BUP2)in the moun⁃tain at the outlet of spillway used as diversion tunnel

2.2.2 地下水位监测

为了监测泄洪兼导流洞出口山体地下水位的变化情况，在泄洪兼导流洞桩号0+797.12 m和0+832.12 m各布置1个地下水位孔，内部安装渗压计，编号分别为BUP1和BUP2。BUP1渗压计埋设高程为214.5 m，BUP2渗压计埋设高程为208.7 m。

（1）数据检查：地下水位孔始测于2015年6月18日和2015年7月3日，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.35 kPa，经数据检查，测量精度较高，测值可靠，数据满足规范要求。

（2）定性与定量分析：同时绘制泄洪洞内渗压计与出口边坡地下水位孔测值过程线，见图4。BUP2最大测值144.7 kPa（水头约14.7 m，发生在2017年8月1日），最高地下水位约220.6 m；BUP1最大测值67.04 kPa（水头约6.7 m，发生在2017年5月30日），最高地下水位约220.7 m。地下水位最高值均小于设计值240 m。由图5可见，两地下水位孔测值变化规律一致，且泄洪洞内渗压变化规律基本一致，表明导流洞存在内水外渗情况。渗压变幅为92.63～151.30 kPa（水头约9.2～15.1 m），小于导流洞监测断面渗压计测值变幅202.70～396.07 kPa，且地下水位变化略滞后于闸室底板和隧洞监测断面的渗压变化。此外，渗透压力在充水时迅速增加，排空时迅速减小，排水结束后渗透压力基本恢复至充水前水平，未出现地下水位继续保持在高位的现象，避免了内外水头差过大对衬砌结构所造成的影响。

图4 典型山体多点位移计测值过程线Fig.4 Process curve of measured values by multipoint exten⁃someters in typical mountain

2.3 泄洪兼导流洞出口闸室扬压力监测

为监测泄洪兼导流洞出口闸室底板扬压力的变化情况，在闸室底板布置6支渗压计进行观测。渗压计编号为BP4-1、BP4-2、BP5-1、BP5-2、BP6-1、BP6-2，布置图见图6。

图5 泄洪兼导流洞内渗压计与出口边坡水位孔测值过程线Fig.5 Process curves of measured values of the seepage pres⁃sure of the spillway used as diversion tunnel and the ground⁃water level at the slope

图6 泄洪兼导流洞出口闸室扬压力监测渗压计布置图Fig.6 Layout of osmometers for the uplift pressure monitoring of the chamber at the outlet of spillway used as diversion tunnel

（1）数据检查：渗压计始测于2014年8月12日，目前每月测量3～4次，满足设计要求的测量频次。仪器精度为±0.7 kPa，经数据检查，测量精度较高，测值可靠，数据满足规范要求。

（2）定性与定量分析：由图7可见，渗压变化幅度为67.09～122.43 kPa。0+849.32 m处最大测值为122.1 kPa（BP4-1，发生在2017年8月1日），小于设计指标782 kPa；0+862.98 m处最大测值为89.18 kPa（BP5-2，发生在2017年5月11日），小于设计指标435 kPa；0+875.77 m处最大测值为82.4 kPa（BP6-1,发生在2017年5月11日），小于设计指标358 kPa。监测数据表明，闸室底板6支渗压计测值变化规律一致，能够真实地反映导流洞充放水期间闸室底板渗压变化情况。渗透压力在充水时迅速增加，排空时迅速减小，且排水结束后渗透压力基本恢复至充水前水平。导流洞充放水试验中，出口闸室扬压力与隧洞监测断面渗压计以及地下水位孔测值变化规律基本相同。闸室渗压计典型测点测值过程线如图8所示。

图7 泄洪兼导流洞闸室渗压计特征值分布图Fig.7 Distribution of eigenvalues of seepage pressure in the chamber of spillway used as diversion tunnel

图8 闸室渗压计典型测点（BP4-1）测值过程线Fig.8 Process curve of measured values by tipical osmometer in chamber

3 结语

（1）外水压力监测成果表明，渗压计在充水后最大测值达395.73 kPa，变幅为202.70～396.07 kPa，各断面渗压计最大测值均小于设计安全限值。放空后渗压计测值很快减小，恢复至正常状态，未出现衬砌外水压力长期保持在高位的现象。

（2）泄洪兼导流洞出口山体地下水位监测成果表明，地下水位孔最高水位为220.7 m，充放水期间水头变幅约为9.2～15.1 m，地下水位测值小于设计值240 m。地下水位孔的渗压变化规律与隧洞监测断面渗压变化规律基本一致，在导流洞放水期间地下水位迅速降低，未出现继续保持在高位的现象，避免了内外水头差过大对衬砌结构所造成的影响。闸室底板渗压计在充放水期间的渗压变化幅度为67.09～122.43 kPa（水头约6.7～12.2 m），最大测值为122.1 kPa，小于设计指标。监测数据表明，泄洪兼导流洞存在内水外渗现象，但测值均处于设计控制范围之内。

（3）山体上抬变形监测成果表明，内水外渗对山体和边坡稳定造成的影响较小，山体有一定的上抬变形趋势，但目前仍处于较稳定状态，后期需要持续关注。

（4）出口闸室扬压力监测数据表明，闸室底板6支渗压计的测值变化规律一致，能够真实地反映导流洞充放水期间闸室底板渗压变化情况。渗透压力在充水时迅速增加，排空时迅速减小，且排水结束后基本恢复至充水前水平。导流洞充放水试验中，出口闸室扬压力与隧洞监测断面渗压计以及地下水位孔测值变化规律基本相同。