摘要：小山水電站為引水式發(fā)電廠房，調(diào)壓井及兩條引水洞從廠房后山坡穿過，投入運行發(fā)現(xiàn)廠房后山坡水位居高不下，長此以往勢必影響廠房后山坡的穩(wěn)定，危及生產(chǎn)運行人員的安全，運行期先后采取了相關措施對后山坡進行了處理，但效果不明顯，本文通過對十多年的監(jiān)測資料分析，進一步分析小山電站廠房后山坡高水位的成因論證其對穩(wěn)定的影響，供同行在水工運行管理中參考借鑒。
工程概況
小山水電站位于吉林省撫松縣第二松花江上游支流松江河上，為松江河梯級電站的第一級電站，電站總裝機2*80MW。電站以發(fā)電為主，兼顧防洪作用。小山水電站為面板堆石壩，引水式廠房。正常蓄水位683.0m，死水位664.0m，有效庫容0.53*108m3，水庫總庫容1.05*108m3，水輪機最大工作水頭101m，設計水頭85m。引水系統(tǒng)由進水口、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道組成。引水洞總長1245.63m，鋼筋混凝土圓形斷面，內(nèi)直徑8.1m。調(diào)壓井為阻抗式，內(nèi)徑21m，內(nèi)設二道快速閘門。由井內(nèi)分岔至兩條壓力管道。壓力管道分為上平段、斜管段、下平段三部分。上平段、斜管段均為鋼筋混凝土襯砌，內(nèi)徑為5.7m，襯砌厚度0.6m。下平段全長128.93m，采用鋼筋混凝土和鋼板襯砌兩種結構形式，其中鋼板襯砌段長128.93m。
廠房后山坡――即兩條壓力管道上覆蓋的巖體為上層玄武巖，下層為弱風化的安山巖，不整合面接觸帶為厚0.4m左右的碎石壤土層。不整合面順后山坡走向NW325。～320。，調(diào)壓井上部出露高程在655m左右，下部出露高程在595m左右，高于廠房后室外地面近5m。正是由于這個不利不整合面的存在提出了后山坡穩(wěn)定問題。
二、廠房后山坡監(jiān)測系統(tǒng)布置
為觀測廠房后山坡地下水位情況及變形情況，在整個后山坡設置了9個外水壓力觀測管，觀測管分內(nèi)外管，內(nèi)管測量下層安山巖水位的變化情況。 外管測量不整合面上部玄武巖的水位情況。后山坡的馬道上設觀測墩，與附近基點形成廠房后山坡的外部變形觀測系統(tǒng)。在調(diào)壓井后設置了排水廊道，用以降低廠房后坡的地下水位，同時可以在廊道內(nèi)進行排水量的觀測，也作為穩(wěn)定分析的依據(jù)。由專人負責對觀測管、觀測墩和排水廊道進行定期觀測。
三、房后山坡穩(wěn)定分析
�。�1）從廠房后山坡水位相關性的觀測資料分析廠房后山坡的穩(wěn)定性
1998年10月份，開始對廠房后山坡地下水進行監(jiān)測。根據(jù)1998年至2010年觀測記錄分析，可明顯確定K02、K03、K04、K07、K08、K10六個測管的水位與庫水位、引水系統(tǒng)水體特征有明顯相關性，而且早期相關性明顯于近期的相關性。
對K02管的分析：從庫水位―K02管水位過程線（見附圖）看，內(nèi)管、外管水位變化趨勢非常接近，說明K02管內(nèi)、外管已經(jīng)連通。從1998年11月開始觀測至2010年7 月，管內(nèi)水位與庫水位相關性不大。隨著三次檢修（2000年3月、2000年10 月、2001年3月）庫水位的降低，管水位也有所下降，但下降幅度不大，約2米，時間滯后1個月。
對K03管的分析：從庫水位―K03管水位過程線（見附圖）看，外管水位與庫水位沒有相關性。內(nèi)管水位在初期的1998年11月至2010年4月與庫水位正相關，滯后時間從半個月至2個月，2001年6月以后沒有相關性，說明后期滲漏有所減少。第一次庫水位降低（1#機檢修），管內(nèi)水位下降約4米，時間滯后1個月，第三次庫水位降低（2#機檢修），管內(nèi)水位下降約8米，說明K03管內(nèi)管水位受2#壓管道影響較大。
對K04管的分析：從庫水位―K04管水位過程線（見附圖）看（外管沒有觀測，堵管），1998年10月至1999年8月內(nèi)管水位與庫水位正相關，以后相關性較差。
對K07管的分析：從庫水位―K07管水位過程線（見附圖）看，外管水位與庫水位沒有相關性，內(nèi)管水位在1999年4月前有相關性，以后沒有相關性。第一次庫水位降低（1#機檢修），內(nèi)管水位下降約10米，時間滯后2個月，第三次庫水位降低（2#機檢修），內(nèi)管水位下降約30米，說明K07內(nèi)管水位受2號壓力管道影響非常大。
對K08管的分析：從庫水位―K08管水位過程線（見附圖）看，外管水位較平穩(wěn)，不受庫水位影響。內(nèi)管水位只在第一次庫水位下降時（1#機檢修）有所下降，說明K08管只受1號壓力管道影響。
對K10管的分析：從庫水位―K10管水位過程線（見附圖）看，外管水位非常平順，不受庫水位影響。內(nèi)管水位在1999年8月份以前與庫水位正相關，后期影響較小。第一次（1#機檢修）和第三次（2#機檢修）庫水位下降，內(nèi)管水位下降時間滯后約3個月，但第一次內(nèi)管水位降低約40米，第三次降低約20米，說明K10內(nèi)管水位受1#、2#壓力管道的影響，1#壓力管道的影響偏大。
從上述六個測管的水位突變時間于2000年10~11月份、2001年2~4月份的三次壓力管道放空檢查的時間吻合這一情況來看，證明觀測數(shù)據(jù)是基本可靠的，仔細研究發(fā)現(xiàn)，上述六個測管的觀測水位數(shù)據(jù)中內(nèi)管(測量下層安山巖水位)水位變化與庫區(qū)水位的相關性明顯大于外管(測量不整合面上部玄武巖水位)于庫水位的相關性。分析認為下層安山巖埋深較大，出露較少，受外界影響較少，所以內(nèi)管水位比較能反映壓力管道的滲水壓力和滲水情況，而外管水位由于易受降水、泉水的影響，變化規(guī)律將偏離庫水位變化規(guī)律，不具備有較大的分析價值。通過K03、K07、K08在放空過程中與引水系統(tǒng)運行過程中內(nèi)、外管水位線的多次交叉來分析，此三點的不整合面夾層的透水能力差，形成上下巖體水位差的存在。
從庫區(qū)水位與測管水位過程線的總體趨勢來看，2002年后山坡內(nèi)管水位較98~99年觀測值平均降4~6米，產(chǎn)生這種情況的原因有以下幾種可能：1通過處理和滲漏攜帶的顆粒物的彌合作用，減小了滲漏面積；2廠房后山坡巖體的滲透率發(fā)生了變化，滲透系數(shù)加大，使地下水流失速度加快，造成地下水位降低。但后一種變化趨勢是對廠房后山坡的穩(wěn)定是不利的。
但有一個觀測點K07的內(nèi)外觀管的水位差正在呈現(xiàn)明顯的變小的趨勢。說明此處的地質特性變化強于其他個點，不整合面的透水率正在變大。最說明問題的是2001年4月份壓力管道充水后，內(nèi)管水位迅速達到最高水位，這之后到現(xiàn)在的兩年多的時間里，內(nèi)管水位變化明顯與庫水位變化背離，呈現(xiàn)下降趨勢，而外管水位基本未發(fā)生多大變化。從《小山電站廠房后山坡穩(wěn)定性復核報告》進行比較，K07點基本位于巖體滑動的后緣拉裂面積區(qū)，這一點的內(nèi)外管水位變化必須引起高度重視。如果K10、K04點都出現(xiàn)這種變化，說明廠房后山坡巖體應力分布已經(jīng)發(fā)生變化，那么情況就更嚴重了。
以上觀測資料分析說明小山電站廠房后山坡的地下水位主要是受引水系統(tǒng)的滲漏影響，特別是調(diào)壓井及調(diào)壓井下游段的滲漏是抬高小山廠房后山坡水位的主要因素。
�。�2）從對引水系統(tǒng)的歷次檢查情況分析廠房后山坡穩(wěn)定性
小山電站于1997年底兩臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電，在其后的運行期間內(nèi)，曾進行放空檢查和維修。小山電站自1997年12月11日開始限制在低于670.84m高程充水投運后，發(fā)現(xiàn)廠房后山坡排水管淌水，副廠房地下部分上游墻有大量滲水。
1998年5月24至6月12日，對引水系統(tǒng)進行放空檢查，還采用了地質雷達進行混凝土和圍巖的接觸情況測定。發(fā)現(xiàn)引水洞多數(shù)洞段混凝土表面發(fā)生磨損，露出粗砂和小石子，局部洞段混凝土保護層大塊剝落，同時有鋼筋出露。存在多處漏水、射水及滲水點。部分施工縫有鈣質析出。地質雷達檢測顯示，引水洞和壓力管道的洞頂存在不同程度的空洞。
2000年6月15日，利用1號機組大修，對1號壓力管道進行了檢查，發(fā)現(xiàn)漏水量約有60L/S（合0.06m3/s），漏水來自快速門、通氣孔和混凝土管道三方面，而且主要是前兩項，約占總量的90%左右。2001年初曾做過2號壓力管道放空試驗，據(jù)運行發(fā)電部門統(tǒng)計，2號壓力管道放空后，漏水充滿時間約15分鐘，則漏水量可由下式得到：
Q=V/T=πr2L/T=3.14×2.852×(212.17-15.2)/15×60=5.58m3/s
由此可見，2號壓力管道比1號壓力管道的漏水量要大得多。1號壓力管道放空檢查期間，廠房后山坡地下水位消落很快，而且廠房上游墻的滲水基本消失。因此可以分析，廠房及其后山坡的滲水主要來源于1號壓力管道，而2號壓力管道的漏水外滲量不多，也就是說，可能2號壓力管道的漏水量中快速門或其后部混凝土占很大比例。根據(jù)廠發(fā)電調(diào)度安排，2000年9月15日至10月15日為引水系統(tǒng)放空、檢查、處理階段，在此期間將進行了引水系統(tǒng)的檢修和引水洞雷達檢測結果的抽查，主要是2號壓力管道的處理，保證不能有較大的漏水。這一系列的檢查也表明引水系統(tǒng)的滲漏比較嚴重。
壓力管道水流流速大，流態(tài)復雜，襯砌表面的蜂窩、麻面將增加水流的紊動，從而加快了壓力管道的進一步磨損。最終可能造成混凝土襯砌塊狀剝落或整體剝落，同時易使鋼筋銹蝕。隧洞表面的凹凸不平將增大糙率，增加水頭損失，降低發(fā)電水頭。如不處理必將使缺陷進一步擴大，從而使襯砌結構發(fā)生破壞，加大滲漏量，就會形成惡性循環(huán)，抬高廠房后山坡的地下水位。地下水位的抬高，使廠房后山坡玄武巖和安山巖之間存在的順山坡走向的不整合接觸帶的碎石壤土夾層處在地下水中，廠房開挖后山坡形成凌空面，山坡存在向廠房方向滑坡的趨勢。地下水位長期居高不下，超出不整合面高程，使不整合面長期在地下水作用下，特性發(fā)生變化，可能形成滑動面，造成邊坡失穩(wěn)。對后山坡的穩(wěn)定威脅很大。
同時由于調(diào)壓井內(nèi)通氣孔和壓力管道的鋼筋混凝土襯砌段的內(nèi)水外滲，使電站運行時的地下水位處于較高水位，根據(jù)水位觀測孔觀測資料，壓力管道鋼板襯砌段實際作用的外水頭遠大于設計采用的外水壓力水頭，因此如遇意外事故調(diào)壓井內(nèi)閘門緊急關閉，壓力管道段的地下水不能在短時間內(nèi)排出時，壓力管道鋼襯砌段將因無法承受巨大的外水壓力而發(fā)生失穩(wěn)變形破壞。
結束語：通過廠房后山坡變形監(jiān)測資料分析，后山坡巖體現(xiàn)在沒有非常明顯的變形趨勢，近期不會出現(xiàn)危險，但個別觀測點的水位變化已經(jīng)與庫水位變化明顯背離，說明后山坡的巖體特性已經(jīng)發(fā)生變化，這與東堪院進行穩(wěn)定復核時的條件已經(jīng)不同，穩(wěn)定復核時的結論已經(jīng)不適合現(xiàn)在的情況。所以壓力管道的漏水是引起小山電站的廠房后山坡水位過高的原因。
