仙居县抽水蓄能电站地下厂房监测布置及成果分析

高小娅，董 坚，王 强，褚高强，聂洋波

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.台州市水利局，浙江 台州 318000；3.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；4.江西省水投疏浚有限公司，江西 南昌 330025）

1 问题的提出

仙居县抽水蓄能电站水利工程的安全施工过程需要进行监测，尤其是地下工程的开挖。本电站总装机容量1500 MW，为日调节纯抽水蓄能电站。电站主要建筑物包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等。输水系统、地下厂房布置于上下水库之间的山体内，地面开关站布置在厂房下游地面山坡上。地下厂房洞室群位于输水系统中部，由主副厂房洞、主变洞、母线洞、尾水事故闸门洞、出线斜井、通风兼安全洞及进厂交通洞等组成。地下厂房开挖中，会引起围岩应力应变，过大的变形对洞室稳定不利。为了了解施工期间及运行期的围岩的状态，根据需要布置监测仪器。在为施工及设计、运行提供数据的同时，也为类似抽水蓄能电站积累资料和经验。

2 工程概况

浙江省仙居县抽水蓄能电站位于仙居县湫山乡境内，为日调节纯抽水蓄能电站，安装4台375 MW立轴单级混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500 MW，年平均发电量为 25.125 亿 kW · h，年平均抽水电量 32.630 亿 kW · h。电站对外交通便利，距台州市、金华市分别为136，138 km。

电站主要建筑物包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等。本工程属Ⅰ等大（1）型工程。上水库大坝、输水系统、地下厂房、开关站、下库泄放洞等主要永久性建筑物按1级建筑物设计，次要永久性建筑物按3级建筑物设计。

3 地下厂房监测布置

3.1 围岩变形、支护应力监测

为监测高边墙大跨度的地下洞室的工作状态，在主厂房设3个主观测断面，1#机组中心线厂左0+000.00 m，厂右0+041.00 m，安装场厂右0+110.00 m，布置多点变位计、锚杆应力计。在主变洞设3个主观测断面，桩号同主厂房，布置多点变位计和锚杆应力计。在尾闸洞设2个主观测断面，布置在1#机组中心线厂左0+000.00 m，厂右0+041.00 m，布置锚杆应力计。在1#、3#母线洞厂下0+012.20 m和厂下0+047.50 m布置2个监测断面，布置锚杆应力计。

在主厂房每个主观测断面布置7套多点位移计，其中顶拱及左右拱肩共3套，左右边墙各2套。在安装场主观测断面布置3套多点位移计，其中顶拱及左右拱肩各1套。其中有条件从排水廊道中向主厂房预埋多点位移计的部位，在洞室开挖前钻孔埋设，以了解洞室开挖全过程围岩变形情况，在PS1 - 1、PS1 - 2和PS2 - 1上、中层排水廊道探洞共预埋8套多点变位计。

为了检验锚杆的应力情况，在主厂房观测断面布置8套锚杆应力计，其中顶拱及左右拱肩共3套，边墙5套，以量测锚杆的伸长量和张拉力，锚杆应力计均为2点式；安装场监测断面布置5套2点式锚杆应力计，其中顶拱及左右拱肩分别布置1套，上、下游边墙各1套。为了检验主厂房张拉锚索的受力情况，在主厂房厂左（右）0+000.00 m和厂右0+041.00 m断面的上下游边墙共布置4套锚索测力计。在主变洞厂左（右）0+000.00 m观测断面布置5套锚杆应力计，顶拱1套，上下游边墙各2套，厂右0+110.00 m布置3套锚杆应力计，顶拱及左右拱肩各1套。在尾闸洞厂左（右）0+000.00 m和厂右0+041.00 m各布置1个锚杆应力计观测断面，顶拱布置1套，左右边墙各2套。

另外，在主厂房下游边墙桩号厂右0+075.00 m处另外增设1组三点式锚杆应力计。

在1#、3#母线洞监测断面上在顶拱及两侧边墙上各布置1支2点式锚杆应力计。

3.2 外水压力监测

为了解排水孔及排水廊道的排水效果，掌握厂房附近岩体中外水压力变化情况，在地下厂房和主变洞的排水廊道中共布置测压管（内置渗压计）和量水堰。

在地下厂房上层排水廊道布置了11支测压管，在中层排水廊道布置6支测压管、2支渗压计，观测外水压力；在下层排水廊道集水井前布置2个量水堰，观测渗漏量。

3.3 岩壁吊车梁监测

岩壁吊车梁的观测项目包括：锚杆的应力和应变；围岩的应力和应变；岩壁吊车梁的应力和应变以及岩壁吊车梁与围岩之间可能出现的缝隙。主要是在厂左0+000.00 m，厂右0+052.00 m，厂右0+110.00 m布置锚杆应力计、测缝计、钢筋计、压应力计。

岩壁吊车梁共布置18套锚杆应力计、12支测缝计、24支钢筋计和12支压应力计。

3.4 尾水管监测

在厂房1#、3#尾水管各布置1个监测断面，在每个监测断面内布置钢筋计、钢管测缝计、五向应变计和无应力计，监测尾水管混凝土应力应变、混凝土中钢筋应力、尾水管与混凝土之间的缝隙变化情况。共布置钢筋计12支、钢管缝隙计4支、五向应变计4组，无应力计4支。

3.5 厂房蜗壳监测

在厂房1#、3#蜗壳分别布置3个、2个监测断面，在每个监测断面内布置钢筋计、钢管测缝计、五向应变计、无应力计和钢板应力计，监测蜗壳混凝土应力应变、混凝土中钢筋应力、蜗壳与混凝土之间的缝隙变化情况。共布置钢筋计23支、钢管缝隙计17支、五向应变计5组，无应力计5支，钢板应力计21支。

另外为满足蜗壳外包混凝土浇筑后内外温差不大于20 ℃的监控要求，每台机的蜗壳外包混凝土内部埋设10支温度计。

3.6 开关站边坡监测

为了监测500 kV开关站边坡开挖过程中的变形、支护受力及地下水位情况，在开关站边坡共布置多点变位计4套，锚杆应力计6组，锚索测力计4台，地下水位孔2个。另外，施工开挖时在开口线外侧锁口锚杆上增设了8支单点式锚杆应力计，为监测加强支护的结构受力情况，在桩号开左0+040.00 m，高程240.60 m增设1台锚索测力计。

3.7 监测系统实施情况

至2017年9月30日，地下厂房安全监测系统共安装测点传感器数量1109点（884套/支），其中传感器类型监测仪器损坏45支（套），非传感器类型监测仪器无损坏，传感器完好数量为1064点，监测仪器设备总体完好率95%。

4 地下厂房安全监测成果分析

4.1 围岩深部变形

从厂房多点位移计0+000.00 m特征值分布图（见图1）和典型测点过程线（见图2）可知，监测期间，厂房围岩深部位移测值介于- 4.33 ～ 20.07 mm，最大位移20.07 mm发生在Mcf - 0+000 - 7 - 1测点。目前厂房围岩深部位移测值介于- 1.13 ～ 20.04 mm，未见明显异常。

图1 厂房0+000.00 m断面多点位移计特征值分布图

图2 厂房多点位移计典型测点过程线图

4.2 支护锚杆应力

从厂房锚杆应力0+000.00 m特征值分布（见图3）和典型测点过程线（见图4）可以看出，监测期间，厂房锚杆应力介于 - 38.43 ～ 385.37 MPa，Rcf - 0+000 - 3 - 2测点于2013年6月13日达到318.00 MPa，超过仪器量程300.00 MPa，目前厂房锚杆应力测值介于 - 3.12 ～ 384.19 MPa，0+041.00 m断面3#测点超过仪器量程300.00 MPa后，补埋新测点Rcf 0+041 - 3x取代，目前各测点测值较稳定，未见异常变化。

图3 厂房0+000.00 m断面锚杆应力计特征值分布图

图4 厂房锚杆应力计典型测点过程线图

由此可见，主副厂房围岩深部位移测值介于- 4.33 ～20.07 mm，最大位移发生在Mcf - 0+000 - 7 - 1测点；锚杆应力介于- 38.43 ～ 385.37 MPa，最大值发生在Rcf-0+000 -3 - 2测点，目前厂房围岩变形和锚杆应力测值均较稳定，未见异常变化。

5 结 语

仙居县抽水蓄能电站安全监测系统监测项目全面，测点数量和仪器种类繁多。从监测成果看，安全监测系统总体工作正常，测值连续可靠，可作为评价工程安全性态的依据。通过对监测成果的分析总结，主要得出以下结论：

地下厂房洞室群监测部位各监测项目测值大多很小，仅有主副厂房、主变洞、蜗壳进口段局部测点测值较大。围岩变形较大值主要集中在厂房上游侧拱腰处及岩锚梁附近，其中最大变形值为20.07 mm。锚杆应力计大多呈受拉状态，小部分受压，较大应力值主要集中在岩锚梁附近。且变形和应力具有明显的关联性，当进行厂房下层开挖施工时，变形出现明显的上升趋势，当附近没有施工或施工影响较小时，变形处于平缓，说明变形和应力变化受开挖施工影响较显著。

综上可知，目前围岩变形相对稳定，地下系统整体稳定性相对较好。地下厂房总体上性态正常。