摘要：小山水电站为引水式发电厂房，调压井及两条引水洞从厂房后山坡穿过，投入运行发现厂房后山坡水位居高不下，长此以往势必影响厂房后山坡的稳定，危及生产运行人员的安全，运行期先后采取了相关措施对后山坡进行了处理，但效果不明显，本文通过对十多年的监测资料分析，进一步分析小山电站厂房后山坡高水位的成因论证其对稳定的影响，供同行在水工运行管理中参考借鉴。
工程概况
小山水电站位于吉林省抚松县第二松花江上游支流松江河上，为松江河梯级电站的第一级电站，电站总装机2*80MW。电站以发电为主，兼顾防洪作用。小山水电站为面板堆石坝，引水式厂房。正常蓄水位683.0m，死水位664.0m，有效库容0.53*108m3，水库总库容1.05*108m3，水轮机最大工作水头101m，设计水头85m。引水系统由进水口、引水隧洞、调压井、压力管道组成。引水洞总长1245.63m，钢筋混凝土圆形断面，内直径8.1m。调压井为阻抗式，内径21m，内设二道快速闸门。由井内分岔至两条压力管道。压力管道分为上平段、斜管段、下平段三部分。上平段、斜管段均为钢筋混凝土衬砌，内径为5.7m，衬砌厚度0.6m。下平段全长128.93m，采用钢筋混凝土和钢板衬砌两种结构形式，其中钢板衬砌段长128.93m。
厂房后山坡――即两条压力管道上覆盖的岩体为上层玄武岩，下层为弱风化的安山岩，不整合面接触带为厚0.4m左右的碎石壤土层。不整合面顺后山坡走向NW325。～320。，调压井上部出露高程在655m左右，下部出露高程在595m左右，高于厂房后室外地面近5m。正是由于这个不利不整合面的存在提出了后山坡稳定问题。
二、厂房后山坡监测系统布置
为观测厂房后山坡地下水位情况及变形情况，在整个后山坡设置了9个外水压力观测管，观测管分内外管，内管测量下层安山岩水位的变化情况。 外管测量不整合面上部玄武岩的水位情况。后山坡的马道上设观测墩，与附近基点形成厂房后山坡的外部变形观测系统。在调压井后设置了排水廊道，用以降低厂房后坡的地下水位，同时可以在廊道内进行排水量的观测，也作为稳定分析的依据。由专人负责对观测管、观测墩和排水廊道进行定期观测。
三、房后山坡稳定分析
（1）从厂房后山坡水位相关性的观测资料分析厂房后山坡的稳定性
1998年10月份，开始对厂房后山坡地下水进行监测。根据1998年至2010年观测记录分析，可明显确定K02、K03、K04、K07、K08、K10六个测管的水位与库水位、引水系统水体特征有明显相关性，而且早期相关性明显于近期的相关性。
对K02管的分析：从库水位―K02管水位过程线（见附图）看，内管、外管水位变化趋势非常接近，说明K02管内、外管已经连通。从1998年11月开始观测至2010年7 月，管内水位与库水位相关性不大。随着三次检修（2000年3月、2000年10 月、2001年3月）库水位的降低，管水位也有所下降，但下降幅度不大，约2米，时间滞后1个月。
对K03管的分析：从库水位―K03管水位过程线（见附图）看，外管水位与库水位没有相关性。内管水位在初期的1998年11月至2010年4月与库水位正相关，滞后时间从半个月至2个月，2001年6月以后没有相关性，说明后期渗漏有所减少。第一次库水位降低（1#机检修），管内水位下降约4米，时间滞后1个月，第三次库水位降低（2#机检修），管内水位下降约8米，说明K03管内管水位受2#压管道影响较大。
对K04管的分析：从库水位―K04管水位过程线（见附图）看（外管没有观测，堵管），1998年10月至1999年8月内管水位与库水位正相关，以后相关性较差。
对K07管的分析：从库水位―K07管水位过程线（见附图）看，外管水位与库水位没有相关性，内管水位在1999年4月前有相关性，以后没有相关性。第一次库水位降低（1#机检修），内管水位下降约10米，时间滞后2个月，第三次库水位降低（2#机检修），内管水位下降约30米，说明K07内管水位受2号压力管道影响非常大。
对K08管的分析：从库水位―K08管水位过程线（见附图）看，外管水位较平稳，不受库水位影响。内管水位只在第一次库水位下降时（1#机检修）有所下降，说明K08管只受1号压力管道影响。
对K10管的分析：从库水位―K10管水位过程线（见附图）看，外管水位非常平顺，不受库水位影响。内管水位在1999年8月份以前与库水位正相关，后期影响较小。第一次（1#机检修）和第三次（2#机检修）库水位下降，内管水位下降时间滞后约3个月，但第一次内管水位降低约40米，第三次降低约20米，说明K10内管水位受1#、2#压力管道的影响，1#压力管道的影响偏大。
从上述六个测管的水位突变时间于2000年10~11月份、2001年2~4月份的三次压力管道放空检查的时间吻合这一情况来看，证明观测数据是基本可靠的，仔细研究发现，上述六个测管的观测水位数据中内管(测量下层安山岩水位)水位变化与库区水位的相关性明显大于外管(测量不整合面上部玄武岩水位)于库水位的相关性。分析认为下层安山岩埋深较大，出露较少，受外界影响较少，所以内管水位比较能反映压力管道的渗水压力和渗水情况，而外管水位由于易受降水、泉水的影响，变化规律将偏离库水位变化规律，不具备有较大的分析价值。通过K03、K07、K08在放空过程中与引水系统运行过程中内、外管水位线的多次交叉来分析，此三点的不整合面夹层的透水能力差，形成上下岩体水位差的存在。
从库区水位与测管水位过程线的总体趋势来看，2002年后山坡内管水位较98~99年观测值平均降4~6米，产生这种情况的原因有以下几种可能：1通过处理和渗漏携带的颗粒物的弥合作用，减小了渗漏面积；2厂房后山坡岩体的渗透率发生了变化，渗透系数加大，使地下水流失速度加快，造成地下水位降低。但后一种变化趋势是对厂房后山坡的稳定是不利的。
但有一个观测点K07的内外观管的水位差正在呈现明显的变小的趋势。说明此处的地质特性变化强于其他个点，不整合面的透水率正在变大。最说明问题的是2001年4月份压力管道充水后，内管水位迅速达到最高水位，这之后到现在的两年多的时间里，内管水位变化明显与库水位变化背离，呈现下降趋势，而外管水位基本未发生多大变化。从《小山电站厂房后山坡稳定性复核报告》进行比较，K07点基本位于岩体滑动的后缘拉裂面积区，这一点的内外管水位变化必须引起高度重视。如果K10、K04点都出现这种变化，说明厂房后山坡岩体应力分布已经发生变化，那么情况就更严重了。
以上观测资料分析说明小山电站厂房后山坡的地下水位主要是受引水系统的渗漏影响，特别是调压井及调压井下游段的渗漏是抬高小山厂房后山坡水位的主要因素。
（2）从对引水系统的历次检查情况分析厂房后山坡稳定性
小山电站于1997年底两台机组正式并网发电，在其后的运行期间内，曾进行放空检查和维修。小山电站自1997年12月11日开始限制在低于670.84m高程充水投运后，发现厂房后山坡排水管淌水，副厂房地下部分上游墙有大量渗水。
1998年5月24至6月12日，对引水系统进行放空检查，还采用了地质雷达进行混凝土和围岩的接触情况测定。发现引水洞多数洞段混凝土表面发生磨损，露出粗砂和小石子，局部洞段混凝土保护层大块剥落，同时有钢筋出露。存在多处漏水、射水及渗水点。部分施工缝有钙质析出。地质雷达检测显示，引水洞和压力管道的洞顶存在不同程度的空洞。
2000年6月15日，利用1号机组大修，对1号压力管道进行了检查，发现漏水量约有60L/S（合0.06m3/s），漏水来自快速门、通气孔和混凝土管道三方面，而且主要是前两项，约占总量的90%左右。2001年初曾做过2号压力管道放空试验，据运行发电部门统计，2号压力管道放空后，漏水充满时间约15分钟，则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
由此可见，2号压力管道比1号压力管道的漏水量要大得多。1号压力管道放空检查期间，厂房后山坡地下水位消落很快，而且厂房上游墙的渗水基本消失。因此可以分析，厂房及其后山坡的渗水主要来源于1号压力管道，而2号压力管道的漏水外渗量不多，也就是说，可能2号压力管道的漏水量中快速门或其后部混凝土占很大比例。根据厂发电调度安排，2000年9月15日至10月15日为引水系统放空、检查、处理阶段，在此期间将进行了引水系统的检修和引水洞雷达检测结果的抽查，主要是2号压力管道的处理，保证不能有较大的漏水。这一系列的检查也表明引水系统的渗漏比较严重。
压力管道水流流速大，流态复杂，衬砌表面的蜂窝、麻面将增加水流的紊动，从而加快了压力管道的进一步磨损。最终可能造成混凝土衬砌块状剥落或整体剥落，同时易使钢筋锈蚀。隧洞表面的凹凸不平将增大糙率，增加水头损失，降低发电水头。如不处理必将使缺陷进一步扩大，从而使衬砌结构发生破坏，加大渗漏量，就会形成恶性循环，抬高厂房后山坡的地下水位。地下水位的抬高，使厂房后山坡玄武岩和安山岩之间存在的顺山坡走向的不整合接触带的碎石壤土夹层处在地下水中，厂房开挖后山坡形成凌空面，山坡存在向厂房方向滑坡的趋势。地下水位长期居高不下，超出不整合面高程，使不整合面长期在地下水作用下，特性发生变化，可能形成滑动面，造成边坡失稳。对后山坡的稳定威胁很大。
同时由于调压井内通气孔和压力管道的钢筋混凝土衬砌段的内水外渗，使电站运行时的地下水位处于较高水位，根据水位观测孔观测资料，压力管道钢板衬砌段实际作用的外水头远大于设计采用的外水压力水头，因此如遇意外事故调压井内闸门紧急关闭，压力管道段的地下水不能在短时间内排出时，压力管道钢衬砌段将因无法承受巨大的外水压力而发生失稳变形破坏。
结束语：通过厂房后山坡变形监测资料分析，后山坡岩体现在没有非常明显的变形趋势，近期不会出现危险，但个别观测点的水位变化已经与库水位变化明显背离，说明后山坡的岩体特性已经发生变化，这与东堪院进行稳定复核时的条件已经不同，稳定复核时的结论已经不适合现在的情况。所以压力管道的漏水是引起小山电站的厂房后山坡水位过高的原因。
