蔡 明 光， 帥 永 建

(中國水利水電第七工程局有限公司 科研設(shè)計(jì)院，四川 成都 611730)

1 工程概述

蘇丹麥洛維大壩工程位于尼羅河中下游地區(qū)的蘇丹北部麥洛維市附近。該工程以發(fā)電為主，兼顧灌溉和防洪，總裝機(jī)容量為1 250 MW。麥洛維大壩工程由左岸建筑物、電站廠房和附屬建筑物、右岸建筑物組成，大壩總長9 789 m。左岸建筑物由土石壩、灌溉渠首工程、混凝土面板堆石壩組成；電站廠房和附屬建筑物由溢流壩段、非溢流壩段、電站廠房組成；右岸建筑物由粘土心墻壩、土石壩、灌溉渠首工程組成。

麥洛維水電站于2003年9月20日開工，2004年10月大江一期截流，2008年開始蓄水。水庫蓄水分兩期進(jìn)行，第一期從2008年4月15日～2008年7月15日，蓄水高程為259～270 m；第二期蓄水從2008年7月15日～2008年12月15日基本結(jié)束，蓄水高程為270～299.5 m。2009年3月底首臺(tái)機(jī)組發(fā)電。

2 正倒垂系統(tǒng)觀測的基本原理

大壩除了通過外部變形觀測進(jìn)行垂直位移和水平位移觀測，還需要進(jìn)行撓度觀測，而垂線就是進(jìn)行撓度觀測的、一種簡單有效的測量手段。一般而言，混凝土壩的水平位移是通過埋設(shè)在大壩基巖和壩體內(nèi)的倒垂系統(tǒng)和正垂系統(tǒng)進(jìn)行觀測。通常，正垂線主要是用來觀測壩體撓度的，倒垂線主要是用來觀測大壩基礎(chǔ)的位移。另外，倒垂系統(tǒng)也常作為正垂線或其他位移觀測方法的基準(zhǔn)。

將倒垂下端固定在基巖深處的孔底錨塊上，上段與浮筒相連，在浮力作用下，沿鉛直方向被拉緊并保持不動(dòng)。在各測點(diǎn)布置觀測墩，安放儀器進(jìn)行觀測，即可得各測點(diǎn)對于基巖深處的絕對撓度。倒垂線具有相當(dāng)高的精度且穩(wěn)固可靠。正垂線通過上部固定，下端掛有重錘，通過豎井直接垂到壩底的基點(diǎn)，其與倒垂配合使用，根據(jù)觀測要求，沿著垂線在不同高程及基點(diǎn)設(shè)置多處觀測段，利用固定在測墩上的坐標(biāo)儀測量各觀測點(diǎn)相對于此垂線的位移值。通過此方法對混凝土壩進(jìn)行撓度觀測。

3 蘇丹麥洛維大壩工程正倒垂系統(tǒng)的布置

在麥洛維水電站混凝土壩段裝有3套正倒垂系統(tǒng)，分別安裝在溢流壩段、非溢流壩段和廠房壩段，用來觀測各部位在不同高程上的水平變形。該套系統(tǒng)由德國拉美爾咨詢公司設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是在各個(gè)觀測點(diǎn)采用遙測垂線坐標(biāo)儀不間斷地連續(xù)測量，同時(shí)采用光學(xué)式垂線作為遙測垂線坐標(biāo)儀的校核手段，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。

在每個(gè)觀測斷面上，倒垂在238灌漿廊道觀測，同時(shí)正垂在238廊道和上層廊道進(jìn)行觀測。通過正垂在中間廊道的觀測數(shù)據(jù)分析判斷壩體的撓度變形，以此來判斷最大的撓度變形。麥洛維水電站具體的正倒垂系統(tǒng)布置情況見表1，混凝土壩變形方向規(guī)定見表2。

每套垂線系統(tǒng)均由倒垂錨固點(diǎn)、正倒垂系統(tǒng)觀測點(diǎn)、正垂固定點(diǎn)組成，布置方式大同小異，只是觀測點(diǎn)數(shù)量的變化。以非溢流壩段為例，其布置情況見圖1。

4 正倒垂測試成果分析

非溢流壩段的變形。

(1)大壩變形的影響因素。

影響大壩變形的環(huán)境量主要有：大壩上下游水位，壩址氣溫、庫水溫以及降雨量等。根據(jù)麥洛維水電站當(dāng)時(shí)的環(huán)境量監(jiān)測設(shè)備，對大壩蓄水期間的變形主要考慮大壩上下游水位影響。上下游水位實(shí)測過程線見圖2。

表1 垂線系統(tǒng)布置情況表

表2 混凝土壩變形方向規(guī)定表

圖1 非溢流壩段垂線系統(tǒng)布置圖

(2)非溢流壩段上下游方向的變形。

從2007年1月開始，在通過安裝的倒垂系統(tǒng)觀測非溢流壩段壩基的水平位移時(shí)發(fā)現(xiàn)：上下游方向，在水庫蓄水之前，只觀測到可以忽略不計(jì)的變形，截止系統(tǒng)安裝成功至2007年10月，觀測到壩體基礎(chǔ)只有0.2 mm的變形(朝下游方向)；水庫開始蓄水后，隨著水庫水位的上升，觀測到壩基持續(xù)向下游變形，截止到2009年4月底，其累計(jì)變形達(dá)到3.2 mm。具體變形情況見圖3。

非溢流壩段根據(jù)不同的施工階段安裝觀測系統(tǒng)，以滿足水庫蓄水觀測的需要，分別在高程238 m、260 m和272 m處安裝有觀測系統(tǒng)，其中在高程238 m處采用了遙測垂線坐標(biāo)儀和光學(xué)觀測兩種觀測手段，在高程260 m和高程272 m采用了人工觀測方法?，F(xiàn)就不同高程的觀測成果分別進(jìn)行分析如下。

圖2 麥洛維水電站蓄水期間大壩上下游水位實(shí)測過程線圖

高程238 m觀測廊道觀測成果：從高程238 m灌漿廊道觀測到的水平位移量是高程299.4 m相對于建筑物底部的位移量。2008年2月開始觀測，直到水庫蓄水之前，沒有觀測到明顯的向下游變形。水庫蓄水之后，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)持續(xù)不斷的變形，隨著水庫水位的上升，截止到2008年底，最大變形達(dá)到9.4 mm。2009年前3個(gè)月，基本沒有變形，2009年4月期間，只觀測到0.4 mm向上游的變形。直到2009年4月底，非溢流壩段頂部相對于底部的變形累計(jì)達(dá)到9.5 mm。結(jié)合考慮壩基的水平位移，非溢流壩段的變形在12 mm以內(nèi)。具體變形情況見圖4。

圖3 非溢流壩段倒垂觀測變形圖

圖4 非溢流壩段高程238 m觀測點(diǎn)正垂觀測變形圖

高程260 m廊道和高程272 m廊道觀測成果：觀測結(jié)果通常用來計(jì)算相對于建筑物底部的變形。水庫蓄水后，對各個(gè)高程觀測點(diǎn)開始進(jìn)行觀測。2008年8月之前沒有觀測，從2008年8月以后的觀測結(jié)果看，截止到2008年12月底，在高程260 m觀測點(diǎn)觀測到的向下游方向的最大位移為3 mm和在高程272 m觀測點(diǎn)觀測到的向下游方向的最大位移為4.6 mm。2009年1月至2009年3月期間，沒有產(chǎn)生位移。 2009年4月，兩個(gè)高程處的觀測結(jié)果表明：均向下游有0.4 mm的位移。從而可以估計(jì)，從水庫蓄水開始，在高程260 m觀測點(diǎn)觀測到的向下游方向的最大位移為6 mm和在高程272 m觀測點(diǎn)觀測到的向下游方向的最大位移為6.5 mm。2009年4月以后，隨著水庫再次蓄水，水位再次上升，建筑物向下游有明顯的變形增量。具體變形情況見圖5和圖6。

圖5 非溢流壩段高程260 m觀測點(diǎn)正垂觀測變形圖

圖6 非溢流壩段高程272 m觀測點(diǎn)正垂觀測變形圖

在外觀測量中，非溢流壩段的壩頂位移觀測從2009年1月開始，至2009年3月，壩頂朝下游方向的最大變形為3.4 mm。

以上觀測結(jié)果表明：非溢流壩段向下游方向的水平位移發(fā)生在水庫蓄水以后，基礎(chǔ)向下游方向的水平位移在預(yù)期設(shè)定值范圍之內(nèi)?？偟膩碚f，建筑物和基礎(chǔ)的變形基本正常，具體變形情況見圖7。

(3)非溢流壩段左右岸方向變形。

非溢流壩段的倒垂于2007年1月安裝。蓄水之前，截止到2008年2月底，觀測到壩基向左岸方向有0.8 mm的位移。2008年4月，其改變向右岸方向變形。2008年4月以后，從水庫蓄水開始，壩基向左岸方向存在連續(xù)的變形。2009年1月至6月仍然持續(xù)向左岸變形。具體變形情況見圖3。

圖7 非溢流壩段在2008年4月后觀測到的向下游方向的水平位移圖

我們對非溢流壩段的正垂線在3個(gè)不同的高程處進(jìn)行了觀測，現(xiàn)就不同高程的觀測成果分別進(jìn)行分析如下。

高程238 m觀測成果：觀測結(jié)果代表的即為高程299.4 m相對于建筑物底部在左右岸方向的變形。觀測從2008年2月開始，水庫蓄水之前沒有發(fā)現(xiàn)在左右岸方向的位移。2008年8月到2009年4月期間，隨著庫水位的上升，建筑物連續(xù)向左岸方向發(fā)生變形，變形量達(dá)41 mm。2009年5月還持續(xù)向左岸方向發(fā)生了0.5 mm的變形。具體變形情況見圖4。

高程260 m和高程272 m的觀測成果：觀測數(shù)據(jù)主要用來計(jì)算相應(yīng)高程相對于基礎(chǔ)的水平位移。兩處的觀測均在水庫蓄水以后開始(2008年8月開始)。因此，在2008年8月之前沒有相應(yīng)的觀測值。比較有代表性的是：對比同階段高程299.4 m的觀測結(jié)果，在高程260 m和高程272 m處的變形量于2008年9月已經(jīng)形成且分別達(dá)到了2.2 mm和3 mm。

以上觀測成果表明：建筑物和壩基在左右岸方向(壩軸線方向)的水平位移量均在預(yù)期的范圍內(nèi)，大壩運(yùn)行安全。

5 結(jié) 語

本工程采用RxTx 遙測垂線坐標(biāo)儀和手工觀測相結(jié)合，用來觀測微小的位移，特別適合應(yīng)用于水電站大壩的變形觀測，直觀清楚地表明大壩撓度變形。

通過對麥洛維水電站中安裝的正倒垂系統(tǒng)觀測各個(gè)壩段的變形量，結(jié)合其他儀器的觀測成果來判斷建筑物的工作性能，為水庫有序蓄水提供了充分、及時(shí)、有效的科學(xué)依據(jù)。

作者簡介:

蔡明光(1986-)，男，安徽淮北人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；帥永建(1973-)，男，四川溫江人，高級工程師，從事水電站大壩安全監(jiān)測技術(shù)與管理工作.