溫卉周斌

（廣東省汕尾市水利水電規(guī)劃設(shè)計院 廣東 汕尾 516600）

1 工程概況

高店水庫位于江西省鉛山縣武夷山鎮(zhèn)的信江二級支流石塘水上，是一座具有防洪、發(fā)電、灌溉、供水以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程，樞紐建筑物由大壩、發(fā)電引水隧洞、廠房及升壓站等組成。

高店拱壩為壩體自防滲統(tǒng)一二次曲線變厚砌石雙曲薄拱壩，最大設(shè)計壩高為81.5m，壩頂高程為388.5m，河床段建基面高程為307m。高店拱壩上、下游壩面為M12.5水泥砂漿砌砼預(yù)制塊，拱腹為C15細(xì)石砼砌塊石，底部為C15或C20砼墊層。壩基上游設(shè)置一道防滲帷幕，下游設(shè)置1排排水孔，壩身設(shè)置了2.6m×3.5m（寬×高）的城門洞型廊道。壩頂河床段設(shè)3孔單孔凈寬10m的表孔式溢洪道，采用6.5m高的露頂式弧形閘門控制、頂高程為380.0m的WES堰泄洪，出口采用差動式挑流鼻坎挑流消能。大壩右岸設(shè)有總長30m的重力墩。大壩下部河床段左側(cè)設(shè)孔徑為1.0m的放空孔，出口設(shè)錐閥控制。

2 壩體結(jié)構(gòu)計算與監(jiān)測項目的選擇

高店拱壩采用北京水科院多拱梁法ADASO軟件計算壩體應(yīng)力。多拱梁法采用了7拱15梁，計算高程依次為307m、318m、329m、341m、353m、365m、377m、388.5m， 共計算了正常蓄水位（386m）+溫降、校核洪水位（388.24m）+溫升、死水位（350m）+溫降、死水位+溫升4組工況。4組工況的最大拉、壓應(yīng)力和最大位移計算成果見表1。

高店拱壩壩頭整體穩(wěn)定分析按成組的裂隙面相互切割組合形成的滑移體采用剛體極限平衡法計算，左壩頭穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為3.37、右壩頭穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為3.15。

高店拱壩監(jiān)測項目根據(jù)結(jié)構(gòu)計算揭示的壩體安全的關(guān)鍵因素進(jìn)行設(shè)置。變位和應(yīng)力是拱壩安全的關(guān)鍵要素，需進(jìn)行監(jiān)測；變位觀測選擇對荷載變化最敏感的同時也是變位最大的拱冠梁作為監(jiān)測的重點；壩體應(yīng)力計算中揭示出拱冠梁和拱端是高店拱壩壩體拉、壓應(yīng)力最大的部位（尤其是在中下部），因此高店拱壩拱冠梁和拱端也是應(yīng)力（應(yīng)變）監(jiān)測的重點；應(yīng)力計算也揭示出壩體初始溫度場對壩體運(yùn)行期的溫度應(yīng)力有著至關(guān)重要的作用，直接影響到壩體應(yīng)力安全，為使每個封拱時段均能觀測到壩內(nèi)溫度，以保證施工期封拱時機(jī)的準(zhǔn)確把握，壩體溫度也應(yīng)進(jìn)行重點監(jiān)測。高店拱壩壩頭穩(wěn)定安全系數(shù)稍大于規(guī)范允許值，壩頭穩(wěn)定也是高店拱壩安全運(yùn)行的關(guān)鍵，需對壩頭巖體變位進(jìn)行監(jiān)測；經(jīng)壩頭穩(wěn)定試算，壩基揚(yáng)壓力的變化對壩頭穩(wěn)定的影響十分敏感，因此將壩基滲流作為高店拱壩監(jiān)測的一個重要內(nèi)容。拱壩封拱效果的好壞，直接關(guān)系到壩體拱作用的形成，臨時性橫縫的監(jiān)測對拱壩意義尤其重要，因此需要對壩體接縫進(jìn)行監(jiān)測。高店拱壩左岸布置了一個重力墩，對壩體和重力墩接合面的應(yīng)力和接縫也應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)合目前自動化觀測設(shè)備的技術(shù)水平，高店拱壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測變位、應(yīng)力（應(yīng)變）、滲流、接縫、溫度等項目。

3 大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計

自動化監(jiān)測系統(tǒng)分為三級，自底至頂依次為本地級、分站級、樞紐級。本地級負(fù)責(zé)采集監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，并向分站級或樞紐級報送數(shù)據(jù)。分站級負(fù)責(zé)收集管理范圍內(nèi)的本地級數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、轉(zhuǎn)換和存貯，在分站工作站顯示進(jìn)行安全監(jiān)視，并向樞紐級報送數(shù)據(jù)。樞紐級接收分站上報的數(shù)據(jù)，并兼有分站負(fù)責(zé)收集、整理、轉(zhuǎn)換管理范圍內(nèi)的本地級數(shù)據(jù)的功能，對樞紐的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存貯，并在工作站上顯示進(jìn)行安全監(jiān)視。

大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)的本地級為大壩監(jiān)測點，負(fù)責(zé)采集監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，可在MCU上顯示測量數(shù)據(jù)，通過MCU向大壩監(jiān)測分站傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)；大壩監(jiān)測分站收集大壩監(jiān)測點和庫區(qū)監(jiān)測點MCU傳來的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后在工作站顯示，并形成歷史紀(jì)錄保存，同時向樞紐監(jiān)測站傳送主要的監(jiān)測數(shù)據(jù)；樞紐監(jiān)測站接收大壩監(jiān)測分站、引水系統(tǒng)監(jiān)測點、電站監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，在樞紐監(jiān)測站工作站計算機(jī)上顯示運(yùn)行狀況。系統(tǒng)總體設(shè)計見圖1。

表1 高店拱壩應(yīng)力和位移計算成果表

表2 高店大壩自動化監(jiān)測儀器一覽表

圖1 自動監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖2 大壩上游觀測設(shè)備埋設(shè)布置圖

圖3 大壩下游觀測設(shè)備埋設(shè)布置圖

4 自動化監(jiān)測儀器選型

自動化儀器按照先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、相容性的原則，按照監(jiān)測項目分別選擇建設(shè)時國內(nèi)成熟先進(jìn)的自動化監(jiān)測設(shè)備。

變位觀測采用南京葛南實業(yè)有限公司生產(chǎn)的GN—1型固定式測斜儀進(jìn)行監(jiān)測，可通過分層埋設(shè)固定式測斜儀測量各測點的轉(zhuǎn)角變化，間接計算各分層的徑向變位；壩體（應(yīng)變）采用南京電力自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的DI—10五向應(yīng)變計和配套的WYL型無應(yīng)力計監(jiān)測；滲流通過南京電力自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的SZ型差動電阻式滲壓計監(jiān)測；接縫采用南京電力自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的CF—12型測縫計監(jiān)測；壩內(nèi)溫度采用南京電力自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的DW型溫度計監(jiān)測；重力墩和壩體接合面的壓應(yīng)力采用WL—30型壓應(yīng)力計監(jiān)測應(yīng)力；主要監(jiān)測項目與監(jiān)測儀器見表2。

5 自動化監(jiān)測點布置

為與計算成果對比，方便壩體安全狀況評價，測點原則上布置在與多拱梁法計算點相對應(yīng)的部位。根據(jù)結(jié)構(gòu)計算的成果，壩體最大徑向位移將在拱冠梁頂產(chǎn)生，因拱冠梁曲率較大無法布置垂線，采用分層布設(shè)固定式測斜儀測量拱冠分層轉(zhuǎn)角以計算壩頂徑向變位；根據(jù)應(yīng)力計算的成果，壩體最大拉、壓應(yīng)力主要發(fā)生在拱冠梁及拱端的中下部位，因此應(yīng)變計和無應(yīng)力計布置在拱冠梁和拱端處，且以中下部為重點；壓應(yīng)力計布置在壩體與重力墩的接縫處；滲壓計布置在拱冠梁底和兩岸壩基內(nèi)；壩內(nèi)溫度除利用具有測溫功能的應(yīng)變計和測縫計觀測溫度外，還在拱冠梁內(nèi)及壩基內(nèi)分高程埋設(shè)溫度計，觀測壩內(nèi)、壩基溫度，以確保每個封拱區(qū)段及封拱時段內(nèi)均能觀測到壩內(nèi)溫度，以掌握最佳封拱時機(jī)；沿寬縫、壩體與重力墩結(jié)合面、壩基周邊縫均埋設(shè)了測縫計。觀測儀器埋設(shè)的布置見圖2和圖3。

6 人工觀測與巡視檢查

作為自動化監(jiān)測系統(tǒng)的補(bǔ)充，高店砌石拱壩還設(shè)置了少量人工觀測項目，并需定期和不定期進(jìn)行巡視檢查，通過自動化監(jiān)測和人工監(jiān)測保證大壩安全。人工觀測項目主要有：壩身變位、下游水位、廊道滲水量。

壩身變位和壩頭巖體變位：采用全站儀定期觀測平面變位（三角網(wǎng)法），水準(zhǔn)儀定期觀測壩體豎直變位；泄洪時采用水尺觀測下游水位；設(shè)三角堰定期觀測廊道滲水量。

7 自動化監(jiān)測運(yùn)行情況

高店大壩于2004年11月5日開始施工，2007年2月6日通過一期下閘蓄水驗收（一期蓄水位355.0m），2007年3月31日下閘蓄水。2008年1月，大壩基本完工，2008年5月通過二期蓄水驗收，大壩開始正常蓄水。水庫運(yùn)行至今，庫水位于2012年8月3日22時達(dá)到最高值386.49m。

施工期間，自動化系統(tǒng)通過本地層的MCU進(jìn)行人工觀測，經(jīng)資料整編，供設(shè)計、施工參考[1]；2008年5月后，大壩監(jiān)測分站和樞紐監(jiān)測站分別建成，自動化監(jiān)測系統(tǒng)形成，開始進(jìn)行自動化監(jiān)測。經(jīng)過多年運(yùn)行，水庫運(yùn)行正常，壩內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變、壩體變位、接縫開度、壩基滲透壓力等監(jiān)測值均在設(shè)計許可范圍之內(nèi)。

8 結(jié)語

高店砌石拱壩在壩體內(nèi)埋設(shè)了自動化監(jiān)測儀器，按照應(yīng)力計算的多拱梁選擇性埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備，形成了實測值與計算值對比的條件，有利于大壩安全狀態(tài)的實時監(jiān)測和分析；大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置了本地級、分站級、樞紐級，可實現(xiàn)多層次的實時監(jiān)控。大壩經(jīng)過幾年的運(yùn)行，自動化監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行總體正常，達(dá)到了安全監(jiān)測的預(yù)定目標(biāo)。

[1]王東生、郭士洲.高店雙曲拱壩原型觀測系統(tǒng)設(shè)置及蓄水前觀測資料分析[J].江西水利科技，2007年，33卷（2期）.

[2]周斌、侯永紅等.江西省鉛山縣高店水庫二期蓄水安全鑒定設(shè)計自檢報告[R].

[3]熊國文，周干武.江西省鉛山縣高店水庫二期蓄水安全鑒定安全監(jiān)測自檢報告[R].

[4]SL282—2003.混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范[S].

[5]DL/T5178—2003.混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].