王曉棟

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊　830000)

運(yùn)行管理

山口水電站工程碾壓混凝土壩段安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王曉棟

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊830000)

【摘要】山口水電站工程大壩是黏土心墻堆石壩與碾壓混凝土重力壩的混合壩型，為了達(dá)到電站梯級(jí)、現(xiàn)代化管理的要求，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行管理模式，建立了一套精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。合理的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是確保監(jiān)測(cè)成果有效和可靠的基礎(chǔ)。本文著重對(duì)山口大壩碾壓混凝土壩段的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】碾壓混凝土壩； 安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)

山口水電站大壩是碾壓混凝土重力壩和黏土心墻壩的混合型大壩，工程規(guī)模屬大(2)型，工程等別為Ⅱ等。壩址區(qū)地震基本烈度為8度，大壩按基本烈度提高1度9度設(shè)防。山口水庫(kù)建成后除承擔(dān)發(fā)電和恰甫其海水庫(kù)反調(diào)節(jié)任務(wù)外，還承擔(dān)了向縣城供水的任務(wù)。碾壓混凝土重力壩共安裝埋設(shè)了各種儀器428支,完好率達(dá)到98%以上，全部接入安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，合理的觀測(cè)儀器布置設(shè)計(jì)能為大壩后期運(yùn)行的安全預(yù)測(cè)提供更全面更可靠的數(shù)據(jù)資料保障。

1設(shè)計(jì)原則

a.宜選地質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及有代表性的壩段，應(yīng)全面反映建筑物實(shí)際工作性態(tài)，目的明確、重點(diǎn)突出，做到少而精。要求有針對(duì)性，既突出重點(diǎn)，又兼顧全面。對(duì)互有聯(lián)系的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，要結(jié)合進(jìn)行。

b.觀測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布設(shè)集中，觀測(cè)方法宜簡(jiǎn)捷、直觀，滿足精度要求，重點(diǎn)部位的觀測(cè)值務(wù)求能夠相互校核。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的設(shè)置應(yīng)滿足監(jiān)控各建筑物的運(yùn)行情況，滿足了解測(cè)值變化規(guī)律的需要。工程監(jiān)測(cè)是全過(guò)程監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確各時(shí)段的監(jiān)測(cè)目的。

c.土石壩段因壩高較低，應(yīng)以滲流、變形項(xiàng)目為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。

d.監(jiān)測(cè)儀器需布置合理。除按有關(guān)規(guī)范外，應(yīng)結(jié)合工程具體情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，還應(yīng)結(jié)合科研要求設(shè)置部分項(xiàng)目，為設(shè)計(jì)及科研積累經(jīng)驗(yàn)。

e.監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的選型，應(yīng)對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行充分論證和對(duì)比，使所選儀器設(shè)備種類盡可能少。儀器設(shè)備具有耐久性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，并滿足精度要求。也要為運(yùn)行管理和后期自動(dòng)化系統(tǒng)提供方便，即各類觀測(cè)儀器必須能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2設(shè)計(jì)思路

按照河流梯級(jí)電站管理現(xiàn)代化的要求，幫助水電站在投入運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行管理模式，建立一套精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3碾壓混凝土重力壩段主要監(jiān)測(cè)設(shè)施的布置

針對(duì)山口水庫(kù)的混合壩型特點(diǎn)，分別對(duì)碾壓混凝土重力壩和黏土心墻壩進(jìn)行了監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，下面著重介紹碾壓混凝土壩段的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)計(jì)及布置情況。

3.1　外部觀測(cè)設(shè)計(jì)

外部觀測(cè)是監(jiān)測(cè)水工建筑物在施工和運(yùn)行期間是否穩(wěn)定、安全所必須觀測(cè)的項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)各壩段在外力及溫度變化作用下的變形。

設(shè)置了外部變形觀測(cè)項(xiàng)目：撓度、水平和垂直位移、橫縫變化等。采用引張線、視準(zhǔn)線、倒垂線、平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)及水準(zhǔn)測(cè)量等方法進(jìn)行變形觀測(cè)。

為監(jiān)測(cè)河床中主要的2～28號(hào)壩段壩頂及基礎(chǔ)部位的水平位移，在壩頂設(shè)置一條真空激光準(zhǔn)直線，觀測(cè)壩頂水平、垂直位移。激光準(zhǔn)直管道的兩端設(shè)有倒垂線(深入基巖20m)作水平位移基點(diǎn)，用雙向垂線坐標(biāo)儀或光學(xué)垂線坐標(biāo)儀觀測(cè)；采用雙金屬標(biāo)(深入基巖20m)作垂直位移基點(diǎn)。

在大壩縱向廊道內(nèi)設(shè)置1條靜力水準(zhǔn)，觀測(cè)垂直位移；在9號(hào)/10號(hào)、14號(hào)/15號(hào)壩段橫向廊道各設(shè)置1條靜力水準(zhǔn)，觀測(cè)上、下游壩基的變形；在9號(hào)壩段設(shè)置金屬雙標(biāo)作為靜力水準(zhǔn)控制點(diǎn)。在9～15號(hào)壩段縱向廊道內(nèi)設(shè)置引張線1條，監(jiān)測(cè)該段水平位移；在9號(hào)、15號(hào)壩段分別設(shè)置倒垂，作為引張線控制端點(diǎn)。

在2號(hào)、17號(hào)、28號(hào)三個(gè)壩段分別設(shè)置正倒垂線，除用作引張線的端點(diǎn)墩外，還可以監(jiān)測(cè)所在壩段的壩體撓度。采用φ1.6的不銹銦鋼絲，除可觀測(cè)壩體的水平位移外還可以觀測(cè)錨固點(diǎn)及壩體的垂直位移。共設(shè)6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，采用垂線遙測(cè)儀進(jìn)行觀測(cè)。

控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)。

a.平面控制網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級(jí)和地形條件，平面控制網(wǎng)按二等精度的三角網(wǎng)進(jìn)行布置，初步擬定3個(gè)四邊形，9個(gè)控制點(diǎn)。

b.精密水準(zhǔn)網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級(jí)和地形條件，精密水準(zhǔn)控制網(wǎng)按二等精度布置水準(zhǔn)路線。在左岸上壩公路距壩肩約0.5km處以外設(shè)置單金屬標(biāo)作為水準(zhǔn)路線的校測(cè)基點(diǎn)，沿著公路至壩肩設(shè)置混凝土金屬標(biāo)為起測(cè)基點(diǎn)，在壩頂設(shè)置5個(gè)水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，最后一個(gè)水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)位于右壩肩，進(jìn)行往返測(cè)回，形成閉合水準(zhǔn)路線。

3.2　內(nèi)部觀測(cè)設(shè)計(jì)

內(nèi)部觀測(cè)設(shè)計(jì)共設(shè)置2個(gè)觀測(cè)斷面，即非溢流壩段10號(hào)壩段(0+155斷面)及溢流壩段12號(hào)壩段(0+212斷面)。

a.應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)計(jì)算及30cm分層碾壓特點(diǎn)，初步擬定3個(gè)觀測(cè)水平面，即868.3m、885.7m、902.2m高程，儀器布置在每個(gè)截面左、中、右，在902.2m、885.7m高程的壩上、中、下游表面，共布置6組五向應(yīng)變計(jì)，在868.3m高程布置五向應(yīng)變計(jì)組5組，共計(jì)11組，并且每組應(yīng)變計(jì)旁1.0m處布置一支無(wú)應(yīng)力計(jì)。五向應(yīng)變計(jì)組的方位，第1~4向組成的平面垂于壩表面，第5向平行于壩面，施工采用挖鉆法。應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)均采用大應(yīng)變計(jì)。

b.大壩溫度。碾壓混凝土壩中溫度監(jiān)測(cè)是重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一，為研究施工期間的溫度控制、運(yùn)行期間壩體應(yīng)力應(yīng)變等實(shí)際工作狀態(tài)，結(jié)合計(jì)算，共布置了2個(gè)觀測(cè)斷面。

溫度監(jiān)測(cè)為庫(kù)水溫度、壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度及壩基基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)。對(duì)壩體表面溫度和庫(kù)水溫觀測(cè)采用在壩體上、下表面專門布置電阻溫度計(jì)的方式，而前述應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)儀器也可以同時(shí)觀測(cè)溫度；壩體內(nèi)部混凝土溫度采用測(cè)溫光纖網(wǎng)格布置。為分析施工及運(yùn)行期間的溫度應(yīng)力和溫控提供原始資料。基巖溫度采用在基礎(chǔ)面鉆孔分段布置溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)溫度分布。

庫(kù)水溫度觀測(cè)：一般在死水位以上，該水庫(kù)死水位905m，正常水位912m，大壩壩高51m，按照《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》 (DL/T 5178—2003)的一般規(guī)定，從正常蓄水位到死水位以下10m處的范圍內(nèi)，水溫觀測(cè)宜每隔3～5m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，再往下每隔10~15m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。在兩個(gè)觀測(cè)斷面的溫度計(jì)布設(shè)在相同高程，布置在距壩體上游表面10cm處。

壩體混凝土溫度觀測(cè)：采用測(cè)溫光纖測(cè)量，分別在大壩的8個(gè)高程截面埋設(shè)測(cè)溫光纖，觀測(cè)壩體內(nèi)部溫度。按網(wǎng)格布置溫度測(cè)點(diǎn)，網(wǎng)格間距8～10m。

基礎(chǔ)溫度觀測(cè)：在大壩基礎(chǔ)上、中、下分別鉆孔(孔徑56mm)10m深、各埋設(shè)4支溫度計(jì)，觀測(cè)基巖在混凝土水化熱溫升時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的溫度傳遞和基礎(chǔ)不同深度下溫度分布，另在基礎(chǔ)溫度觀測(cè)斷面混凝土墊層內(nèi)埋設(shè)3支溫度計(jì)，觀測(cè)墊層常態(tài)混凝土的溫度。

c.裂縫觀測(cè)。壩體接縫開(kāi)合度觀測(cè)選取10號(hào)、14號(hào)、17號(hào)等壩段布置測(cè)縫計(jì)，在高程868.3m、885.7m、902.2m共布置18支儀器，分別在高程868.3m、885.7m、902.2m處布置3支由測(cè)縫計(jì)改裝的裂縫計(jì)，以監(jiān)測(cè)壩體橫縫的變形。在10號(hào)壩段布置基巖四點(diǎn)式位移計(jì)，共3組，監(jiān)測(cè)壩體、壩踵、壩趾等部位裂縫的開(kāi)度或錯(cuò)動(dòng)。

d.滲流滲壓觀測(cè)。滲流滲壓觀測(cè)包括大壩壩基揚(yáng)壓力、兩壩肩滲透壓力、壩體混凝土滲壓力、大壩和壩基滲漏量觀測(cè)。

壩體混凝土滲透壓力：選取10號(hào)壩段，在866.20m、885.7m、902.2m三個(gè)高程布設(shè)滲壓計(jì)，各層距上游表面1m、2m、5m處依次設(shè)3支滲壓計(jì)。要求滲壓計(jì)在埋設(shè)過(guò)程中必須保證頭部朝向上游，為便于儀器埋設(shè)和觀測(cè)到壩體的實(shí)際滲透壓力，應(yīng)將滲壓計(jì)置于碾壓混凝土的施工層面上。

壩基揚(yáng)壓力：在壩基869.0m高程灌漿廊道1~27號(hào)壩段壩基帷幕后，沿壩軸線方向分別布置揚(yáng)壓力觀測(cè)點(diǎn)27個(gè)。在基礎(chǔ)869.00m高程9號(hào)/10號(hào)、14號(hào)/15號(hào)、19號(hào)/20號(hào)壩段3條橫向廊道內(nèi)共布置10個(gè)揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行大壩揚(yáng)壓力觀測(cè)。

滲漏量：大壩排水由869.0m高程廊道匯集到壩基集水井內(nèi)，在集水井排水溝內(nèi)設(shè)置8個(gè)量水堰。

繞壩滲流：在大壩的左右壩肩(邊坡)各設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)用于觀測(cè)繞壩滲流情況。

3.3　自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)由自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工程安全監(jiān)測(cè)信息管理兩部分組成。自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是把布設(shè)在樞紐中各建筑物內(nèi)各類永久觀測(cè)儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)按照事先給定的時(shí)間間隔準(zhǔn)確無(wú)誤地采集到指定位置，并按照一定的格式存儲(chǔ)起來(lái)。工程安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)主要是對(duì)采集系統(tǒng)和人工采集來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析、處理，實(shí)時(shí)掌握工程的運(yùn)行狀況，為及時(shí)、準(zhǔn)確判斷工程的安全狀況提供可靠依據(jù)，對(duì)整個(gè)工程實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控和離線監(jiān)控。布置數(shù)據(jù)采集單元16個(gè)，采集模塊33個(gè)，監(jiān)測(cè)站9個(gè)。

4結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)和規(guī)范的施工，山口水電站工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)于2011年底正式投入運(yùn)行管理，大幅減少了人力的投入，運(yùn)行以來(lái)收集了大量準(zhǔn)確、全面、可靠、及時(shí)有效的數(shù)據(jù)資料，表明大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是合理的，也為水電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”和安全運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)

張雷，蘇曉軍.積石峽水電站樞紐安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大壩監(jiān)測(cè)技術(shù),2013(4).

Design of RCC dam section safety monitoring system in Shankou

Hydropower Station Project

WANG Xiaodong

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAdministration,Urumqi830000,China)

Abstract:The dam of Shankou Hydropower Station Project belongs to mixed dam type of clay core wall rockfill dam and RCC gravity dam. One set of automatic monitoring system with high precision as well as long-term stability and reliability is established in order to reach the requirements of power station cascade and modern management, and achieve the operation management mode of‘unattended and less on duty’. Rational safety monitoring design is the foundation to ensure that the monitoring results are reliable and effective. This paper focuses on introducing the monitoring design of Shankou Dam RCC dam section.

Key words:RCC dam; safety monitoring; automatic system; design

中圖分類號(hào)：TV547.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241(2015)12-0023-03

DOI:10.16617/j.cnki.11- 5543/TK.2015.12.008