劉世煌

試談安全評價中的安全監(jiān)測資料分析

劉世煌

通過安全評價和安全鑒定的工作實踐，探討安全監(jiān)測資料分析在安全評價中的作用及基本要求，并通過實例探討異常監(jiān)測資料的分析方法，以及通過這些異常資料分辨工程運行性態(tài)并實施風險監(jiān)控的重要性。

安全評價；安全監(jiān)測資料；風險監(jiān)控

1 監(jiān)測資料分析在安全評價中的作用及要求

安全監(jiān)測是對工程運行現(xiàn)狀實施風險監(jiān)控的有效手段，是指導工程施工和運行管理的依據(jù)，也是安全鑒定、安全評價、大壩定期安全檢查、大壩安全登記、下閘蓄水、工程驗收等工作的重要憑據(jù)；安全監(jiān)測還是對設計成果的檢驗，是反饋設計和修編規(guī)范的基礎；安全監(jiān)測同時還是實施無人值守、少人管理、遠程操作的基礎。

實踐證明：安全監(jiān)測工作不是簡單的數(shù)據(jù)采集，更不是監(jiān)測數(shù)據(jù)的單純統(tǒng)計分析，而是在數(shù)據(jù)采集和資料分析基礎上異?，F(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、異常原因的探討和發(fā)展趨勢的分析，是工程安全性的初步評判，還是處理意見的依據(jù)。

為了實現(xiàn)這一目標，安全監(jiān)測工作應努力達到下述要求。

（1）除精通觀測規(guī)程規(guī)范外，尚應了解相關(guān)工程的設計規(guī)程規(guī)范。

安全監(jiān)測設計是工程設計的重要組成部分，安全監(jiān)測資料是建筑物運行性態(tài)的表征，安全監(jiān)測資料分析是對設計成果的驗證。為了能很好地分析監(jiān)測資料并對建筑物運行性態(tài)做出正確評判，安全監(jiān)測工作不僅要精通觀測規(guī)程規(guī)范，還應了解相關(guān)工程的設計規(guī)程規(guī)范。

石門拱壩為我國20世紀70年代修建的最高的雙曲薄拱壩，最大壩高88.6 m，壩頂弧長254 m，底寬27.3 m，L/H=2.87，B/H=0.31，壩基為石英巖，巖性脆硬，裂隙發(fā)育。施工期間在河床壩段壩基與壩體接觸部位埋設6支測縫計，不久相繼破壞，僅保留分別距上游壩面1 m和5 m的H4和H5測縫計。1972年水庫下閘蓄水，1975年汛后，上述測點測值猛增，從微壓狀態(tài)到張開2.66～3.018 mm，同時左岸及河床壩段的揚壓力及滲水量也出現(xiàn)一個以年為周期的孤峰現(xiàn)象，且8號壩段壩踵部位的3個應變片組的拉應變也上升了一個臺階，這表明壩踵己經(jīng)拉開，但尚未拉斷距壩踵5 m的H5，帷幕尚未拉斷；同時由于右岸壓力引水隧洞漏水，右壩肩地下水位大面積大幅度上升，大壩視準線測值表明：右壩頭側(cè)向位移增大6 mm，威脅著大壩安全。如果不熟悉拱壩設計規(guī)范和拱壩受力特點，就很難正確分析拱壩壩踵的應力狀態(tài)及壩肩地下水位對壩體安全的影響。

貴州大河外摻氧化鎂碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高105 m，弧高比L/H=3.61，厚高比B/H=0.297，壩基為泥盆系砂巖和泥巖互層。由于壩基巖體變形模量較低，拱壩弧高比較大，拱梁分載、三維線彈性有限元及三維非線性有限元計算成果：壩體最大徑向變位分別為38.88 mm、67.5 mm和70.0 mm，相對于100m級高度的雙曲拱壩，該徑向變位偏大。為了減少右壩肩的開挖工程量，擬將右壩頭拱肩槽的開挖方式由削坡開挖改為窯洞式開挖，窯洞開挖線與右壩頭間距僅20 cm。該變更雖可減少拱壩徑向變位，節(jié)省開挖工程量，但該變更不是一個簡單的施工方法變更，它可能加大開挖邊坡的失穩(wěn)風險，也可能影響右壩頭的溫度場及MgO的外摻量，當右壩頭與窯洞壁澆筑一體時，還可能改變拱壩的約束條件、特征尺寸及水荷載，可能較大改變拱壩應力狀態(tài)……若不熟悉拱壩設計規(guī)范，就很難利用監(jiān)測資料指導施工期的溫度控制，也很難合理確定不同部位混凝土中MgO的外摻量，還很難正確提出監(jiān)控指標，更難對拱壩真實工作性態(tài)做出科學的評判。

（2）了解工程地質(zhì)背景、工程特點及主要工程問題，明確對安全監(jiān)測工作的基本要求。了解觀測設計意圖及重點監(jiān)測項目，明確主要監(jiān)控指標。

水利水電工程都具有較強的個性，不了解該工程特點及相應的主要工程問題，就無法正確理解設計意圖及對監(jiān)測的基本要求，也就無法明確監(jiān)控指標，從而很難正確判別“正?！薄爱惓！薄拔ｋU”，并實施有效的風險監(jiān)控。

小浪底攔河大壩為建筑在70 m深覆蓋層上的160m高的斜心墻壤土心墻壩，兩岸三疊系砂巖產(chǎn)狀較緩，傾角8°～12°，層間發(fā)育有泥化夾層、順河斷裂及垂直節(jié)理。本工程的主要問題是：深覆蓋層變形（徐變）對斜心墻堆石壩應力應變的影響，左岸單薄分水嶺水文地質(zhì)條件及壩基滲漏，平緩砂巖中大型地下洞群圍巖穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)抗震及高含砂水流的泄洪與消能……圍繞這些問題進行深入研究和精心設計，相應布置了3 261支觀測儀器，其中大壩及壩基共布置了內(nèi)外部觀測儀器658支，但由于覆蓋層及壩體的較大變形，46%的壩體內(nèi)部監(jiān)測儀器因超量程和電纜拉斷等原因而失效，其中監(jiān)測壩體內(nèi)部沉降變形的儀器幾乎全部失效。水庫蓄水后，壩頂上下游兩條視準線測值出現(xiàn)較大差異，壩頂出現(xiàn)長627 m、深3.9 m、最大寬15 cm的裂縫，同時左岸地下廠房排水洞出現(xiàn)14 532 m3/d滲水（遠大于設計滲漏量）……如果不了解小浪底工程的地質(zhì)條件和主要工程問題，就很難找到蓄水后壩體大變形、壩頂開裂、壩基較大滲漏的原因，也就很難對小浪底大壩的工作性態(tài)做出正確判斷。

（3）精選監(jiān)測設備，合理選擇儀器量程及埋設方法；重點監(jiān)測項目要有幾種監(jiān)測手段相互驗證，要能保證實施長期有效的監(jiān)測。

小浪底大壩監(jiān)測設備大量失效，其中壩體內(nèi)部沉降變形監(jiān)測儀器全部失效，說明對深覆蓋層及心墻堆石壩體的變形認識不足，儀器的量程和電纜埋設方法不適應這種變形。

南水北調(diào)中線穿黃隧洞采用內(nèi)外襯砌聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其中外襯為厚40 cm的C50鋼筋混凝土預制管片，內(nèi)襯為厚45 cm的后張法有粘結(jié)C40預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要求內(nèi)外襯砌“結(jié)構(gòu)聯(lián)合，功能獨立”，即內(nèi)外襯砌分別獨立承受內(nèi)水壓力和外圍水土壓力。為實現(xiàn)各自獨立承載并及時排水的要求，內(nèi)外襯砌之間設排水墊層，要求排水墊層內(nèi)滲壓水位不得超過高程90 m，因而排水墊層滲壓監(jiān)測就成為確保整個工程安全的重要監(jiān)控手段。鑒于該工程為一等工程，設計使用期為150年，滲壓計的有效使用壽命為20年，為保證對排水墊層內(nèi)的滲壓實施長期有效的監(jiān)測，必須提供可更新滲壓計的條件。鑒于在確保內(nèi)襯安全受力條件下打穿45 cm預應力鋼筋混凝土內(nèi)襯更新滲壓計頗為困難，滲壓計長期有效監(jiān)測已成為該工程一大難題。

（4）安全監(jiān)測必須與巡視相結(jié)合。

當前安全監(jiān)測儀器都采用單點監(jiān)測的方法，雖然監(jiān)測資料能反映各建筑物相應測點的工作狀態(tài)，但監(jiān)測部位很難恰恰是大壩出事點，相應也就不能及時捕捉到建筑物異常事件的發(fā)生和發(fā)展過程，往往會丟失搶險的最佳時間。如1971年美國提堂土壩右岸一個較窄的斷層突然發(fā)生管涌，不到6 h土壩就潰壩，而監(jiān)測儀器對此卻沒有記錄。因此，只有儀器監(jiān)測是不夠的，必須同時開展巡視檢查。

巡視檢查是監(jiān)視工程安全運行性狀的重要組成部分，有時也是監(jiān)測資料的重要補充。岸坡的開裂、變位，可以在巡視中及時發(fā)現(xiàn)；大壩一些異?，F(xiàn)象，如裂縫產(chǎn)生、新增滲漏點、壩體和壩基的滲流破壞、混凝土沖刷和凍融、壩基析出物、局部變形等等，這些缺陷常無法在監(jiān)測資料中反映，但可在巡視中發(fā)現(xiàn)。當巡視發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象急劇變化時，往往意味著事故即將發(fā)生。因而在加強安全監(jiān)測工作的同時，應根據(jù)工程運行的特點，加強巡視檢查工作，特別加強開挖施工期、初期蓄水期、洪水期、暴雨期等的巡視檢查工作。

（5）關(guān)注安全評價的綜合評判要求。

當前安全監(jiān)測工作常分為安全監(jiān)測設計、監(jiān)測儀器埋設、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測資料分析及安全評價等五個部分，在監(jiān)測資料分析中又往往分監(jiān)測系統(tǒng)可靠性和完備性檢查以及安全監(jiān)測資料分析兩部分。上述五個工作，本應當由監(jiān)測資料分析單位統(tǒng)一匯總專項分析，但由于種種原因，上述工作常各自分割，分別由不同單位和不同人員承擔。由于資料分析人員常不熟悉工程特點及監(jiān)測設計意圖，不了解監(jiān)測資料的地質(zhì)背景和工程施工質(zhì)量，真正意義上的分析工作常轉(zhuǎn)嫁到安全評價人員身上，這種分割和轉(zhuǎn)嫁，加大了安全評價工作難度，并對安全評價人員提出了很高的技術(shù)要求。鑒于安全評價人員往往并非監(jiān)測專業(yè)人員，海量的監(jiān)測資料、復雜的工程背景及監(jiān)測數(shù)據(jù)間錯綜復雜的關(guān)系，真正讀懂監(jiān)測資料分析報告本已不易，而要在此基礎上對建筑物安全性做出正確評判，可能更難。為了能科學地做出評價結(jié)論，除了繼續(xù)發(fā)揚評價人員高度的責任心外，還應根據(jù)不同問題，提供較為充足的檢驗及綜合分析資料的時間。

2 嚴格監(jiān)測資料的整編

一個水利水電工程往往埋設數(shù)百甚至數(shù)千支監(jiān)測設備，擁有海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是各自獨立的，有時是紊亂的，資料分析前必須對監(jiān)測資料進行檢查，必須去偽存真，保證資料的可靠性和完整性。

2.1 數(shù)據(jù)檢查

應首先對比人工監(jiān)測成果與自動監(jiān)測成果，檢查數(shù)據(jù)是否缺失、連續(xù)，對異常數(shù)據(jù)宜首先赴工地檢查，區(qū)分是儀器問題還是監(jiān)測的問題。如果是監(jiān)測問題，可通過現(xiàn)場檢查及時修正，如是儀器問題，則應盡力查明原因及時更換。更換儀器后需注意測值的銜接，努力消除系統(tǒng)誤差。

2.1.1努力查明數(shù)據(jù)缺失原因

蜀河水電站位于漢江中游，裝6臺45 MW貫流發(fā)電機組，N=270 MW，重現(xiàn)期1 000年洪峰流量Q=38 000 m3/s，壩址處河谷寬高比為3.2。為適應狹窄河谷大流量泄洪要求，采用貫流機組廠房內(nèi)泄洪方式布置，即除貫流機組頂部設流道泄洪外，在廠房左側(cè)設5個12 m×21.5 m泄洪表孔，單扇閘門總推力50 360 kN，略小于三峽弧門推力，需在4.5 m寬的閘墩中布置30束3 000 kN級錨索，其中主索拉拔系數(shù)2.38，次索拉拔系數(shù)2.54。相應主錨索設計永存噸位4 100 kN，次錨索設計永存噸位3 850 kN。為監(jiān)測預應力閘墩的工作性態(tài)，在1號和5號閘墩中共布置20支預應力錨索測力計。目前1號閘墩測力計全部失效，僅存5號閘墩9支測力計，測力計成功率45%。蓄水后，截至2014年12月，殘存的9支測力計中實測拉力：主錨索的平均值為4 052 kN，最小為3 589 kN，小于設計永存噸位；次錨索平均測值為3 532 kN，低于設計永存噸位3 850 kN；即主索預應力損失11.09%～21.97%，次索 8.54%～45.82%，明顯大于規(guī)范規(guī)定的允許損失值10%，小于設計的永存噸位，且仍未收斂。根據(jù)實測最小拉力的三維有限元計算成果，5號閘門必須在低于正常蓄水位下2 m啟閉，才能保證閘墩安全。鑒于此事關(guān)系重大，5號閘墩工作性態(tài)可能代表其他閘墩工作狀態(tài)，為此不僅需要查明5號閘室已壞測力計損壞原因，還需查明1號閘室10支測力計損壞原因，還要分析近年來閘室實際啟閉與泄洪狀態(tài)，還得查明各閘墩混凝土及預應力錨索施工狀況及閘墩中鋼筋計應力和混凝土閘墩裂縫狀態(tài)……綜合閘墩施工及歷年運行狀況，考慮原設計拉拔系數(shù)及鋼筋工作狀況，考慮截至目前未見裂縫的現(xiàn)實狀況，最后認為目前蜀河閘墩運行正常，但需加強觀測。

2.1.2正確處理中斷數(shù)據(jù)

城東水庫2009年蓄水，閘基為超固結(jié)粘土狀強風化泥巖，在滲透水流作用下，閘基揚壓力監(jiān)測孔出現(xiàn)不同程度的淤堵，其中6號孔的滲壓水位超過庫水位，其他滲壓測值紊亂無規(guī)律，同時由于業(yè)主的變更，被迫停測，最后重新補打測壓管。鑒于測值中斷12年，監(jiān)測點、觀測儀器和觀測人員都發(fā)生了變化，中斷的資料很難恢復，原則上不能再把數(shù)據(jù)整合起來統(tǒng)一分析，但可分段分析變位量和揚壓力的折減系數(shù)。

2.1.3正確處理異常數(shù)據(jù)

受小動物或人為擾動，監(jiān)測數(shù)據(jù)短時間波動，但很快恢復，或雖不可恢復，但不影響前后時段正常監(jiān)測，可刪除該波動段數(shù)據(jù)，修正后正常分析。

圖1 城東電站水平變位資料中斷12年，無法分析變化發(fā)展趨勢Fig.1 12-year monitoring data lacked,resulting in incapability of development trend analysis

圖2 瀑布溝下游壩坡TP22測值連續(xù)但反常Fig.2 Abnormalmonitoring data by TP22 on the downstream slope of Pubugou dam

瀑布溝水電站礫石土心墻壩下游壩坡的TP22測點，因人為動過，在2011年9～10月間，垂直變位異常，由原來沉降變?yōu)樘?，并向上游變位，該?shù)據(jù)無法直接利用，但變動后測值仍然連續(xù)，變化規(guī)律仍符合正常規(guī)律，可將其2011年9～10月數(shù)據(jù)刪除，并按總的變化規(guī)律修正，修正后的2011年10月后測值仍可繼續(xù)使用。

2.1.4努力消除系統(tǒng)誤差

石門拱壩在原始觀測數(shù)據(jù)整編中，曾經(jīng)把帶有系統(tǒng)誤差的位移資料提供給計算分析，得出壩基“異動”之說，考證清楚消除系統(tǒng)誤差后，才得出正確結(jié)論。

2.2 去偽存真

（1）對測值連續(xù)、但受到某些影響監(jiān)測數(shù)據(jù)無法直接應用時，不要輕易否定，宜綜合其他監(jiān)測數(shù)據(jù)及建筑物運行性態(tài)，努力對建筑物運行性態(tài)做出宏觀評判。

金康水電站的閘壩建于堰塞湖尾的覆蓋層上，2005年10月在閘壩頂部安裝了引張線。蓄水后，閘壩發(fā)生了較大水平變位，2007年1～9月引張線碰壁，壩體水平變位測值幾乎不變，調(diào)整管道后繼續(xù)使用，2012年再次碰壁。嚴格講兩次碰壁后資料系統(tǒng)性不好，很難直接使用，但兩次碰壁反映出變位很大，綜合右壩頭壩體的斷裂、左壩肩與廠房進水口結(jié)構(gòu)縫張開2～5 cm的變位，可判斷閘壩向下游方向發(fā)生較大變位，變形速率不小于8 mm/a，且尚未收斂。

（2）測值連續(xù)可信，但由于某原因，計算成果違反常規(guī)，無法使用，宜努力查找原因，確實無法挽回時，宜按規(guī)定封存處理。

海甸峽碾壓混凝土重力壩布置兩個壩體應力監(jiān)測斷面，共埋設8組五向應變片及無應力計，蓄水后各應變片的測值連續(xù)性較好，且均為壓應變，但6個測點的計算應力均為拉應力，即重力壩3/4范圍均為拉應力，且最大拉應力1.36 MPa，該成果明顯不符合重力壩設計原則，分析認為與無應力計埋設有關(guān)。雖然應力計算值無法使用，但應變計所反映的壓縮變形及其壓應變的變化規(guī)律仍可使用。

3 科學進行監(jiān)測資料分析

3.1 重視環(huán)境量監(jiān)測，全面了解監(jiān)測成果相應的環(huán)境條件

圖3 金康EX6測點從2006年4月1日～2011年4月1日水平變形監(jiān)測成果Fig.3 Monitoring data of horizontaldeformation by EX 6 of Jinkang dam from April 1 2006 to April 1 2011

任何一組監(jiān)測數(shù)據(jù)都是在特定外部環(huán)境下對建筑物運行性態(tài)的反映，離開外部環(huán)境僅做數(shù)據(jù)分析就會失去具體工程含義。重視環(huán)境量監(jiān)測，監(jiān)測資料分析時注明與此相關(guān)的環(huán)境量，如測點位置、地質(zhì)條件、監(jiān)測儀器埋設條件、上下游水位、平均氣溫、氣溫驟降或持續(xù)高溫、降水、水溫等，才能與設計成果對比，便于對建筑物運行性態(tài)進行評判。

3.2 提出合理監(jiān)控指標

3.2.1明確監(jiān)控指標

監(jiān)測資料分析之前必須明確相應的監(jiān)控指標。監(jiān)控指標可以來自于規(guī)程規(guī)范，如土石壩沉降變形不宜超過壩高的1%、土基上水閘累計沉降不宜大于15 cm，不均勻沉降不宜大于5 cm等；監(jiān)控指標也可來自計算成果，如允許應力、允許變位等；監(jiān)控指標更多可來自工程實踐，如庫容小于500萬m3無自然補充水源的抽水蓄能電站，上庫年滲漏量宜小于庫容的0.2‰～0.5‰，根據(jù)40多座土石壩滲漏及運行狀況，提出土石壩滲漏量不宜大于10 L/萬m2等，也可作為監(jiān)控指標。

表1 土石壩體滲漏量控制指標Table 1 Control indexes for seepage of earth and rockfilldam

需要注意的是，由于計算成果往往取決于計算假定及計算參數(shù)，問題較為復雜，在安全評價和鑒定中，計算成果往往只能是評判的重要參考。另外還需要注意的是，每一個指標都對應于具體條件，無視條件的差異就會引起判斷的錯誤。如仙游抽水蓄能電站上庫庫容1 706萬m3，自然來水0.155 m3/s，水庫蓄水后大壩漏水48.25 L/s，處理后仍漏水30 L/s。對于一般抽水蓄能電站，需要加大抽水來維持正常運行，顯然不能接受，但對于有0.155 m3/s自然來水的上庫，卻不再是抽水的問題，而是完善壩體壩基防滲，問題的性質(zhì)和要求均不一樣了。

目前，安全評價和安全鑒定中監(jiān)控指標尚不完善，同一個問題往往會有不同評價結(jié)論，因而深入實際，不斷總結(jié)經(jīng)驗，積累資料，逐步完善監(jiān)控指標，可能是進一步提升安全評價和安全鑒定工作的需要。

3.2.2嚴格區(qū)分不同問題質(zhì)的界限

在當前資料分析中，常常碰到不同質(zhì)的異?，F(xiàn)象，常需要判斷這些異?，F(xiàn)象的質(zhì)的界限，區(qū)別“異?！焙汀拔ｋU”。

（1）區(qū)分揚壓力測值異常的原因：揚壓力的測值超標是常見的現(xiàn)象，可由帷幕缺陷、測壓管或滲壓計淤堵及承壓水等原因造成，其表現(xiàn)形式不同，影響不同，處理方法也不同，宜嚴格區(qū)分。

（2）變形異常、結(jié)構(gòu)開裂及徐變與失穩(wěn)：水工建筑物中常見到結(jié)構(gòu)變形異常和結(jié)構(gòu)開裂等現(xiàn)象，應嚴格區(qū)分是徐變還是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的前兆，并分別采取相應觀測、補強、加固等處理措施。

表2 測壓管測值超標原因分析及處理Table 2 Reason analysis for the overrange data monitored by the piezometer and its treatment

表3 建筑物失穩(wěn)與徐變分析表Table 3 Analysis on instability and creeping of the structure

（3）滲漏與滲流破壞：幾乎所有與水接觸的水工建筑物都會有一定量的滲漏，只要滲漏不危及工程安全和嚴重影響經(jīng)濟效益，允許一定的滲漏。滲流破壞是可能危及工程安全的危險因素，不同建筑材料滲流破壞的發(fā)展速度和危害程度不一樣，相應給予的搶險時間不一樣，宜區(qū)別對待。

表4 滲漏與滲流破壞分析表Table 4 Analysis on seepage and seepage failure

3.3 既關(guān)注變化量，也關(guān)注變化速率，還要關(guān)注對建筑物的影響

金康電站閘壩最大高度20 m，覆蓋層最大厚度92 m，為監(jiān)測大壩變位，在壩頂上游側(cè)布置一條引張線。2006年水庫蓄水，監(jiān)測成果表明：所有水平變位測值無明顯突變現(xiàn)象，監(jiān)測數(shù)據(jù)可信。十個測點測值與水位關(guān)系不密切，與時間關(guān)系密切，均表現(xiàn)出明顯流變特性，且至2012年尚未收斂，其中3號重力壩段左側(cè)EX6點，2006年4月1日～2011年4月1日，向下游變位42.73 mm，變化速率為8.54 mm/a。其水平變位量值和變化速率遠大于耿達、映秀灣及其他覆蓋層上的閘壩，在我國屬較大的典型徐變。與此同時，由于右岸基巖與覆蓋層的不均勻變形，右岸重力壩段發(fā)生斜向貫穿裂縫，該裂縫從上游貫穿至下游，從壩頂貫穿至壩基，致使該壩段解體。由于覆蓋層的徐變，因水壓力作用方向不同，與閘壩斜交的電站進水口與閘壩間的結(jié)構(gòu)縫最大張開5 cm，金康閘壩的水平變位不僅量大，且未收斂，而且已造成壩體解體，必須立即處理。

3.3.1正確判斷“正?！薄ⅰ爱惓！?、“危險”

（1）根據(jù)室內(nèi)試驗，設計提出：冶勒和茅坪溪瀝青混凝土心墻壩中瀝青混凝土壓應變≤10 000με。蓄水后，冶勒瀝青混凝土心墻實測最大拉應變?yōu)? 129με，實測最大壓應變?yōu)?5 050με，且下游側(cè)應變增量大于上游側(cè)應變增量。茅坪溪瀝青混凝土心墻101～116 m高程處實測壓應變?yōu)?4 000～59 000με，均明顯超過設計要求，屬于異?，F(xiàn)象?？紤]到瀝青混凝土心墻比較單薄，澆筑碾壓時溫度較高，無法像普通混凝土結(jié)構(gòu)那樣埋設應變計組，冶勒只能在心墻5個剖面的上下游面每5 m垂直向布設一支應變計，并用錨固板將應變計固定在心墻上下游壁上。應變計距心墻側(cè)面尚有5～10 cm距離，實際埋設于過渡層中，這樣埋設方式所反映的瀝青混凝土心墻應變狀態(tài)只能供參考，不能簡單地以“異常”處理。

（2）小浪底1999年蓄水至2008年，心墻內(nèi)未形成穩(wěn)定的浸潤線。心墻內(nèi)11支滲壓計測值均處于高值，其中B-B剖面180 m高程的P116、P117、P118測值均高于同期庫水位，其中2002年高于庫水位約50 m。幾年后，孔隙水壓力隨庫水位上升而緩慢增加，但超過同期庫水位的數(shù)值在減少，如P116測值2006年僅高于庫水位10 m。除C-C剖面P152隨時間增加有消散外，其余10個測值尚無消散跡象。

心墻內(nèi)滲壓計實測水位高于同期庫水位50 m，該現(xiàn)象有可能被認為是“異?！?，但這正反映了壤土心墻的滲流特點及孔隙水壓力逐步消散的過程，也正展示著心墻的拱效應及水力劈裂的復雜性。

圖4 冶勒0+220斷面心墻SX22測點應變過程線圖Fig.4 Graph of strain monitored by SX 22 of the core wallof section 0+220 of Yele dam

圖5 小浪底心墻B-B剖面180 m高程附近P116實測孔隙水壓力曲線Fig.5 Pore water pressure monitored by P116 of the core wall on section B-B on elevation 180 m

（3）小浪底水庫蓄水以來，左右岸壩基及壩后水塘最大漏水56 506 m3/d，其中左岸30號平洞內(nèi)單孔漏水量約10 L/s。壩體開裂，裂縫長627 m，深3.9m，最大裂縫寬15 cm，但未見兩者之間有直接聯(lián)系，且所有滲水均為清水，未見滲流破壞現(xiàn)象，壩頂雖然開裂，但為淺層裂縫，逐步收斂。上述現(xiàn)象均屬異常，但并不屬險情，在加強監(jiān)測適當處理情況下，大壩仍可正常工作，實踐證明這個判斷是正確的。

3.3.2慎重對待異常數(shù)據(jù)

三峽水庫蓄水至175 m高程后，重力壩垂直和水平變位雖有發(fā)展趨勢，但變位較小，最大水平變位22.69 mm，最大沉降25.97 mm，壩基總滲量7.9 L/s，揚壓力折減系數(shù)為0.23，大壩運行正常。實測資料表明，蓄水后壩踵壓應力雖有所減小，但三峽右廠17號壩段壩踵壓應力4.13 MPa，壩趾應力為2.66 MPa，壩踵應力仍大于壩趾應力，同時縱縫未閉合，該結(jié)果不符合蓄水后重力壩壩基應力分布規(guī)律。對這種現(xiàn)象有多種解釋：如壩體混凝土濕脹影響、大壩縱縫未閉合水荷載尚未完全傳遞至全壩、庫盆沉降、還有的認為材料力學計算結(jié)果不符合高重力壩，也不能排除蓄水前混凝土初凝階段塑性變形、后澆塊自重對監(jiān)測儀器的影響……鑒于目前壩基應力均為壓應力，尚未超過壩基承載能力，不影響大壩安全，且計算表明，縱縫雖尚未閉合，但不影響大壩抗震性能，決定加強觀測及分析研究。

3.3.3努力查找異常原因

城東電站正常蓄水位450 m，2012年重新施工揚壓力觀測孔?？⒐げ痪茫?5個測壓管中有7個實測揚壓力折減系數(shù)大于設計采用值，其中Up1-1、Up4-1測值較高，揚壓力折減系數(shù)分別為0.522和0.925，且一直分別維持在444 m高程和449 m高程左右，與庫水位變化無關(guān)，但孔底的水質(zhì)為強堿水，似乎與承壓水位有關(guān)?？紤]承壓水尚難查清，更難控制，在不危及工程安全的前提下，原則上不要擾動，加強觀測。而Up5-1、Up5-2、Up6-1和Up6-2測值較高，揚壓力折減系數(shù)超標（0.452～0.603），滲壓水位與庫水位關(guān)系密切，幾乎同步。由于該電站監(jiān)測項目少，僅壩基揚壓力監(jiān)測和壩頂外部變位監(jiān)測，無法得知滲漏水量，也無法看到析出物，但Up5-1、Up5-2、Up6-1、Up6-2孔底的水質(zhì)與庫水相近，似乎說明防滲帷幕的防滲效果欠佳，帷幕可能需補強灌漿。

4 分析影響因素，判斷發(fā)展趨勢，綜合進行工程安全性評判

4.1 分析影響因素、判斷發(fā)展趨勢

監(jiān)測數(shù)據(jù)是既定地質(zhì)條件下，建筑物在可變荷載作用下的工作性態(tài)的表現(xiàn)，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的可變因素主要是水荷載及溫度和時效，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)時，除利用多元相關(guān)數(shù)學模型法外，還必須切實關(guān)注地質(zhì)因素及上述因素的綜合影響。

圖6 城東Up4-1測壓管水位測值與庫水位變化無關(guān)Fig.6 Water levelmonitored by piezometer Up4-1 is irrelevant to reservoir level

圖7 城東Up5-1測壓管水位測值與庫水位變化關(guān)系密切Fig.7 Water levelmonitored by piezometer Up5-1 is closely related to reservoir level

（1）小灣電站壩基巖體為黑云母花崗片麻巖和角閃斜長片麻巖，巖石堅硬～極堅硬，飽和抗壓強度大于90 MPa，變形模量16～22 GPa，地應力8～17 MPa。開挖過程中壩基淺表部巖體出現(xiàn)較為嚴重的卸荷現(xiàn)象，為此975 m高程以下巖體采取二次開挖、超前錨固、及時預應力錨固處理，同時還加強清基、加強固結(jié)灌漿，相應最低建基面高程從953 m降至950.5m（降低2.5 m）。另外最大開挖寬度30.5 m的地下主廠房圍巖變形雖已收斂，但最大變位116 mm，閘門井圍巖變位77.27 mm，泄洪洞圍巖變位42.88 mm，該圍巖卸荷回彈變形在國內(nèi)屬較大的，為此在分析上述監(jiān)測資料時，不僅要關(guān)注上述測點附近的地質(zhì)條件，同時要關(guān)注黑云母花崗片麻巖和角閃斜長片麻巖的巖層裂隙走向、卸荷特性等。

（2）陳村重力拱壩壩高76.3 m，1968年建成。2000年以來，壩體徑向位移存在著整體向上游增大的趨勢，2000～2007年倒垂實測極值為5.25 mm，大于1973～1999年27年極值3.74 mm，增值1.53 mm，相應左側(cè)的8號壩段和右側(cè)的26號壩段極值分別為5.62 mm和3.25 mm，分別大于1973～1999年27年極值1.05 mm和0.07 mm。下游壩面105 m高程X18-1裂縫開度加大，最大為4.29 mm，比1987年增大1.02 mm……綜合裂縫深度物探資料，某科研單位認為陳村大壩已前傾變形，大壩壩頂裂縫與壩體內(nèi)105 m高程裂縫相交，已將壩體切割成壩塊，在縫內(nèi)滲水壓力和地震作用下，該塊體將失穩(wěn)并要掉落水庫中，威脅整個大壩安全，需對穿預應力錨索加固。

但進一步分析看到：2000～2007年恰逢高溫枯水年，庫水位平均107.85 m，較1974～2007多年平均水位降低2.53 m，平均氣溫16.58℃，較1974～2007多年平均氣溫15.9℃高0.68℃，這可能是這幾年內(nèi)壩體徑向變位增大的主要原因。如果把2000～2007年實測資料納入40多年長系列資料一并分析，這幾年徑向變位的增大仍處于正常范圍。經(jīng)對關(guān)鍵裂縫鉆孔檢查，上述裂縫并未貫通，虛驚一場。

圖8 陳村壩體正垂徑向變位、裂縫與橫縫開度實測變化曲線Fig.8 Monitored radialdisplacement and the opening of cracks and transverse joint of Chencun dam

該實例證明：監(jiān)測資料分析不是簡單的數(shù)字統(tǒng)計分析，必須結(jié)合地質(zhì)、氣溫、水荷載等影響因素，區(qū)分原委，綜合評判。

（3）拉西瓦電站右岸進水口上游500～1 700 m水庫正常高水位以上約500 m處，有果卜岸坡坐落體，該坐落體頂3 000 m高程有一平臺，長750 m，寬50～290 m，面積11.5萬m2，后緣有20 m高坐落陡坎，臺上有多道拉裂縫及落水洞，坐落體總方量約3 000萬m3。勘探期間認為該坐落體與庫水無聯(lián)系，且已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2009年3月拉西瓦水庫下閘蓄水，2010年2月水庫水位達2 400 m。巡視發(fā)現(xiàn)：果卜平臺及岸坡多處發(fā)現(xiàn)裂縫及較大變位，岸坡前緣局部崩塌破壞，自2009年8月15日～2015年8月23日，頂部平臺前緣K1點綜合變位39.894 m，果卜主變形區(qū)的變形速率受庫水位抬升影響明顯，且與庫水位變化規(guī)律一致。暴雨對果卜岸坡的表面變形影響較大，一般3 d左右變形速率達到最大值，之后逐漸減小，暴雨對岸坡的影響大于平臺，對表面影響大于內(nèi)部。2015年8月綜合速率18.2 mm/d，其中水平向變形速率14.0 mm/d，垂直向-11.6 mm/d。隨著庫水位抬升，變形速率有逐步平緩趨勢。

圖9 果卜3號梁綜合變位圖Fig.9 Comprehensive displacement of the beam No.3

果卜岸坡最大綜合坐落變形39.894 m，變形速率18.22 mm/d，但岸坡并未發(fā)生大范圍滑塌，這在國內(nèi)外均為罕見。圍繞果卜岸坡的坐落變形，邀請十余家大專院校及科研單位，多次召開研討會，共同探討果卜岸坡變形的機制、觸發(fā)因素、穩(wěn)定條件、變形預測等。分析認為：拉西瓦高地應力地區(qū)卸荷裂隙發(fā)育，可與庫水相交，但與底部基巖相連，緩傾結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，岸坡內(nèi)密度大的NE向結(jié)構(gòu)面是岸坡產(chǎn)生傾倒變形的決定性構(gòu)造條件，NNW-SE向陡傾岸內(nèi)的結(jié)構(gòu)面是產(chǎn)生拉張陷落變形的構(gòu)造條件，上述因素共同構(gòu)成果卜岸坡可隨庫水位變化、坐落但未發(fā)生大面積滑塌的原因。

圖10 果卜坐落體地質(zhì)剖面圖Fig.10 Geology of the Guobo section

4.2 綜合水文、地質(zhì)、設計、施工、運行及有關(guān)的監(jiān)測成果科學判斷

彭水水電站地下廠房裝機1 750 MW，主廠房尺寸252 m×30 m×76.5 m，圍巖為奧陶系南津關(guān)組灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NE 25°、NW∠68-70°，傾向上游，圍巖中共揭露出8條軟弱夾層，多為弱風化頁巖，其中巖錨梁上游邊墻上出露404、402、305軟弱夾層。為避開巖溶系統(tǒng)，地下廠房軸線平行巖層走向，巖錨梁緊貼軟弱夾層布置。巖錨梁寬2.0 m，高2.8m，C30二級配混凝土。按規(guī)范要求，巖錨梁按靜力平衡原理計算，并參照同類工程設計，采用兩排? 36、長12 m、間排距0.5 m的錨桿將巖錨梁錨固于圍巖上。

施工期間，地下廠房施工期圍巖變形最大達4 cm左右。由于巖錨梁附近軟弱夾層等影響，在0+070～0+204段（約130 m）、高程229.5～232 m巖錨梁附近的圍巖垮塌100～150 m3。

為監(jiān)測巖錨梁的工作性狀，在巖錨梁上布置38根錨桿應力計、17支測縫計和17支位錯計。測縫計中，除一個測點外，其余16個測值都表明巖錨梁與基巖結(jié)合面呈張開狀態(tài)，至2013年開度尚未收斂，其中5號機組段0+36.2上游側(cè)、233.4 m高程測縫計開度1.46 mm，且以0.14 mm/a變化速率發(fā)展。而17支位錯計測值均不同程度表明巖錨梁與巖壁間已發(fā)生錯位，最大位錯發(fā)生于0+215.5 m下游側(cè)233.4m高程處（W03ZCA），為0.54 mm，也尚未收斂，最大變形速率為0.08 mm/a。巖錨梁的錨桿應力計成功率較低，有相當多的錨桿測力計損壞?？紤]到地下廠房軸線平行巖層走向，巖錨梁附近圍巖中陡傾角軟弱夾層發(fā)育，受圍巖卸荷回彈變形影響，巖錨梁與圍巖間存在錯位及錨桿應力計損壞的可能，為此建議業(yè)主現(xiàn)場仔細檢查巖錨梁及附近巖體縱向裂縫發(fā)展情況，分析眾多錨桿應力計失效原因，并委托設計單位，根據(jù)地質(zhì)、設計、監(jiān)測成果及巖壁梁的實際運行狀態(tài)，分析原因、評價圍巖穩(wěn)定狀況，提出警戒值及處理建議。業(yè)主已接受該建議，已委托有關(guān)單位調(diào)查并提出相應處理方案。

5 結(jié)語

安全監(jiān)測是了解工程運行性狀的耳目，安全監(jiān)測資料是安全鑒定和安全評價的重要依據(jù)，安全監(jiān)測資料分析不是簡單的數(shù)理統(tǒng)計，而是在數(shù)據(jù)采集和分析基礎上的異?，F(xiàn)象的辨識，也是對異常原因和發(fā)展趨勢的分析，還是對處理意見的建議，同時還是對工程安全性的初步評判。為了確保工程安全，必須切實加強安全監(jiān)測和資料分析工作。 ■

[1]水利部水規(guī)總院，中國水科院.小浪底水利樞紐工程竣工前補充安全鑒定報告[R].2002.

[2]烏江彭水水電站安全驗收評價報告水電咨詢公司.彭水水電站大壩安全定檢報告[R].2013.

[3]劉世煌，汪振，王友春.城東電站大壩壩基安全性評價[R].2016.

作者郵箱：liushihuang3320@sina.com

Discussion on safety monitoring data analysis during safety assessment

by LIU Shi-huang

Based on engineering practice of safety assessment,this paper discusses the basic require?ment and function of safety monitoring data analysis during safety assessment.Then,combined with some cases,the paper studies the method ofabnormalmonitoring data analysis.Furthermore,itconveys the importance ofimplementing safety and risk monitoring,as wellas the importance ofidentification of projectoperation status by this abnormalmonitoring data.

safety assessment;safety monitoring data;risk control

TV698.1

A

1671-1092（2017）01-0034-10

2016-07-19；

2016-12-07

劉世煌（1941-），男，江蘇南京人，教授級高級工程師，從事水利水電工程勘測、設計、試驗、研究、設計審查、工程咨詢、安全評價和安全鑒定等工作。