段 杭，任大春，湯國強(qiáng)，上官瑾，柯傳芳，胡旭陽，游家興，于勝利，程昌華

（中國三峽建設(shè)管理有限公司，615421，寧南）

一、安全監(jiān)測情況

白鶴灘水電站規(guī)模巨大，位于高山峽谷地區(qū)，自然和地質(zhì)條件復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高，為此開展了較全面的安全監(jiān)測工作，做到每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)均被監(jiān)控。白鶴灘水電站安全監(jiān)測對(duì)象主要包括大壩及水墊塘、左右岸地下洞室群、泄洪洞、左右岸邊坡、滑坡體、圍堰、導(dǎo)流洞、泥石流溝、料場、渣場等樞紐區(qū)所有建筑物。

根據(jù)各建筑物特點(diǎn)，安全監(jiān)測設(shè)計(jì)原則為：明確目標(biāo)、突出重點(diǎn)，控制關(guān)鍵、兼顧全局，統(tǒng)一規(guī)劃、分項(xiàng)實(shí)施。白鶴灘水電站布置共有各類監(jiān)測儀器設(shè)備50余種，總數(shù)量約1.5萬支（個(gè)）。

二、安全監(jiān)測管理

白鶴灘水電站建設(shè)具有安全監(jiān)測范圍廣、監(jiān)測儀器設(shè)備種類數(shù)量眾多、建設(shè)期受各種因素干擾致使管理協(xié)調(diào)工作繁雜、監(jiān)測施工和資料分析專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)，為更好地發(fā)揮大型水電工程安全監(jiān)測作用，在繼承三峽工程安全監(jiān)測管理模式的基礎(chǔ)上，由建設(shè)單位自有專業(yè)技術(shù)人員組建綜合安全監(jiān)測中心（簡稱監(jiān)測中心）專職負(fù)責(zé)白鶴灘水電站安全監(jiān)測工作。

安全監(jiān)測項(xiàng)目按照 “提前布局、及時(shí)安裝，嚴(yán)控質(zhì)量、數(shù)據(jù)可靠，全程監(jiān)控、預(yù)警預(yù)報(bào)，指導(dǎo)施工、反饋設(shè)計(jì)”的總體目標(biāo)開展工作，抓好事前、事中、事后3個(gè)階段的質(zhì)量管控。事前嚴(yán)控監(jiān)測儀器采購、驗(yàn)收、檢驗(yàn)和開工，事中做好儀器設(shè)備安裝、保護(hù)和數(shù)據(jù)采集，事后及時(shí)監(jiān)測成果整理分析和反饋。

三、安全監(jiān)測作用

1.監(jiān)控工程安全狀況

白鶴灘地質(zhì)情況復(fù)雜，地下廠房跨度、調(diào)壓井直徑和地下洞室群規(guī)模均世界第一，左右岸開挖邊坡最高700 m，同時(shí)施工區(qū)有4個(gè)滑坡體，每年6—10月汛期降雨集中，建設(shè)期工程安全風(fēng)險(xiǎn)大，通過安全監(jiān)測可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工期可能存在的安全隱患，使工程安全處于可控狀況。

通過監(jiān)測手段發(fā)現(xiàn)了多處安全隱患，如2014年7月在右岸進(jìn)水口邊坡上部高程1070 m馬道的測斜管上監(jiān)測到距表層4 m處發(fā)生順坡向滑移變形，且汛期變形持續(xù)增大，監(jiān)測中心及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。再如2017年3、4月份開挖左岸廠房第六層時(shí)，在#3、#4母線洞安裝的測斜孔處監(jiān)測到下游邊墻C2錯(cuò)動(dòng)帶的錯(cuò)動(dòng)變形明顯，并快速發(fā)展至測斜孔變形過大失效，監(jiān)測中心及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息；各參建單位對(duì)預(yù)警信息和監(jiān)測成果分析研究后，采取相應(yīng)的工程處理措施，消除了安全隱患，確保了工程安全。

2.指導(dǎo)施工

施工方案和工藝直接影響工程安全、質(zhì)量和進(jìn)度，通過安全監(jiān)測可以為施工方案的選擇提供參考意見，進(jìn)一步改進(jìn)施工方法和控制指標(biāo)。在白鶴灘水電站大跨度高邊墻洞室和邊坡快速開挖成型、大壩溫控、橫縫接縫灌漿等施工過程中，安全監(jiān)測都發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用。

地下廠房每層開挖期間對(duì)圍巖變形增量和時(shí)效性進(jìn)行分析，最終確定了“先洞后墻、薄層開挖、精細(xì)爆破、隨層快速支護(hù)”和“中間拉槽、兩邊預(yù)裂”的對(duì)圍巖穩(wěn)定控制最為有利的施工方案。

大壩橫縫灌漿過程中對(duì)開度進(jìn)行了分鐘級(jí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋，據(jù)以調(diào)整灌漿壓力和灌漿工藝，目前大壩各灌漿區(qū)橫縫灌漿前后開度變化均值小于0.2 mm，使灌后橫縫增開問題得到了有效控制，灌漿質(zhì)量明顯提高，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

3.反饋設(shè)計(jì)

由于施工期工程地質(zhì)、建筑材料、施工方案和工藝等與前期設(shè)計(jì)理論、依據(jù)或多或少有一定差異，因此設(shè)計(jì)方案、計(jì)算方法、計(jì)算模型、邊界條件、參數(shù)選擇是否合理、實(shí)用都需要在工程建設(shè)過程中逐步驗(yàn)證，安全監(jiān)測是檢驗(yàn)和反饋設(shè)計(jì)的有效手段。

左岸壩基高程660—580 m分布有柱狀節(jié)理玄武巖和多條錯(cuò)動(dòng)帶，開挖過程中根據(jù)多點(diǎn)變位計(jì)、測斜孔和聲波測試等多種監(jiān)測手段長時(shí)間密集觀測和反饋，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)單位關(guān)于壩基柱狀節(jié)理玄武巖防松弛、錯(cuò)動(dòng)帶剪切變形與松弛控制的設(shè)計(jì)方案和處理技術(shù)是合理有效的。

當(dāng)安全監(jiān)測成果與設(shè)計(jì)計(jì)算成果指標(biāo)偏離較多時(shí)，需對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和動(dòng)態(tài)調(diào)整。右岸廠房在第Ⅱ、Ⅲ層開挖過程中，各監(jiān)測斷面下游側(cè)拱肩多點(diǎn)變位計(jì)監(jiān)測11 m處變形持續(xù)緩慢增長，為保證下游拱肩圍巖穩(wěn)定，設(shè)計(jì)單位在右岸廠房0-039 m～0+359 m段下游拱肩增加106束壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

4.大壩安全管理的需要

《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》和《水電站大壩運(yùn)行安全監(jiān)督管理規(guī)定》對(duì)大壩安全監(jiān)測工作均有明確的要求和規(guī)定，電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)在規(guī)定期限內(nèi)申請(qǐng)辦理大壩安全注冊(cè)登記，在規(guī)定期限內(nèi)不申請(qǐng)辦理安全注冊(cè)登記的大壩，不得投入運(yùn)行，其發(fā)電機(jī)組不得并網(wǎng)發(fā)電。

四、安全監(jiān)測技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新

在工程建設(shè)過程中，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，積極開展安全監(jiān)測管理和技術(shù)創(chuàng)新。

1.地下洞室安全監(jiān)測管理新模式

在白鶴灘地下洞室開挖過程中形成了4個(gè)步驟循環(huán)的安全監(jiān)測管理新模式（見圖1），實(shí)現(xiàn)了對(duì)圍巖穩(wěn)定的有效監(jiān)控，成功發(fā)出多次監(jiān)測預(yù)警信息，為設(shè)計(jì)、施工提供了較好反饋。

圖1 4個(gè)步驟循環(huán)的安全監(jiān)測管理模式

2.施工期安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)

為滿足工程建設(shè)需要，白鶴灘水電站克服了施工期監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)能力差、故障多、存活率低的困難，打破安全監(jiān)測自動(dòng)化通常在運(yùn)行期實(shí)施的慣例，在行業(yè)內(nèi)首次開展大型水電工程施工期安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)。在大壩橫縫和基礎(chǔ)灌漿期間完成分鐘級(jí)的自動(dòng)高頻次橫縫、接縫的開度觀測和反饋，指導(dǎo)灌漿工作安全高效開展；在右岸廠房南側(cè)產(chǎn)生的大變形部位采取應(yīng)急加固工作中，進(jìn)行長時(shí)間無人觀測、實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警預(yù)報(bào)，密切監(jiān)控工程安全狀況。目前施工期安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)在白鶴灘安全監(jiān)測工作中連續(xù)應(yīng)用超過了一年半時(shí)間，解決了施工期長時(shí)間高頻次觀測和實(shí)時(shí)預(yù)警難題，也為其他工程開展監(jiān)測自動(dòng)化方案選擇提供了參考。

3.全生命周期安全監(jiān)測管理系統(tǒng)

白鶴灘安全監(jiān)測項(xiàng)目管理和監(jiān)測資料整理分析工作量巨大，迫切需要科學(xué)有效的安全監(jiān)測管理系統(tǒng)。白鶴灘水電站在建設(shè)期就組織研發(fā)了安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)資料及環(huán)境質(zhì)量管理、實(shí)施過程管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、報(bào)表報(bào)告整編、成果展示及可視化、預(yù)警預(yù)報(bào)分析和監(jiān)測APP等功能，其主要特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測項(xiàng)目全生命周期管理 （項(xiàng)目前期、建設(shè)期和運(yùn)行期）和安全監(jiān)測施工全過程管理（儀器設(shè)備采購、檢驗(yàn)、安裝及評(píng)定、驗(yàn)收、維護(hù)）數(shù)字化管理；②實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測報(bào)表和報(bào)告的一鍵整編，提高工作效率；③與施工期安全監(jiān)測自動(dòng)化相結(jié)合，做到安全監(jiān)測實(shí)時(shí)預(yù)警。

4.綜合的谷幅變形監(jiān)測方案

特高拱壩在蓄水后可能會(huì)出現(xiàn)谷幅變形現(xiàn)象，影響大壩工作性態(tài)和長期安全狀況。白鶴灘水電站高壩大庫，兩岸邊坡最高達(dá)700 m，為此提前組織研究了谷幅變形綜合監(jiān)測方案：①實(shí)施全過程的谷幅變形監(jiān)測。與開挖邊坡變形監(jiān)測相結(jié)合，獲取從施工期、蓄水到運(yùn)行期全過程谷幅變形監(jiān)測。②建立大范圍立體的谷幅變形監(jiān)測網(wǎng)。將谷幅和庫盆監(jiān)測范圍擴(kuò)展至上游庫區(qū)和壩下游一定范圍較大區(qū)域，拱壩上下游布置多個(gè)監(jiān)測斷面和不同高程建立谷幅測線。③實(shí)施深層谷幅變形監(jiān)測。利用兩岸抗力體排水洞，開展深部變形監(jiān)測，最大監(jiān)測深度達(dá)到500 m。④開展樞紐區(qū)大范圍滲流場監(jiān)測，監(jiān)測蓄水前后滲流場變化情況。白鶴灘水電站從2015年年底開始進(jìn)行施工期壩肩附近區(qū)域谷幅變形監(jiān)測，獲得了變形本底數(shù)據(jù)。

5.結(jié)合防治措施的泥石流監(jiān)測

大寨溝和矮子溝是施工區(qū)危險(xiǎn)性最大的兩條泥石流溝，為進(jìn)一步做好施工區(qū)防災(zāi)減災(zāi)工作，對(duì)其開展了攔擋與排導(dǎo)相結(jié)合的治理，并建立了泥石流預(yù)警系統(tǒng)。

泥石流預(yù)警系統(tǒng)包括：①數(shù)據(jù)采集，設(shè)立了雨量監(jiān)測站、泥位站、振動(dòng)監(jiān)測站等數(shù)據(jù)采集設(shè)施；②數(shù)據(jù)傳輸，現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過北斗通信衛(wèi)星及GPRS無線通信兩種方式實(shí)時(shí)傳輸；③監(jiān)測預(yù)警，對(duì)監(jiān)測現(xiàn)場傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并根據(jù)閾值進(jìn)行分析判斷，按災(zāi)害預(yù)報(bào)等級(jí)對(duì)泥石流災(zāi)害發(fā)出警報(bào)。對(duì)泥石流進(jìn)行預(yù)警分析判斷時(shí)充分考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，以雨量作為主控性預(yù)警指標(biāo)，泥位作為輔助性預(yù)警指標(biāo)，選擇泥石流溝流域上游物源區(qū)為主控監(jiān)測站，結(jié)合工程治理措施（大寨溝設(shè)有5級(jí)攔擋壩，矮子溝設(shè)有3級(jí)攔擋壩）制定更合適的預(yù)警閾值。泥石流預(yù)警系統(tǒng)自2014年汛期試運(yùn)行以來，基本運(yùn)行正常，累計(jì)發(fā)送預(yù)警短信7000余人次，效果較好。

從2011年至今已完成各類監(jiān)測儀器設(shè)備安裝約1.1萬支（個(gè)），安裝后合格率100%。截至目前完好率為96.5%，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。