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        正倒垂系統(tǒng)在蘇丹麥洛維水電站中的應(yīng)用

        2014-08-29 09:24:12光,
        四川水力發(fā)電 2014年6期
        關(guān)鍵詞:溢流壩段垂線觀測(cè)點(diǎn)

        蔡 明 光, 帥 永 建

        (中國(guó)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(zhǎng)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(kù)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(cè)的基本原理

        大壩除了通過外部變形觀測(cè)進(jìn)行垂直位移和水平位移觀測(cè),還需要進(jìn)行撓度觀測(cè),而垂線就是進(jìn)行撓度觀測(cè)的、一種簡(jiǎn)單有效的測(cè)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(cè)。通常,正垂線主要是用來觀測(cè)壩體撓度的,倒垂線主要是用來觀測(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)布置觀測(cè)墩,安放儀器進(jìn)行觀測(cè),即可得各測(cè)點(diǎn)對(duì)于基巖深處的絕對(duì)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(cè)要求,沿著垂線在不同高程及基點(diǎn)設(shè)置多處觀測(cè)段,利用固定在測(cè)墩上的坐標(biāo)儀測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此垂線的位移值。通過此方法對(duì)混凝土壩進(jìn)行撓度觀測(cè)。

        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(cè)各部位在不同高程上的水平變形。該套系統(tǒng)由德國(guó)拉美爾咨詢公司設(shè)計(jì),其特點(diǎn)是在各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)采用遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀不間斷地連續(xù)測(cè)量,同時(shí)采用光學(xué)式垂線作為遙測(cè)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(cè)斷面上,倒垂在238灌漿廊道觀測(cè),同時(shí)正垂在238廊道和上層廊道進(jìn)行觀測(cè)。通過正垂在中間廊道的觀測(cè)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(cè)點(diǎn)、正垂固定點(diǎn)組成,布置方式大同小異,只是觀測(cè)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(cè)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(kù)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(cè)設(shè)備,對(duì)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(cè)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(cè)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(kù)蓄水之前,只觀測(cè)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(cè)到壩體基礎(chǔ)只有0.2 mm的變形(朝下游方向);水庫(kù)開始蓄水后,隨著水庫(kù)水位的上升,觀測(cè)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(cè)系統(tǒng),以滿足水庫(kù)蓄水觀測(cè)的需要,分別在高程238 m、260 m和272 m處安裝有觀測(cè)系統(tǒng),其中在高程238 m處采用了遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀和光學(xué)觀測(cè)兩種觀測(cè)手段,在高程260 m和高程272 m采用了人工觀測(cè)方法?,F(xiàn)就不同高程的觀測(cè)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(cè)過程線圖

        高程238 m觀測(cè)廊道觀測(cè)成果:從高程238 m灌漿廊道觀測(cè)到的水平位移量是高程299.4 m相對(duì)于建筑物底部的位移量。2008年2月開始觀測(cè),直到水庫(kù)蓄水之前,沒有觀測(cè)到明顯的向下游變形。水庫(kù)蓄水之后,發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)持續(xù)不斷的變形,隨著水庫(kù)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(cè)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(duì)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(cè)變形圖

        圖4 非溢流壩段高程238 m觀測(cè)點(diǎn)正垂觀測(cè)變形圖

        高程260 m廊道和高程272 m廊道觀測(cè)成果:觀測(cè)結(jié)果通常用來計(jì)算相對(duì)于建筑物底部的變形。水庫(kù)蓄水后,對(duì)各個(gè)高程觀測(cè)點(diǎn)開始進(jìn)行觀測(cè)。2008年8月之前沒有觀測(cè),從2008年8月以后的觀測(cè)結(jié)果看,截止到2008年12月底,在高程260 m觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的向下游方向的最大位移為3 mm和在高程272 m觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)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(cè)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(kù)蓄水開始,在高程260 m觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的向下游方向的最大位移為6 mm和在高程272 m觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)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(kù)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(cè)點(diǎn)正垂觀測(cè)變形圖

        圖6 非溢流壩段高程272 m觀測(cè)點(diǎn)正垂觀測(cè)變形圖

        在外觀測(cè)量中,非溢流壩段的壩頂位移觀測(cè)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(cè)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(kù)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(cè)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(kù)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(cè)到的向下游方向的水平位移圖

        我們對(duì)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(cè),現(xiàn)就不同高程的觀測(cè)成果分別進(jìn)行分析如下。

        高程238 m觀測(cè)成果:觀測(cè)結(jié)果代表的即為高程299.4 m相對(duì)于建筑物底部在左右岸方向的變形。觀測(cè)從2008年2月開始,水庫(kù)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(kù)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(cè)成果:觀測(cè)數(shù)據(jù)主要用來計(jì)算相應(yīng)高程相對(duì)于基礎(chǔ)的水平位移。兩處的觀測(cè)均在水庫(kù)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(cè)值。比較有代表性的是:對(duì)比同階段高程299.4 m的觀測(cè)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(cè)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(yǔ)

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

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

        作者簡(jiǎn)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(jí)工程師,從事水電站大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)與管理工作.

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