王曉棟

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊　830000)

運行管理

山口水電站工程碾壓混凝土壩段安全監(jiān)測系統(tǒng)設計

王曉棟

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，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，為了達到電站梯級、現(xiàn)代化管理的要求，實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的運行管理模式，建立了一套精度高、長期穩(wěn)定可靠的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。合理的安全監(jiān)測設計是確保監(jiān)測成果有效和可靠的基礎。本文著重對山口大壩碾壓混凝土壩段的監(jiān)測設計進行了介紹。

【關鍵詞】碾壓混凝土壩； 安全監(jiān)測；自動化系統(tǒng)； 設計

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度設防。山口水庫建成后除承擔發(fā)電和恰甫其海水庫反調節(jié)任務外，還承擔了向縣城供水的任務。碾壓混凝土重力壩共安裝埋設了各種儀器428支,完好率達到98%以上，全部接入安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，合理的觀測儀器布置設計能為大壩后期運行的安全預測提供更全面更可靠的數(shù)據(jù)資料保障。

1設計原則

a.宜選地質、結構復雜及有代表性的壩段，應全面反映建筑物實際工作性態(tài)，目的明確、重點突出，做到少而精。要求有針對性，既突出重點，又兼顧全面。對互有聯(lián)系的監(jiān)測項目，要結合進行。

b.觀測項目測點布設集中，觀測方法宜簡捷、直觀，滿足精度要求，重點部位的觀測值務求能夠相互校核。監(jiān)測項目的設置應滿足監(jiān)控各建筑物的運行情況，滿足了解測值變化規(guī)律的需要。工程監(jiān)測是全過程監(jiān)測，設計時應明確各時段的監(jiān)測目的。

c.土石壩段因壩高較低，應以滲流、變形項目為監(jiān)測重點。

d.監(jiān)測儀器需布置合理。除按有關規(guī)范外，應結合工程具體情況進行監(jiān)測設計，還應結合科研要求設置部分項目，為設計及科研積累經(jīng)驗。

e.監(jiān)測儀器設備的選型，應對各類設備進行充分論證和對比，使所選儀器設備種類盡可能少。儀器設備具有耐久性、穩(wěn)定性、適應性，并滿足精度要求。也要為運行管理和后期自動化系統(tǒng)提供方便，即各類觀測儀器必須能實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

2設計思路

按照河流梯級電站管理現(xiàn)代化的要求，幫助水電站在投入運行時實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的運行管理模式，建立一套精度高、長期穩(wěn)定可靠的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

3碾壓混凝土重力壩段主要監(jiān)測設施的布置

針對山口水庫的混合壩型特點，分別對碾壓混凝土重力壩和黏土心墻壩進行了監(jiān)測設計，下面著重介紹碾壓混凝土壩段的監(jiān)測儀器設計及布置情況。

3.1　外部觀測設計

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

設置了外部變形觀測項目：撓度、水平和垂直位移、橫縫變化等。采用引張線、視準線、倒垂線、平面監(jiān)測網(wǎng)及水準測量等方法進行變形觀測。

為監(jiān)測河床中主要的2～28號壩段壩頂及基礎部位的水平位移，在壩頂設置一條真空激光準直線，觀測壩頂水平、垂直位移。激光準直管道的兩端設有倒垂線(深入基巖20m)作水平位移基點，用雙向垂線坐標儀或光學垂線坐標儀觀測；采用雙金屬標(深入基巖20m)作垂直位移基點。

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

在2號、17號、28號三個壩段分別設置正倒垂線，除用作引張線的端點墩外，還可以監(jiān)測所在壩段的壩體撓度。采用φ1.6的不銹銦鋼絲，除可觀測壩體的水平位移外還可以觀測錨固點及壩體的垂直位移。共設6個觀測點，采用垂線遙測儀進行觀測。

控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和精密水準網(wǎng)。

a.平面控制網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級和地形條件，平面控制網(wǎng)按二等精度的三角網(wǎng)進行布置，初步擬定3個四邊形，9個控制點。

b.精密水準網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級和地形條件，精密水準控制網(wǎng)按二等精度布置水準路線。在左岸上壩公路距壩肩約0.5km處以外設置單金屬標作為水準路線的校測基點，沿著公路至壩肩設置混凝土金屬標為起測基點，在壩頂設置5個水準測點，最后一個水準測點位于右壩肩，進行往返測回，形成閉合水準路線。

3.2　內(nèi)部觀測設計

內(nèi)部觀測設計共設置2個觀測斷面，即非溢流壩段10號壩段(0+155斷面)及溢流壩段12號壩段(0+212斷面)。

a.應力應變監(jiān)測。根據(jù)大壩結構計算及30cm分層碾壓特點，初步擬定3個觀測水平面，即868.3m、885.7m、902.2m高程，儀器布置在每個截面左、中、右，在902.2m、885.7m高程的壩上、中、下游表面，共布置6組五向應變計，在868.3m高程布置五向應變計組5組，共計11組，并且每組應變計旁1.0m處布置一支無應力計。五向應變計組的方位，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。應變計和無應力計均采用大應變計。

b.大壩溫度。碾壓混凝土壩中溫度監(jiān)測是重要的監(jiān)測項目之一，為研究施工期間的溫度控制、運行期間壩體應力應變等實際工作狀態(tài)，結合計算，共布置了2個觀測斷面。

溫度監(jiān)測為庫水溫度、壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度及壩基基礎溫度監(jiān)測。對壩體表面溫度和庫水溫觀測采用在壩體上、下表面專門布置電阻溫度計的方式，而前述應力應變觀測儀器也可以同時觀測溫度；壩體內(nèi)部混凝土溫度采用測溫光纖網(wǎng)格布置。為分析施工及運行期間的溫度應力和溫控提供原始資料?；鶐r溫度采用在基礎面鉆孔分段布置溫度計，監(jiān)測基礎溫度分布。

庫水溫度觀測：一般在死水位以上，該水庫死水位905m，正常水位912m，大壩壩高51m，按照《混凝土壩安全監(jiān)測技術規(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)，水溫觀測宜每隔3～5m布置一個測點，再往下每隔10~15m布置一個測點。在兩個觀測斷面的溫度計布設在相同高程，布置在距壩體上游表面10cm處。

壩體混凝土溫度觀測：采用測溫光纖測量，分別在大壩的8個高程截面埋設測溫光纖，觀測壩體內(nèi)部溫度。按網(wǎng)格布置溫度測點，網(wǎng)格間距8～10m。

基礎溫度觀測：在大壩基礎上、中、下分別鉆孔(孔徑56mm)10m深、各埋設4支溫度計，觀測基巖在混凝土水化熱溫升時對基礎的溫度傳遞和基礎不同深度下溫度分布，另在基礎溫度觀測斷面混凝土墊層內(nèi)埋設3支溫度計，觀測墊層常態(tài)混凝土的溫度。

c.裂縫觀測。壩體接縫開合度觀測選取10號、14號、17號等壩段布置測縫計，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支由測縫計改裝的裂縫計，以監(jiān)測壩體橫縫的變形。在10號壩段布置基巖四點式位移計，共3組，監(jiān)測壩體、壩踵、壩趾等部位裂縫的開度或錯動。

d.滲流滲壓觀測。滲流滲壓觀測包括大壩壩基揚壓力、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。

壩體混凝土滲透壓力：選取10號壩段，在866.20m、885.7m、902.2m三個高程布設滲壓計，各層距上游表面1m、2m、5m處依次設3支滲壓計。要求滲壓計在埋設過程中必須保證頭部朝向上游，為便于儀器埋設和觀測到壩體的實際滲透壓力，應將滲壓計置于碾壓混凝土的施工層面上。

壩基揚壓力：在壩基869.0m高程灌漿廊道1~27號壩段壩基帷幕后，沿壩軸線方向分別布置揚壓力觀測點27個。在基礎869.00m高程9號/10號、14號/15號、19號/20號壩段3條橫向廊道內(nèi)共布置10個揚壓力監(jiān)測儀器進行大壩揚壓力觀測。

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)設置8個量水堰。

繞壩滲流：在大壩的左右壩肩(邊坡)各設置3個測點用于觀測繞壩滲流情況。

3.3　自動化系統(tǒng)設計

監(jiān)測自動化系統(tǒng)由自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工程安全監(jiān)測信息管理兩部分組成。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是把布設在樞紐中各建筑物內(nèi)各類永久觀測儀器的觀測數(shù)據(jù)按照事先給定的時間間隔準確無誤地采集到指定位置，并按照一定的格式存儲起來。工程安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)主要是對采集系統(tǒng)和人工采集來的觀測數(shù)據(jù)進行管理、分析、處理，實時掌握工程的運行狀況，為及時、準確判斷工程的安全狀況提供可靠依據(jù)，對整個工程實現(xiàn)在線監(jiān)控和離線監(jiān)控。布置數(shù)據(jù)采集單元16個，采集模塊33個，監(jiān)測站9個。

4結語

經(jīng)過精心的設計和規(guī)范的施工，山口水電站工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)于2011年底正式投入運行管理，大幅減少了人力的投入，運行以來收集了大量準確、全面、可靠、及時有效的數(shù)據(jù)資料，表明大壩安全監(jiān)測設計是合理的，也為水電站實現(xiàn)“無人值班，少人值守”和安全運行提供了保障。

參考文獻

張雷，蘇曉軍.積石峽水電站樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].大壩監(jiān)測技術,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：TV547.5

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241(2015)12-0023-03

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