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        大型水電工程運行期安全監(jiān)測重點及難點淺析

        2016-11-09 01:35:54張飛躍中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司四川成都610072
        低碳世界 2016年29期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)滲流

        張飛躍(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司,四川成都610072)

        大型水電工程運行期安全監(jiān)測重點及難點淺析

        張飛躍(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司,四川成都610072)

        本文對以XLD水電站為例,通過對XLD水電站安全監(jiān)測運行期重點、難點等多方面闡述,提出將監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠性、合理規(guī)范的整理整編、分析各工程部位的變形、應(yīng)力應(yīng)變、滲流滲壓等相應(yīng)方面作為不同關(guān)注度、關(guān)注點。對相類似水電項目運行期監(jiān)測提供思路。

        運行期安全監(jiān)測;數(shù)據(jù)真實可靠;整理整編;變形;應(yīng)力應(yīng)變;滲流滲壓

        1 前言

        我國是世界上建壩最多的國家,已建及在建水庫大壩超過9萬座,安全監(jiān)測作為大壩安全管理的耳目,最早起步于于20世紀50年代,而后和世界各國大壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展一致,隨著工程施工完成,安全監(jiān)測在運行期同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,本文以XLD水電站為例針對水電站運行期安全監(jiān)測的重點、難點進行簡要分析。

        2 對XLD安全監(jiān)測工程的認識

        XLD水電站具有“河谷窄、高拱壩、孔口多、泄洪功率大、高邊坡、大跨度地下洞室群”等特點,工程規(guī)模、許多技術(shù)指標已經(jīng)超出現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的界定范疇,工程難度和復(fù)雜性均超越現(xiàn)有的工程認識水平。

        國內(nèi)外許多水電工程,特別是超級水電站的實踐經(jīng)驗表明,在水電站初期蓄水及以后的3~5年內(nèi),近壩區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件將發(fā)生較大的改變。在初期運行階段大壩處于安全考驗期,各項參數(shù)指標隨加載歷史和加載路徑而變化,將導(dǎo)致大壩自身強度與周圍實際邊界的相容性與設(shè)計預(yù)想規(guī)律不完全一致。大壩事故統(tǒng)計資料表明,幾乎有60%左右的事故是發(fā)生在初期蓄水或初期運行階段。因此對重要監(jiān)測項目,如壩體變位,應(yīng)做出快速、準確的監(jiān)測和分析,以便及時掌握大壩的運行安全狀態(tài),為制定安全運行監(jiān)控標準和水庫調(diào)度運行方式提供決。通過初期運行安全監(jiān)測工作,加強對重要參數(shù)(近壩區(qū)域變形、應(yīng)力、谷幅變形、滲流滲壓等)的不間斷監(jiān)測,為樞紐建筑物安全鑒定與評價提供可靠、準確、完整、連續(xù)的監(jiān)測成果。

        針對相應(yīng)工程,統(tǒng)計重點、難點及應(yīng)對措施簡介表見表1。

        3 XLD安全監(jiān)測重點、難點及對策

        3.1 項目重點及對策

        3.1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實、可靠

        安全監(jiān)測工作是確保大壩長期安全運行的重要手段,是水工建筑物工程管理的耳目,而監(jiān)測數(shù)據(jù)是建筑物運行性態(tài)的最直觀反映,因此監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性及可靠性尤為重要。水電站工程監(jiān)測儀器數(shù)量繁多、監(jiān)測周期較長,歷史數(shù)據(jù)量較大,為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實可靠,應(yīng)進行系統(tǒng)的全面的梳理判定,重點判別儀器的初始值選取是否正確。

        對應(yīng)措施:

        (1)收集前期相關(guān)資料:包括工程資料、儀器資料、監(jiān)測資料等。

        (2)已有監(jiān)測數(shù)據(jù)成等果復(fù)核:對歷年來已獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行梳理,對所有監(jiān)測儀器初始值選取、計算公式、儀器型號、規(guī)格、技術(shù)參數(shù)、測點布置信息、損壞維修改裝等相關(guān)信息進行復(fù)核。

        (3)聯(lián)合驗收觀測:組織人員對工程范圍內(nèi)的所有監(jiān)測儀器進行聯(lián)合觀測,對儀器的運行狀態(tài)進行判定,對觀測異常的儀器數(shù)據(jù)溝通相應(yīng)觀測單位收集該儀器部位的施工信息、歷史影響因素等。

        表1 重點、難點及應(yīng)對措施簡介

        3.1.2 運行期監(jiān)測精度

        監(jiān)測數(shù)據(jù)是建筑物運行性態(tài)的最直觀反映,為滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性及可靠性的需求因此在觀測過程中減少誤差,提高監(jiān)測精度尤為重要。

        對應(yīng)措施:

        (1)嚴格按照指定的觀測要素進行觀測

        觀測要素:人工觀測至少兩人以上操作,做到“四無”(無缺測、無漏測、無不符精度、無違時),“五隨”(隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核、隨分析),“四固定”(人員固定、儀器固定、測次固定、時間固定)。

        (2)針對異常值的判斷

        記錄全部原始觀測和檢驗資料,及時將觀測資料換算為相應(yīng)的位移等物理量,并進行資料整理、分析各監(jiān)測量的變化規(guī)律和趨勢,通過考證監(jiān)測儀器的安裝埋設(shè)、量程、精度、監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空變化趨勢等資料,初步評價監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)誤差和合理性。判斷有無異常的觀測值。并通過同一部位的不同監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的統(tǒng)一分析、不同部位相同監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的統(tǒng)一分析或同一物理量變化過程監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的分析,初步判斷是否為監(jiān)測數(shù)據(jù)異?;蚪Y(jié)構(gòu)異常。

        3.1.3 巡視檢查的重要性

        水電站施工洞(施工支洞)及交通洞堵頭較多,僅部分部位布設(shè)了監(jiān)測儀器,未布設(shè)監(jiān)測儀器的施工支洞、交通洞堵頭較多,由于部分堵頭連接上游水庫,該部分堵頭的安全也將直接影響電站的安全。

        對應(yīng)措施:

        充分理解工作重點,針對工程的特征,劃分巡視檢查重點。

        一級重點:帷幕后測壓孔(滲壓計)、異常測點;

        三級重點:抗力體變形測點、抗力體滲流滲壓測點、壩體垂直位移測點。

        針對以上部位,相應(yīng)增加巡視檢查力度。

        3.2 項目難點及對策

        3.2.1 大壩資料分析重點及難點

        (1)大壩接縫變形資料分析難點

        壩段接縫的工作狀態(tài)是拱壩能否正常發(fā)揮拱作用的關(guān)鍵因素之一。目前XLD水電站的谷幅收斂變形持續(xù),拱壩整體向下游面變形量值較小,均能夠在大壩的接縫得到相應(yīng)反饋,因此針對大壩接縫變形需綜合多種因素進行評判。

        對應(yīng)措施:

        全面收集壩體徑向切向位移、垂直位移、各層廊道沉降數(shù)據(jù)等各位移變形數(shù)據(jù),并形成過程線,通過位移時間過程線對變形的空間分布規(guī)律和時間效應(yīng),分析不同階段拱壩變形的空間分布、擾度變化和變化規(guī)律,通過對相關(guān)部位的位移過程線進行類比分析得到變形時間變化規(guī)律和空間分布特點,整體分析拱壩接縫情況。

        口腔:將一份微球樣品和1 mL 磷酸緩沖溶液(pH7.0, 10 mM)、6 mL純水混合,然后和8 mL的模擬唾液混合,將pH調(diào)為6.8,置于37℃條件下攪拌10 min,攪拌速度為100 r/min.模擬唾液的制備如表1所示.

        (2)大壩滲流資料分析難點

        XLD地質(zhì)水文條件非常復(fù)雜,水庫蓄水后樞紐區(qū)的滲流場將發(fā)生很大的改變,為了全面掌握整體滲流變化情況,以及驗證灌漿帷幕效果,應(yīng)針對大壩滲壓、滲流量進行全面的梳理和分析。

        對應(yīng)措施:

        針對大壩所有的滲流監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)過程線應(yīng)增加上游水位過程性及施工階段性特性節(jié)點,并繪制壩區(qū)滲流場分布圖,通過壩前水位變化,對壩基滲壓狀態(tài)及防滲帷幕效果進行綜合分析。結(jié)合類似工程滲流監(jiān)測實例進行類比分析。

        (3)大壩應(yīng)力與應(yīng)變資料分析難點

        XLD水電站大壩由于受到谷幅收縮變形及庫水位變化導(dǎo)致的庫盆區(qū)域沉降對應(yīng)力分布及變化的持續(xù)影響。

        對應(yīng)措施:

        ①依托試驗研究所在實測應(yīng)變和徐變試驗資料的基礎(chǔ)之上,對混凝土應(yīng)力分部位、分階段的分析壩體應(yīng)力整體分布規(guī)律和變化特點。

        ②根據(jù)實測溫度和大壩變形等,根據(jù)溫度場分布圖、應(yīng)力場分布圖,變形分布圖,進行規(guī)律性分析,據(jù)此評價大壩應(yīng)力變化規(guī)律。

        3.2.2 水墊塘資料分析重點及難點

        (1)水墊塘邊坡變形分析難點

        水墊塘高邊坡蓄水后出現(xiàn)向上游、向河谷的變形,其中順河向最大位移量大于12mm,左岸約為右岸的2倍,橫河向最大位移大于34mm。馬道發(fā)現(xiàn)縱縫張開、錯動、輕微擠壓現(xiàn)象,坡腳混凝土局部擠壓破碎。

        對應(yīng)措施:

        ①由于水墊塘邊坡變形問題顯著,重點加強該部位的巡視檢查,內(nèi)部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合外部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析邊坡變形的范圍和空間分布;

        ②對水墊塘淺層基巖監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時段和累積量變化分析,通過對比分析不同深度范圍的變形分布和時段內(nèi)的變化過程,掌握淺層基巖的變形特征;

        ③在對層間層內(nèi)錯動帶測斜數(shù)據(jù)進行分析的基礎(chǔ)上,判斷錯動帶是否發(fā)生錯動和滑移;

        ④通過分析測縫計開合度的變化情況,分析水墊塘各廊道裂縫或結(jié)構(gòu)縫的張開、錯動處情況。

        (2)水墊塘及兩岸邊坡滲流滲壓分析難點

        XLD水墊塘滲流量相比拱壩較大,水墊塘及二道壩止水、各排水廊道、交通廊道、相關(guān)施工支洞堵頭、抽排系統(tǒng)等部位的滲漏情況比較復(fù)雜。分析水墊塘滲漏水量及滲漏水的來源是分析重點。

        對應(yīng)措施:

        ①可依托試驗所的對庫區(qū)水、滲漏水、降雨、坡體內(nèi)地下水等相應(yīng)部位進行水質(zhì)分析,區(qū)分庫區(qū)水滲漏和降雨滲流等以判斷滲水來源。

        ②通過水墊塘和二道壩滲壓計水頭的整理,分析水墊塘整體滲壓分布,研究滲壓水位與上下游水位的關(guān)系,明確水墊塘邊坡和底板的揚壓力荷載的大小與分布。

        3.2.3 谷幅變形資料分析重點及難點

        水電站谷幅收縮變形明顯,尚無明顯收斂趨勢。

        對應(yīng)措施:

        ①結(jié)合內(nèi)外觀變形監(jiān)測成果,深入分析谷幅變形產(chǎn)生原因,掌控變形的區(qū)域性和時段性。

        ②谷幅收縮、庫盆沉降目前無明顯收斂趨勢主要反映在外觀變形。內(nèi)部變形在二道壩及水墊塘邊坡也有一定的擠壓變形等反應(yīng),結(jié)合邊坡測斜孔、地下水位、錨索測力計監(jiān)測成果,通過內(nèi)外觀監(jiān)測成果印證,對谷幅變形做深入整體分析。

        ③整理蓄水后滲流場的變化規(guī)律和滲流—應(yīng)力耦合作用下庫岸邊坡及大壩的變形規(guī)律。為下一步谷幅變形對大壩應(yīng)力變形的影響,提供必要的支撐依據(jù)。

        4 結(jié)論及建議

        通過對本工程的結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)情況、前期監(jiān)測成果等相應(yīng)信息的了解和分析??偨Y(jié)工程特征、歸納運行期工程重點、難點。更具有針對性的實施安全監(jiān)測手段,為電站的安全運行提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

        [1]吳中如.中國大壩的安全和管理[J].中國工程科學(xué),2000,2(6):36~39.

        [2]吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

        [3]李珍照.大壩安全監(jiān)測[M].北京:中國電力出版社,1997.

        TV698.1

        A

        2095-2066(2016)29-0099-02

        2016-9-30

        張飛躍(1978-),男,工程師,大學(xué)本科,主要從事工程安全監(jiān)測、研究等工作。

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