（松遼委察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古烏蘭浩特137400）

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)改造設計

任俊芳，李帥，滕忠雪

（松遼委察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古烏蘭浩特137400）

文中結(jié)合察爾森水庫除險加固主體工程的改造，對水庫現(xiàn)有部分安全監(jiān)測儀器、設施進行更新改造，建立一套及時反饋建筑物運行工況的安全監(jiān)測系統(tǒng)，保證察爾森水庫安全管理運行。

除險加固；安全監(jiān)測；改造設計；察爾森水庫

位于嫩江支流洮兒河中游的察爾森水庫，多年運行存在諸多安全隱患，2011年被鑒定為“三類壩”，需要進行水庫除險加固，維持原工程規(guī)模不變，主要對壤土心墻壩、溢洪道、泄洪洞三部分工程進行維修加固。結(jié)合此次主體工程的改造，對部分水庫現(xiàn)有安全監(jiān)測儀器、設施進行更新改造，建立一套及時反饋建筑物運行工況的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀

目前察爾森水庫安全監(jiān)測主要設有變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測兩大類。

1.1 變形監(jiān)測

表面垂直位移采用精密水準測量方法，利用水準儀進行觀測；表面水平位移采用視準線法(活動艦牌法)，利用經(jīng)緯儀進行觀測；倒垂線觀測使用三維坐標儀進行觀測，目前壩體表面垂直位移、水平位移布置了測點29個。壩體內(nèi)部分層垂直位移、水平位移分別采用沉降儀和測斜儀進行觀測，目前共有觀測孔2個，分別位于樁號0+360.00m，1+442.00m處。

1.2 滲流監(jiān)測

大壩滲流監(jiān)測于1991年共布設65個觀測孔，分布在11個斷面。其中，壩體滲流45孔，壩基滲流15孔，繞壩滲流5孔。2000年4月又增設了一個觀測斷面、5個觀測孔，其中，心墻2孔、砂礫層3孔。目前，壩體滲流監(jiān)測共計70個測點。

1.3 存在的問題

1）水庫現(xiàn)有安全監(jiān)測設施、設備老化落后，變形標點因凍融作用破損嚴重。

2）測壓管保護裝置同壩頂高程相同，長期被通行的車輛碾壓，造成保護裝置經(jīng)常開焊破壞變形，很難打開，已多次維修。

3）壩體表面水平位移觀測使用的是T3經(jīng)緯儀，使用年限已久，儀器精度降低。同時由于視準線過長(大于1800 m)，觀測精度低。三維坐標儀年久失修，倒垂線已無法進行觀側(cè)。

4）現(xiàn)有滲流監(jiān)測設施中，測壓管出口至MCU之間儀器電纜老化，電纜保護管銹蝕嚴重，有的電纜與保護管粘連，影響信號傳輸。

5）安裝的滲壓計為基康公司的（Geokon）GK4500S型，量程0.35MPa，長期觀測成果表明，測壓管水位變幅在3～10m，由于選用的滲壓計量程偏大以及已安裝運行14年等因素的影響，導致實際測量精度較低，難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

6）大壩上游護坡表面變形監(jiān)測點，在上游干砌石護坡處理過程中，采取了細石混凝土灌漿處理措施，灌漿后測點與護坡整體形成一體.導致測點的測值不能真實反應壩體變形。

針對以上問題，在此次除險加固工程中，需要對部分現(xiàn)有安全監(jiān)測儀器、設施進行更新改造。

2 改造的主要內(nèi)容

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)改造內(nèi)容主要包括：壩頂所有表面變形監(jiān)測設備、設施進行重建；滲流監(jiān)測設備及相關(guān)的儀器電纜進行更換；溢洪道增設變形、混凝土應力應變及溫度、閘室底板揚壓力監(jiān)測。按照監(jiān)測功能可分為：表面變形監(jiān)測，閘墩混凝土應力、鋼筋應力及溫度監(jiān)測，滲流監(jiān)測，自動化監(jiān)測。

2.1 表面變形監(jiān)測

在壩址下游區(qū)布設一等精密水準基點網(wǎng)。精密水準基點網(wǎng)由1組水準基點組（3點）、11個水準工作基點組成水準環(huán)線，按國家一等水準測量精度施測。水準基點組布置在壩下游約1.5km處的上壩公路附近；大壩水準工作基點沿用原有的7個工作基點，溢洪道新增設4個水準工作基點。

1）表面垂直位移監(jiān)測

因壩頂施工原監(jiān)測設施無法保留，需要新設壩體表而垂直位移測點，測點布置在壩頂心墻軸線部位，共布置17個測點。測點沿壩軸線方向與原測點樁號相同，以便與原監(jiān)測數(shù)據(jù)進行銜接。在壩頂左右岸各建一組（2點）壩頂垂直位移監(jiān)測工作基點。

對上游壩坡D線的測點進行重新修建，共建6個測點。對下游壩坡C線及馬道上B線原有8個垂直位移測點設備及7個工作基點設備及保護罩進行更換。

溢洪道每個閘墩上設垂直位移測點1個，左右邊墻分別設4個，共布置12個測點。修建溢洪道水準工作基點4點，左右側(cè)各1組（2點）。

結(jié)合壩體改造及原監(jiān)測系統(tǒng)情況，壩體表面垂直位移監(jiān)測仍采用精密水準法觀測。采用的儀器為電子水準儀和配套水準尺。水準工作基點與垂直位移監(jiān)測點，組成閉合或附合水準路線，按二等水準測量精度施測。

2）表面水平位移監(jiān)測

因壩頂施工原監(jiān)測設施無法保留，結(jié)合壩頂拆除處理方案和原觀測布置情況，在壩頂公路下游側(cè)新建壩體水平位移監(jiān)測測點，每個測點間隔約100m，壩頂共布置16個測點。測點沿壩軸線方向?qū)φ赵瓑雾敚ˋ線）測點位置布置，以便監(jiān)測數(shù)據(jù)的銜接與對應分析。

由于壩軸線較長，壩頂視準線長約1500m。根據(jù)規(guī)范要求視準線長度超過500m時，應增設工作基點，因此需進行分段布設，共分成4段：其中一個工作基點和一個校核工作基點布置在右岸山體上，位于視準線測點的延長線上；3個工作基點布設在壩體上。為了給工作基點提供基準，共布置3條倒垂線，分別位于樁號0+203,0+692m和1+192m下游壩坡上，在倒垂部位建觀測房。倒垂線人工觀測采用光學垂線儀，自動觀測采用遙測垂線儀，MCU與自動采集中心通過無線通訊設備進行數(shù)據(jù)傳輸。

對上游壩坡D線的測點進行重新修建，與垂直位移點共用一個測點墩，共建6個測點。對下游壩坡C線及馬道上B線原有8個水平位移測點及6個工作基點的設備及保護罩進行更換。

視準線采用小角法分段施測。為提高視準線觀測梢度、降低視準線觀測工作強度，采用具有自動目標識別及快速跟蹤功能的全站儀及配套設備進行觀測。

3）大壩基礎防滲處理范圍內(nèi)防滲墻的監(jiān)測

在大壩基礎防滲處理范圍0+150.00～0+815.00m(長665m)和1+222.00～1+470.00m(長248m)內(nèi)，布置測斜孔監(jiān)測防滲墻的水平位移。在0+150.00～0+815.00m范圍內(nèi)設一個測斜孔，在1+222.00～1+470.00m范圍內(nèi)設2個測斜孔。觀測采用現(xiàn)有的測斜儀進行。

2.2 閘墩混凝土應力、鋼筋應力及溫度監(jiān)測

在閘墩設置一個監(jiān)測斷面，布置應變計組、無應力計、鋼筋計及溫度計進行閘墩混凝土應力、鋼筋應力及混凝土溫度監(jiān)測。

1）閘墩應力監(jiān)測

在監(jiān)測斷面內(nèi)閘墩應力比較集中的部位，布置三向應變計組監(jiān)測混凝土應力的變化，在距每組應變計組1.5m的部位布置無應力計，共布置2組三向應變計組，2支無應力計。

2）鋼筋應力監(jiān)測

在監(jiān)測斷面內(nèi)閘墩的扇形鋼筋部位，沿不同高程布置10支鋼筋計，監(jiān)測扇形鋼筋應力的變化，在閘墩兩側(cè)弧門支座根部的部位各布置鋼筋計1支。共布置12支鋼筋計。

3）溫度監(jiān)測

閘墩溫度與混凝土應力、鋼筋應力監(jiān)測采用同一監(jiān)測斷面，由于應變計、鋼筋計可兼測溫度，因此在有應變計的部位不再布置溫度計，閘墩及其基礎共布置18支溫度計。在壩基鉆孔，沿孔內(nèi)不同高程埋設溫度計監(jiān)測壩基溫度，共布置3支溫度計。

2.3 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括壩基和壩體滲流壓力、滲流量、繞壩滲流監(jiān)測，新處理段防滲堵及帷幕防滲效果監(jiān)測。

1）壩基、壩體滲流壓力及繞壩滲流監(jiān)測

針對滲流監(jiān)測中存在的問題，對全部測壓管進行掃孔處理，根據(jù)察爾森水庫管理局多年運行監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出的儀器量程過大，造成測量精度較低。因此，更換部分水位變幅較小，儀器量程偏大的滲壓計，共更換55支滲壓計。儀器安裝完成后引入原MCU，對于所有線路進行電纜保護管和電纜更換，恢復滲漏量監(jiān)測所需的儀器設備、設施。

2）溢洪道閘室底板揚壓力

根據(jù)溢洪道改造方案，為監(jiān)測溢洪道閘室底板揚壓力，在3個泄洪孔各選一個監(jiān)測斷面，每個斷面布置4支滲壓計，共布置12支。儀器電纜最終引至溢洪道頂啟閉機室內(nèi)設置的MCU。

3）滲流量

原察爾森水庫監(jiān)測設計中有4座量水堰，溢洪道附近的量水堰在’98洪水中被沖毀，其它3座沒有安裝。結(jié)合此次除險加固設計中監(jiān)測儀器設備的更新改造，在原位置對原設計中的滲流量監(jiān)測儀器設備進行恢復與修建，共修建量水堰4座，并在該位置建量水堰觀測維護房。人工觀測采用水位測針，自動觀測采用磁致式液位計。

4）新處理段防滲墻及帷幕防滲效果監(jiān)測

為監(jiān)測新處理段防滲墻及帷幕防滲效果，在0+ 150.00～0+815.00m范圍內(nèi)設一個監(jiān)測斷而，在1+222.00～1+470.00m范圍內(nèi)設2個監(jiān)測斷面。在監(jiān)測斷面內(nèi)的心墻及帷幕后分不同高程布置滲壓計監(jiān)測其防滲效果，每個斷面布置2支滲壓計，共布置6支。

2.4 自動化監(jiān)測

此次改造可納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)的儀器共計69支，儀器通過設在監(jiān)測站內(nèi)的MCU進行數(shù)據(jù)采集，與原自動化監(jiān)測系統(tǒng)通訊方式一致，采用電臺設備進行無線通訊。原有軟件進行升級改造。

共設2個監(jiān)測站，其中1號監(jiān)測站設在樁號0+570m處的觀測房內(nèi)，2號監(jiān)測站位于閘墩上的啟閉機室內(nèi)。

布置在壩頂?shù)牡勾挂?號監(jiān)測站，站內(nèi)設1臺MCU；布置在閘墩內(nèi)的儀器引入2號監(jiān)測站，站內(nèi)設2臺MCU。

觀測房用電由溢洪道配電室內(nèi)0.4kV低壓配電屏引接，壩頂其它觀測用電由壩頂觀測房引入。

3 結(jié)語

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的改造設計滿足水庫管理運行要求，儀器的安裝埋設、電纜的敷設符合設計規(guī)范要求，安全監(jiān)測系統(tǒng)性能良好，較好地實現(xiàn)了察爾森水庫安全運行的自動監(jiān)測和遠程控制。

［1］SL169-96，土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程［S］.

［2］趙志仁.大壩安全監(jiān)測的原理與應用［M］.天津：科學技術(shù)出版杜，1992.

1002－0624（2017）07－0065－03

2017-02-04