張 猛 李善巖 孫正明 王玲玲

喀麥隆曼維萊水電站安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

張 猛 李善巖 孫正明 王玲玲

曼維萊水電站工程的擋水建筑物為黏土心墻堆石壩、均質(zhì)土壩與混凝土重力壩連接的混合壩型，主要介紹了工程的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)，監(jiān)測設(shè)計(jì)以擋水建筑物的變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測為重點(diǎn)，并兼顧全面，形成覆蓋整個(gè)工程的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

安全監(jiān)測設(shè)計(jì) 變形監(jiān)測 滲流監(jiān)測

1 工程概況

曼維萊水電站攔河壩為混合壩型，包括擋水壩及泄水建筑物。沿壩軸線從左至右依次為：左岸混凝土連接壩段、泄洪沖沙閘及主溢洪道、黏土心墻堆石壩段、均質(zhì)土壩段、輔助溢洪道、右岸均質(zhì)土壩段。工程規(guī)模為大(2)型，最大壩高28.3 m，壩頂總長約1 800 m。擋水壩和泄水建筑物布置圖見圖1。

圖1 工程擋水壩和泄水建筑物布置圖

工程輸水建筑物由渠道進(jìn)水口、輸水明渠、天然前池及二道壩、電站進(jìn)水口和壓力管道等組成。電站采用引水徑流式開發(fā)，電站廠房為地面式，共安裝4臺發(fā)電機(jī)組。

2 監(jiān)測設(shè)計(jì)目的及原則

安全監(jiān)測設(shè)計(jì)的主要目的是通過對工程施工期和運(yùn)行期的全面、系統(tǒng)監(jiān)測，及時(shí)了解各階段工程實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，確保工程運(yùn)行安全，充分發(fā)揮工程效益；指導(dǎo)工程施工，提高工程施工質(zhì)量；通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算分析，反饋設(shè)計(jì)，也為其它工程積累經(jīng)驗(yàn)。

安全監(jiān)測設(shè)計(jì)根據(jù)水工建筑物的布置及所在區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行，設(shè)計(jì)遵循的原則為：監(jiān)測項(xiàng)目設(shè)置“突出重點(diǎn)，兼顧全面”；儀器設(shè)備選型 “實(shí)用、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)”；施工期人工觀測和運(yùn)行期自動(dòng)化監(jiān)測相結(jié)合；儀器監(jiān)測與人工巡視檢查相結(jié)合。

3 監(jiān)測建筑物及監(jiān)測項(xiàng)目

主要監(jiān)測建筑物為攔河壩、主溢洪道、輔助溢洪道、二道壩、輸水建筑物和電站廠房等。

(1)攔河壩監(jiān)測項(xiàng)目為壩體表面變形、內(nèi)部變形、壩體及壩基滲壓、繞壩滲流及環(huán)境量監(jiān)測。

(2)溢洪道主要監(jiān)測底板揚(yáng)壓力及邊墻與壩體結(jié)合部位的滲透壓力。

(3)輸水明渠進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘主要監(jiān)測底板揚(yáng)壓力及結(jié)構(gòu)連接縫的開合度。

(4)二道壩及輸水明渠主要監(jiān)測表面垂直位移。

(5)電站廠房主要監(jiān)測廠房底板揚(yáng)壓力、壓力鋼管的鋼板應(yīng)力、蝸殼鋼板應(yīng)力及周圍混凝土的應(yīng)力應(yīng)變等。

(6)除進(jìn)行上述儀器監(jiān)測項(xiàng)目外，還要進(jìn)行現(xiàn)場巡視檢查。

4 監(jiān)測布置

4.1 攔河壩

攔河壩同時(shí)采用了黏土心墻堆石壩與均質(zhì)土壩兩種壩型，主壩上建有主溢洪道和輔助溢洪道。根據(jù)攔河壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在黏土心墻壩布置4個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測斷面、均質(zhì)壩布置4個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測斷面，重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目為變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測。

4.1.1 變形監(jiān)測4.1.1.1 表面變形

在壩頂下游側(cè)每隔100 m左右布置1個(gè)水平位移測點(diǎn)，在壩下游分別布置2個(gè)工作基點(diǎn)及2個(gè)校核基點(diǎn)。水平位移采用高精度全站儀按二等邊角網(wǎng)技術(shù)要求施測。

水平位移測點(diǎn)同時(shí)布置垂直位移測點(diǎn)，另在每個(gè)表面變形監(jiān)測斷面壩頂上游側(cè)，下游壩坡和坡腳各布置1個(gè)垂直位移測點(diǎn)，垂直位移工作基點(diǎn)布置在兩岸穩(wěn)定的地基上，由于攔河壩較長，在壩體中間位置下游穩(wěn)定地基上增設(shè)1個(gè)工作基點(diǎn)。垂直位移按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測，基準(zhǔn)點(diǎn)布置在壩下1～2 km新鮮穩(wěn)定的基巖上。

4.1.1.2 內(nèi)部變形

在壩體8個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測斷面中，選取1個(gè)心墻壩段監(jiān)測斷面、2個(gè)均質(zhì)壩段監(jiān)測斷面分別布置1個(gè)測斜管兼沉降管，在管外每隔2 m高程設(shè)1個(gè)沉降磁環(huán)，測斜管深入基礎(chǔ)內(nèi)3.0 m，監(jiān)測壩體內(nèi)部水平位移及垂直位移。

4.1.2 滲流監(jiān)測

壩體滲流監(jiān)測包括壩體、壩基滲壓及繞壩滲流監(jiān)測。

4.1.2.1 壩體及壩基滲壓

在壩體8個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測斷面位置，每個(gè)斷面壩基布置5～6支滲壓計(jì)，其中灌漿帷幕上、下游分別布置1支，帷幕后基礎(chǔ)深層布置2支，監(jiān)測壩基滲透壓力，了解帷幕防滲效果；在壩體內(nèi)沿高程選取3個(gè)層面布置7～8支滲壓計(jì)，監(jiān)測壩體內(nèi)滲透壓力。均質(zhì)壩監(jiān)測斷面壩體內(nèi)測點(diǎn)主要布置在排水墊層上游側(cè)，黏土心墻壩監(jiān)測斷面壩體內(nèi)測點(diǎn)主要布置在心墻內(nèi)。在監(jiān)測斷面壩體下游排水溝外地面布置1根測壓管，監(jiān)測地下水位變化，用于壩體滲流變化分析。均質(zhì)壩和心墻壩的重點(diǎn)監(jiān)測斷面布置見圖2、3。

圖2 均質(zhì)壩典型監(jiān)測斷面布置圖

圖3 黏土心墻壩典型監(jiān)測斷面布置圖

由于不同壩型連接部位存在滲流和變形破壞的可能，除對8個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測斷面的壩體及壩基滲壓進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，并對連接部位的滲流進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。

在黏土心墻壩和均質(zhì)壩的連接部位選取3個(gè)高程層面布置7～8支滲壓計(jì)，監(jiān)測連接部位的滲透壓力。

4.1.2.2 繞壩滲流

在攔河壩與兩岸交界面上及兩岸山體內(nèi)分別布置8套測壓管，測壓管內(nèi)安裝滲壓計(jì)，監(jiān)測以上部位的繞滲壓力。

4.1.3 環(huán)境量監(jiān)測

環(huán)境量監(jiān)測包括水位和氣溫監(jiān)測。在大壩的上、下游各設(shè)水尺監(jiān)測水位；在壩區(qū)設(shè)1個(gè)氣溫監(jiān)測點(diǎn)，采用自記溫度計(jì)監(jiān)測。

4.2 溢洪道

溢洪道包括主溢洪道和輔助溢洪道。

4.2.1 變形監(jiān)測

溢洪道的變形監(jiān)測項(xiàng)目與大壩結(jié)合布置，在主、輔溢洪道的每個(gè)閘墩頂部各設(shè)1個(gè)水平位移測點(diǎn)，水平位移測點(diǎn)同時(shí)布置垂直位移測點(diǎn)，另在主溢洪道每個(gè)閘墩尾布置1個(gè)垂直位移測點(diǎn)。溢洪道的變形監(jiān)測基點(diǎn)與壩體共用。

4.2.2 滲流監(jiān)測

在主、輔溢洪道沿水流方向各設(shè)2個(gè)縱向監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面基巖內(nèi)布置5支滲壓計(jì)，其中1支位于帷幕上游建基面基巖內(nèi)，3支位于帷幕后建基面基巖內(nèi),1支位于帷幕后深層基巖內(nèi)；并在溢洪道每個(gè)壩段閘室中間附近的建基面基巖內(nèi)布置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測底板揚(yáng)壓力。

在溢洪道兩邊墻與壩體交界面分別布置1～3支滲壓計(jì)，監(jiān)測不同結(jié)構(gòu)接觸面的滲透壓力。

4.2.3 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

選取主溢洪道右孔及左孔閘墩進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，在閘墩墻體分別布置4支鋼筋計(jì)、6支應(yīng)變計(jì)，在底板布置4支鋼筋計(jì)、3支應(yīng)變計(jì)、1支無應(yīng)力計(jì)，在閘墩牛腿扇形受力鋼筋上布置3支鋼筋計(jì)，監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變。

4.3 渠道進(jìn)水口

渠道進(jìn)水口為5孔閘，前接引渠段，后接輸水明渠。

(1)在進(jìn)水閘室底板與上、下游結(jié)構(gòu)接縫位置各布置1支測縫計(jì)，監(jiān)測接縫開合度。

在每個(gè)閘墩首、尾各布置1個(gè)垂直位移測點(diǎn)，監(jiān)測閘墩垂直位移。

(2)在進(jìn)水閘選擇其中2孔設(shè)2個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)監(jiān)測斷面在閘底板下沿水流方向各布置5支滲壓計(jì)，并在閘室中間位置底板下兩端各布置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測底板揚(yáng)壓力。

4.4 輸水明渠

輸水明渠主要監(jiān)測高邊坡地段的邊坡表面變形。每隔50～100 m在兩岸馬道上布置垂直位移測點(diǎn)，監(jiān)測邊坡沉降變形，工作基點(diǎn)設(shè)在兩岸穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。

在高邊坡渠段和填方渠段布置測壓管和滲壓計(jì)監(jiān)測高邊坡的地下水位和渠堤的滲流情況。

4.5 二道壩

在二道壩壩頂下游側(cè)每隔100 m左右設(shè)1個(gè)垂直位移測點(diǎn)，監(jiān)測壩體表面沉降變形。

壩體設(shè)2個(gè)內(nèi)部監(jiān)測斷面，每個(gè)監(jiān)測斷面設(shè)1個(gè)測斜管兼沉降管監(jiān)測壩體內(nèi)部水平位移及垂直位移，測斜管深入灌漿巖層3.0 m。

二道壩的滲流監(jiān)測包括壩體滲壓、壩基滲壓、繞壩滲流和滲流量監(jiān)測。

4.6 電站進(jìn)水口

電站進(jìn)水口為4孔閘，電站進(jìn)水口的變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測布置與渠道進(jìn)水口基本一致。

并在電站進(jìn)水口附近布置1根水尺監(jiān)測水位。

4.7 壓力管道

壓力管道監(jiān)測選取1#、3#為監(jiān)測對象。在1#、3#壓力鋼管上彎段鎮(zhèn)墩與上、下游連接縫位置布置4支測縫計(jì)，監(jiān)測接縫開合度。

在進(jìn)入廠房前的壓力鋼管段設(shè)1個(gè)監(jiān)測斷面，在鋼管四周布置4支軸向鋼板計(jì)及4支環(huán)向鋼板計(jì)，監(jiān)測鋼管變形。

4.8 電站廠房

4.8.1 廠房

廠房沿水流方向布置3個(gè)監(jiān)測斷面，布置在1#、3#機(jī)組中心線及排水井底部位置。

每個(gè)監(jiān)測斷面底板下布置4支滲壓計(jì)，監(jiān)測底板揚(yáng)壓力；在1#、3#機(jī)組底板與上游底板連接縫位置各布置1支測縫計(jì)，監(jiān)測接縫開合度。

在廠房布置18～20個(gè)垂直位移測點(diǎn)，監(jiān)測廠房沉降變形。工作基點(diǎn)布置在山坡穩(wěn)定地基上。

4.8.2 蝸殼

選取1#、3#機(jī)作為監(jiān)測對象，在1#、3#機(jī)組的蝸殼布置鋼板計(jì)監(jiān)測鋼板應(yīng)力，在周圍混凝土內(nèi)布置鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)、無應(yīng)力計(jì)監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變。

4.9 邊坡工程

在廠房邊坡布置12支三點(diǎn)式位移計(jì)，監(jiān)測邊坡巖體不同深度位移；在邊坡馬道上布置29個(gè)垂直位移測點(diǎn)，監(jiān)測邊坡沉降變形，垂直位移工作基點(diǎn)布置在廠區(qū)穩(wěn)定地基上。

在左側(cè)邊坡馬道上布置2個(gè)測壓管，監(jiān)測邊坡地下水位變化情況。

4.10 巡視檢查

巡視檢查的目的是為了檢查大壩及各建筑物在施工期和運(yùn)行期的安全性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行提出補(bǔ)救和改進(jìn)措施。

5 安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)

5.1 監(jiān)測站布置

主壩設(shè)3個(gè)現(xiàn)地監(jiān)測站，首部樞紐和二道壩各設(shè)1個(gè)監(jiān)測站，監(jiān)測站設(shè)有效的防雷接地裝置，配備220 V交流電源及照明；在電站發(fā)電機(jī)層墻壁上設(shè)2個(gè)MCU預(yù)留槽。管理中心監(jiān)測站設(shè)在電站副廠房內(nèi)，內(nèi)設(shè)工控機(jī)、服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)等設(shè)備。

5.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

工程監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)分為現(xiàn)場監(jiān)測站和管理中心監(jiān)測站?，F(xiàn)場監(jiān)測站由傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置組成。中心監(jiān)測站包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的工控機(jī)和負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理與分析及安全監(jiān)測日常管理的計(jì)算機(jī)等?，F(xiàn)場監(jiān)測站與中心站之間通過光纖及雙絞線通信，電站管理信息中心為安全監(jiān)測預(yù)留通信接口。

5.3 系統(tǒng)功能

監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲、傳輸、報(bào)警、保護(hù)、數(shù)據(jù)分析等多種功能；并具有長期運(yùn)行穩(wěn)定性優(yōu)良，防潮性能好，抗干擾和抗雷電、過電壓能力強(qiáng)，故障率低、技術(shù)先進(jìn)，并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)認(rèn)可等特點(diǎn)。系統(tǒng)支持自報(bào)和應(yīng)答兩種制式。

6 結(jié) 語

目前曼維萊水電站已經(jīng)過蓄水驗(yàn)收和機(jī)組充水試驗(yàn)，安全監(jiān)測在施工期和運(yùn)行期提供了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，為工程的順利實(shí)施提供了有力保證，也為評價(jià)工程運(yùn)行安全發(fā)揮了重要作用。

TV698

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1007-6980(2017)03-0060-04

張 猛 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李善巖 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

孫正明 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

王玲玲 女 助理工程師 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局 天津 300380

2017-07-10)