陳 俊,邵廣俊,胡偉飛
(國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠,浙江 麗水 323000)
低溫高水位工況下大壩變形及排水量分析
陳 俊,邵廣俊,胡偉飛
(國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠,浙江 麗水 323000)
2010年和2012年緊水灘水電站大壩經(jīng)歷了兩次低溫高水位工況,壩體水平位移和壩基排水顯著增大。通過對兩次低溫高水位工況大壩運(yùn)行狀態(tài)的簡要描述和對環(huán)境量及監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析,定性地分析了低溫高水位工況對大壩運(yùn)行性態(tài)的影響,以更好地掌握大壩運(yùn)行變化規(guī)律,指導(dǎo)運(yùn)行管理。
低溫高水位;水平徑向位移;壩基排水量;大壩安全
緊水灘大壩位于浙江省云和縣甌江上游龍泉溪上,樞紐屬一等工程。大壩為三心雙曲變厚混凝土拱壩,壩高102 m,壩頂弧長350.6 m,壩頂厚5 m,底部最大厚度24.6 m,厚高比0.24,壩頂高程為194 m,壩體自左向右依序分為20個壩段。水庫總庫容13.93億m3,正常蓄水位184 m,死水位164 m,設(shè)計(jì)洪水位190.29 m,校核洪水位192.70 m。該工程于1981年開工,1986年6月下閘蓄水,1987年4月第一臺機(jī)組發(fā)電,1988年底工程竣工。到2013年,拱壩已運(yùn)行了27年。2010年、2012年出現(xiàn)了水位+溫降的不利組合工況,水壓荷載與溫度荷載疊加,使大壩變形和滲流量產(chǎn)生了較大的增量。為了解低溫高水位工況下緊水灘大壩的運(yùn)行性態(tài),本文分析了大壩水平位移和壩基排水量的變化規(guī)律,旨在對低溫高水位工況對大壩的影響做出評價。
2010年初緊水灘流域出現(xiàn)連續(xù)降雨天氣,致使上游庫水位自2月5日起就高于175 m,3月9日17:35最高水位達(dá)到183.67 m,成為建壩以來的年初最高水位。2012年3月大壩再次遭遇相似工況,3月8日15:38水位達(dá)到183.08 m。大壩自投入運(yùn)行以來,3月份低溫季節(jié)庫水位超過180 m僅此兩次,見圖1。
緊水灘大壩運(yùn)行期間壩體溫度主要受外界傳入的壩址氣溫影響,庫水位以下特別是130 m高程以下的壩體溫度主要由下游壩面?zhèn)魅氲臍鉁氐挠绊懀瑤焖灰陨系膲误w溫度受上下游壩面導(dǎo)入的氣溫影響,影響的程度與相應(yīng)氣溫接觸面的距離有關(guān)。大壩內(nèi)埋溫度計(jì)實(shí)測資料顯示,靠近下游壩面及庫水位以上部位壩體溫度在3月達(dá)谷值,本文選取大壩10號壩段具有代表性的斷面繪制了過程線,見圖2。
圖1歷年3月上游庫水位過程線圖
緊水灘大壩水平位移主要由5組正、倒垂線實(shí)現(xiàn)監(jiān)測,分別布置在4號壩段、7號壩段、11號壩段、13號壩段和17號壩段。
對垂線實(shí)測歷史資料表明,壩體徑向位移呈年周期性變化規(guī)律,每年3月份壩體向下游變形,9月份壩體向上游變形。同一高程上,徑向位移以靠近中部拱冠的11號壩段最大,向兩岸的測點(diǎn)位移漸小,同一壩段各測點(diǎn)高程越高,測點(diǎn)的徑向位移變化幅度越大。
低溫高水位期間,垂線自動化測量測次為1次/4 h,能較為精確的捕捉到大壩的細(xì)微變形。從2010年初垂線自動化數(shù)據(jù)分析可以看出,隨著水位的上升,大壩壩體有持續(xù)向下游的位移;隨著水位的下降,大壩有明顯向上游的位移,壩體位移與所承受的水壓力有明顯的相關(guān)性,見圖3。分析變幅分布,同一高程上,拱冠壩段最大,向兩邊壩段遞減,基本呈對稱分布;同一壩段上,隨著高程的降低,變幅逐步減小。
圖3壩段▽194徑向位移與水位變化過程線
在該不利工況作用下,大壩向下游位移創(chuàng)歷史最大值,見表1。2012年3月大壩再次經(jīng)歷低溫高水位工況,大壩向下游位移又創(chuàng)新的歷史最大值。
表1壩頂徑向位移統(tǒng)計(jì)表
對垂線切向位移的統(tǒng)計(jì)分析表明,隨著水位的上升,兩岸壩段向岸坡位移,即左岸壩段向左,右岸壩段向右。分析變幅分布,同一高程上拱冠壩段變幅最小,向兩岸逐步增大,同一壩段上除拱冠11壩段外,測點(diǎn)均隨著高程減低,變幅變小,壩體最大切向位移變幅基本呈對稱分布。
通過壩頂水平位移與水位相關(guān)分析可以得出,低溫高水位工況下,大壩變形與水位變化有較高的相關(guān)性。徑向位移創(chuàng)新的歷史最大值,是溫度荷載和水壓荷載疊加的結(jié)果;而切向位移均未創(chuàng)新最大值,這與溫度荷載和水壓荷載導(dǎo)致的切向位移相反,互相抵消有關(guān)。
從整體情況看,隨著水位的降低和氣溫的回升,大壩變形逐漸恢復(fù),說明變形屬彈性變形,且位移空間分布合理,符合拱壩一般變化規(guī)律。
對緊水灘大壩壩段排水量分析表明,低溫期間水位對壩基排水影響顯著。2010年3月低溫高水位工況下壩基排水總量達(dá)到303.85 m3/d,創(chuàng)歷史最大值,較同月初增加174.34 m3/d。2012年3月類似工況下排水量又創(chuàng)新的歷史最大值,達(dá)到439.72 m3/d,與同年2月測值相比增大了8倍,見圖4。由圖4可看出,低溫高水位工況下壩基排水量遠(yuǎn)大于正常工況下的壩基排水量,隨著水位的降低,壩基排水量迅速減小。壩基排水主要是集中在8~11壩段,這些壩段在低溫高水位工況下增量顯著。從壩基的排水量與上游水位相關(guān)分析中可以看出,當(dāng)庫水位低于▽170 m時,排水量沒有大的變化,當(dāng)庫水位高于▽170 m后,排水量有明顯增加,當(dāng)水位高于▽180 m后,排水量增加顯著。
圖4上游水位與壩基總排水量過程圖
低溫狀態(tài)下,裂隙擴(kuò)張,同時高水位造成較大的滲透壓力,致使壩基排水迅速增大。從圖4可以看出,低溫高水位工況下2012年排水量大于2010年排水量,恢復(fù)正常工況后2012年排水量也稍大于2010年,說明低溫高水位不利工況造成了滲流通道的相對通暢。
緊水灘水電站大壩在低溫高水位組合工況下,水平徑向位移和壩基排水量顯著增大,并依次創(chuàng)新歷史最大值。期間巡視檢查未發(fā)現(xiàn)異常,大壩位移變化過程平滑,無突變現(xiàn)象,空間分布合理,各監(jiān)測量在不利工況消除后均有良好恢復(fù),但一定程度上造成了壩基滲流通道的相對通暢,在今后的運(yùn)行中應(yīng)盡量避免類似工況發(fā)生,以避免異常情況持續(xù)發(fā)展,造成壩基防滲帷幕的損傷。同時仍應(yīng)加強(qiáng)對類似不利工況下的監(jiān)測與分析工作,以更好地掌握大壩運(yùn)行變化規(guī)律,指導(dǎo)運(yùn)行管理,及時發(fā)現(xiàn)異常情況,確保大壩安全運(yùn)行。
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TV642
A
1672-5387(2017)11-0047-03
10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.018
2017-08-30
陳 俊(1983-),男,工程師,從事水電廠大壩安全監(jiān)測工作。