王春國(guó)，趙 斐

(1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710065；2.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司，陜西鎮(zhèn)安710061)

0 引言

大量的工程實(shí)踐告訴我們，需要建立恰當(dāng)合理的安全監(jiān)測(cè)措施以確保大壩可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行。目前大壩的安全監(jiān)測(cè)主要對(duì)大壩變形、滲壓、應(yīng)力變形、滲流以及溫度等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，多采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法。這主要是由于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)容易受多種因素的干擾如人員素質(zhì)、認(rèn)為誤差、工作環(huán)境等。隨著機(jī)械技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，高精度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)逐漸運(yùn)用于實(shí)際工程中，自動(dòng)監(jiān)測(cè)具有高精度、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被世界上的所有國(guó)家所采用，和它相對(duì)于的安全監(jiān)測(cè)理論也日漸成熟[1-4]。大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以反映大壩的實(shí)時(shí)工作性態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以有效地修正設(shè)計(jì)中的不完善，進(jìn)而可以指導(dǎo)大壩的施工、運(yùn)行和維護(hù)。做好大壩的安全監(jiān)測(cè)工作，對(duì)大壩的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、防震減災(zāi)以及安全預(yù)警等具有重大意義。

1 工程概況

拉西瓦水電站為I等大(一)型工程，是黃河上游龍青段的第二個(gè)梯級(jí)電站，位于青海省貴德縣與貴南縣交界的龍羊峽谷出口段，上距龍羊峽水電站32.8 km，下距李家峽水電站73 km。拉西瓦水電站主要任務(wù)是發(fā)電，總裝機(jī)4200MW，多年平均年發(fā)電量102.23億kW·h，為黃河上規(guī)模最大的水電站。水庫(kù)正常高水位是2452 m，相應(yīng)庫(kù)容為10.79億m3。主要建筑物包括雙曲拱壩，壩身泄洪建筑物和右岸全地下引水發(fā)電系統(tǒng)。主體工程混凝土澆筑總量373.4萬(wàn)m3，大壩混凝土于2006年4月15日開始澆筑，主廠房于2003年11月9日開始開挖。

拉西瓦壩址區(qū)多年平均流量659 m3/s，電站正常蓄水位2452 m，相應(yīng)庫(kù)容10.06億m3。50 a水庫(kù)壩前泥沙淤積高程2286.2 m；100 a水庫(kù)壩前泥沙淤積高程2296 m。拉西瓦地處中緯度內(nèi)陸高原，屬典型的大陸性氣候，氣溫日差較大，無(wú)霜期短，多年平均氣象要素為：氣溫7.2℃，最高氣溫15.3℃，最低氣溫0.3℃，降雨量259 mm，蒸發(fā)能力2004 mm，最大風(fēng)速15.2 m/s；多年絕對(duì)最高和最低氣溫為34℃(7月)及-23.8℃(1月)。

2 大壩及基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

溫度監(jiān)測(cè)包括壩基，壩體和庫(kù)水溫度。庫(kù)水溫度利用測(cè)溫光纖和溫度計(jì)布設(shè)而成的測(cè)溫垂線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度計(jì)2452 m～2430 m高程之間每5 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以下每15 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。此外上游壩面混凝土溫度測(cè)點(diǎn)兼作庫(kù)水溫的監(jiān)測(cè)。在壩體泄水孔口附近利用鋼筋計(jì)等監(jiān)測(cè)溫度，以準(zhǔn)確了解這些部位的局部水溫。下游壩面低高程的溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)兼作下游水溫監(jiān)測(cè)。水溫監(jiān)測(cè)的所有傳感器接入自動(dòng)化系統(tǒng)。

壩體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要采用銅電阻溫度計(jì)。選擇4#、7#、11#、16#、19#壩段作為壩體溫度監(jiān)測(cè)典型斷面，立面上每隔20 m布置一層溫度計(jì)。由于差動(dòng)電阻式儀器均可以測(cè)量溫度，因此壩內(nèi)埋設(shè)的電阻式儀器，如測(cè)縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)等均作為壩體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的組成部分。同時(shí)為了測(cè)量施工期壩體溫度并為接縫灌漿服務(wù)，結(jié)合施工期溫度測(cè)量，在每個(gè)壩段內(nèi)部相鄰灌區(qū)高程之間埋設(shè)一支溫度計(jì)。為了實(shí)測(cè)壩體混凝土導(dǎo)溫系數(shù)，在4#、19#壩段2400 m高程上、下游壩面布置溫度計(jì)組，每組含5支溫度計(jì)，距壩面分別為0 m，0.1 m，0.2 m，0.4 m，0.6 m。此外，在11#壩段2270 m高程下游壩面也設(shè)置一組溫度計(jì)組。基礎(chǔ)巖石溫度監(jiān)測(cè)采用鉆孔溫度計(jì)組監(jiān)測(cè)，共布置6組，在拱壩2400 m、2320 m、2210 m高程兩岸壩基各布置一組，河床基礎(chǔ)在壩踵、壩趾和壩段中間部位各布置一組。每組含5支溫度計(jì)，距建基面分別為0.15 m、1.0 m、3.0 m、7.0 m、15 m。拱壩及其溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)共布置溫度計(jì)410支，包括基巖溫度計(jì)組6組。

3 大壩及基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)資料分析

本文主要對(duì)拱壩及基礎(chǔ)部位在首次蓄水期的溫度場(chǎng)特性進(jìn)行分析。拱壩及基礎(chǔ)初期蓄水期溫度場(chǎng)重點(diǎn)以拱冠11#壩段、邊坡7#壩段和2240 m高程、2280 m高程平切面為主進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度資料，繪制7#壩段、11#壩段和224 m高程、2280 m高程平切面的溫度場(chǎng)等值線圖。

3.1 11#壩段溫度場(chǎng)

根據(jù)11#壩段埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行11#壩段溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份、12月份為典型分析時(shí)刻。2009年中旬溫度場(chǎng)見圖1。

根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：壩體基礎(chǔ)溫度變化較平穩(wěn)，基本在15.35℃～17.61℃，整體受上部水位變化影響較小。壩體蓄水前，壩體內(nèi)部混凝土溫度在接縫灌漿以前受人工冷卻作用，形成兩個(gè)臺(tái)階狀溫降過(guò)程，并最終基本降至5℃～10℃。蓄水以后，中部混凝土受壩前庫(kù)水溫度影響不大，溫度變幅不超過(guò)2℃。壩體表面溫度計(jì)在蓄水以前主要受外界氣溫影響，下游面測(cè)值基本在3℃～18℃，上游面溫度基本在5℃～17℃；蓄水以后上游面溫度主要由壩前庫(kù)水溫度影響，下游面依然由外界氣溫控制。目前壩體溫度上游面與庫(kù)水溫度相同，下游面與外界氣溫接近，2260 m高程以下壩體中部溫度基本在15℃～10℃(高程越低溫度越高)，2260 m～2417 m高程壩體中部溫度基本在10℃～8℃(高程越低溫度越高)，2417 m～2430 m高程壩體中部溫度基本在8℃～6℃(高程越低溫度越高)，2430 m～2440 m高程壩體中部溫度基本在11℃～12℃。

3.2 7#壩段溫度場(chǎng)

根據(jù)7#壩段埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行7#壩段溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻。7#壩段的溫度計(jì)測(cè)值變化曲線簇見圖2，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)及變化過(guò)程線分析可知：

圖2 7#壩段的溫度計(jì)測(cè)值變化曲線簇

(1)壩體基礎(chǔ)溫度變化較平穩(wěn)，基本在11℃～13℃，整體受上部水位變化影響較小。

(2)壩體蓄水前，壩體內(nèi)部混凝土溫度在接縫灌漿以前受人工冷卻作用，形成兩個(gè)臺(tái)階狀溫降過(guò)程，并最終基本降至5℃～10℃。蓄水以后，中部混凝土受壩前庫(kù)水溫度影響不大，溫度變幅不超過(guò)2℃。

(3)壩體表面溫度計(jì)在蓄水以前主要受外界氣溫影響，下游面測(cè)值基本在3℃～18℃，上游面溫度基本在5℃～17℃；蓄水以后上游面溫度主要由壩前庫(kù)水溫度影響，下游面依然由外界氣溫控制。

(4)目前壩體溫度上游面與庫(kù)水溫度相同，下游面與外界氣溫接近，2300 m高程以下壩體中部溫度基本在13℃～10℃(高程越低溫度越高)，2300 m高程壩體中部溫度基本在10℃～12℃。

3.3 2240 m高程溫度場(chǎng)

根據(jù)2240 m埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行2240 m高程溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻。拱壩2240 m高程2008年7月中旬溫度場(chǎng)見圖3，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：

圖3 拱壩2240 m高程2008年7月中旬溫度場(chǎng)

在蓄水以前壩體上下游混凝土溫度主要由外界氣溫控制，拱端處溫度主要由該部位建基面巖石溫度控制，混凝土內(nèi)部溫度基本維持在接縫灌漿時(shí)的溫度。在蓄水以后上游面和拱端建基面溫度受壩前庫(kù)水溫度的影響慢慢開始變化，下游面溫度依然由外界氣溫控制。對(duì)比以下四個(gè)典型時(shí)刻的溫度場(chǎng)，可以看出受上游水位抬升影響，壩體內(nèi)部溫度由原來(lái)的9℃左右變化為目前的12℃左右，拱端建基面巖石溫度也由最初的9℃左右變化為目前的12℃左右。

3.4 2280 m高程溫度場(chǎng)

根據(jù)2280 m埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行2280 m高程溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：在蓄水以前壩體上下游混凝土溫度主要由外界氣溫控制，拱端處溫度主要由該部位建基面巖石溫度控制，混凝土內(nèi)部溫度基本維持在接縫灌漿時(shí)的溫度。在蓄水以后上游面和拱端建基面溫度受壩前庫(kù)水溫度的影響慢慢開始變化，下游面溫度依然由外界氣溫控制。對(duì)比以下四個(gè)典型時(shí)刻的溫度場(chǎng)，可以看出受上游水位抬升影響，壩體內(nèi)部溫度由原來(lái)的7.5℃左右變化為目前的9℃左右，拱端建基面巖石溫度也由最初的7℃左右變化為目前的11℃左右。

4 結(jié)論

本文介紹拉西瓦高程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：基巖溫度由淺入深(15 m)，測(cè)點(diǎn)溫度范圍在10℃～19℃，可見河床部位基礎(chǔ)巖石溫度高于兩岸壩肩部位，主要原因是受到上游庫(kù)水溫度的影響。庫(kù)水溫度上部受氣溫影響，下部受地溫影響，沿高程分布隨季節(jié)變化。目前壩體及基礎(chǔ)溫度分布良好，低高程部分溫度基本穩(wěn)定。