王 芳，孫傳勝

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽 550000)

1 工程及監(jiān)測概況

黔中水利樞紐工程包括水源樞紐工程及灌區(qū)工程，水源樞紐平寨水庫大壩位于三岔河中游平寨河段，大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高157.5m、壩頂長355m、壩頂寬10.3m、正常蓄水位1331.00m、總庫容10.89億m3，工程總體等別為Ⅰ等，屬大(1)型水庫。灌區(qū)工程包括總干渠工程、桂松干渠工程及支渠工程，其中總干渠隧洞、渡槽及倒虹管總長41.82km，占總干渠長度的比例約66%。

結(jié)合工程地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)特性，平寨水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍包括大壩外部及內(nèi)部位移監(jiān)測、面板接縫、脫空、撓度變形監(jiān)測、面板應(yīng)力應(yīng)變、溫度監(jiān)測及滲流滲壓監(jiān)測。灌區(qū)工程監(jiān)測系統(tǒng)包括13座高大跨渡槽設(shè)置結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)變形等監(jiān)測項(xiàng)目。

2 監(jiān)測系統(tǒng)評價方法

監(jiān)測設(shè)施是監(jiān)測大壩運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)工程隱患的重要設(shè)施，監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行是否正常、可靠、有效，是能否發(fā)揮其“耳目”作用的關(guān)鍵，監(jiān)測設(shè)施的工作狀態(tài)直接關(guān)系到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

監(jiān)測設(shè)施評價主要包括儀器設(shè)備工作狀態(tài)評價和歷史測值評價。其中，儀器工作狀態(tài)主要通過現(xiàn)場檢查與測試進(jìn)行評價，檢查與測試內(nèi)容主要包括：依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程，采用專用的讀數(shù)儀表、測試儀表，對現(xiàn)場埋設(shè)的儀器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測試，并根據(jù)儀器類型計(jì)算相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，評價其工作性能。

2.1 監(jiān)測設(shè)施工作狀態(tài)評價

2.1.1 現(xiàn)場檢查

現(xiàn)場檢查包括監(jiān)測項(xiàng)目布置檢查、監(jiān)測設(shè)施工作環(huán)境檢查、監(jiān)測方法和頻次檢查。監(jiān)測項(xiàng)目布置檢查主要通過查閱設(shè)計(jì)報告、圖紙，并結(jié)合工程各建筑物的實(shí)際運(yùn)行情況，評價現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的布置能否滿足工程安全監(jiān)測的需要。監(jiān)測設(shè)施工作環(huán)境檢查主要通過現(xiàn)場查看測點(diǎn)的布置形式、工作環(huán)境和保護(hù)情況等，評價監(jiān)測系統(tǒng)是否具備反映建筑物性態(tài)的能力[1]。

2.1.2 現(xiàn)場測試

針對不同的監(jiān)測設(shè)施采用相應(yīng)的測試方法，對監(jiān)測設(shè)施的安裝質(zhì)量、工作狀態(tài)以及對建筑物工作性態(tài)等進(jìn)行測試和評價。

1)水管式沉降儀：

主要檢查觀測房內(nèi)的測量板基座應(yīng)與觀測房底板連接牢固，讀數(shù)尺刻度清晰，垂直地面，壓力水室、閥門等的布置是否合理，檢查水箱、管路(進(jìn)水管、排水管、通氣管)進(jìn)出口以及測量板上帶刻度的玻璃管暢通，無異物。平行進(jìn)行2次測讀，其測量誤差應(yīng)在儀器標(biāo)稱精度范圍內(nèi)。

2)引張線式水平位移計(jì)：

現(xiàn)場檢查時，主要檢查引張線式水平位移計(jì)的線體、法碼重量、讀數(shù)尺(游標(biāo)卡尺)設(shè)置是否完好、合理。固定砝碼和測量加重砝碼比例是否合理。平行進(jìn)行3次測讀，測量誤差應(yīng)在儀器標(biāo)稱精度范圍內(nèi)。

3)差阻式儀器：

采用水工比例電橋進(jìn)行測試，現(xiàn)場測試方法如下：

按五芯測法測定電阻比Z正、反測電阻比Z反、電阻值和儀器絕緣電阻4個數(shù)據(jù)，控制標(biāo)準(zhǔn)：

△Z=1-Z正×Z反

|△Z|≤3-5×10-4 合格

|△Z|>3-5×10-4 不合格

4)溫度計(jì)：

儀器接長電纜為三芯電纜的電阻式溫度計(jì)，平行進(jìn)行三次測讀，計(jì)算其相互之間的較差，根據(jù)測值的一致性和評價標(biāo)準(zhǔn)來判斷傳感器的工作狀態(tài)。

5)振弦式儀器：

鋼弦式等儀器的現(xiàn)場測試主要采用簡易的測試方法，即采用標(biāo)定合格的讀數(shù)儀進(jìn)行測試，在短時間內(nèi)(5min以內(nèi))對每支儀器重復(fù)測讀3次，計(jì)算其相互之間的較差，根據(jù)測值的一致性和評價標(biāo)準(zhǔn)來判斷傳感器的工作狀態(tài)。

6)絕緣電阻：

對于差阻式儀器、電阻式溫度計(jì)、振弦式儀器以及其他接入監(jiān)測自動化儀器需檢測其絕緣電阻，控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

R絕≥0.1 MΩ 合格

R絕<0.1 MΩ 不合格

7)其他類型儀器：

對于本工程采用的不屬于以上幾種類型的其他監(jiān)測儀器，按照有關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求進(jìn)行現(xiàn)場檢測與性能評估。

2.1.3 外觀測量檢查與評價

按照《工程測量規(guī)范》等有關(guān)規(guī)范規(guī)程，依據(jù)設(shè)計(jì)文件對本工程外觀測量提出的詳細(xì)要求，外觀測量檢查與評價主要有以下內(nèi)容：

1)變形監(jiān)測控制網(wǎng)網(wǎng)形分析、精度評估，現(xiàn)場控制點(diǎn)穩(wěn)定性評估。

2)外觀基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性評估，觀測方法檢查與精度評估。

3)檢查外觀測量所采用的儀器設(shè)備，判斷其技術(shù)指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求的測量精度，儀器檢定是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.2 監(jiān)測儀器歷史測值評價

歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)是鑒定評價儀器設(shè)備工作狀態(tài)的重要依據(jù)之一，通過對歷年監(jiān)測資料的測值過程線和測值精度分析，可發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)場檢查和測試中不易發(fā)現(xiàn)的問題。

對測值過程線分析評價主要以定性評價為主，評價標(biāo)準(zhǔn)主要按以下3種情況確定。

1)過程線平順，變化合理，與建筑物工況、環(huán)境量變化符合性較好，規(guī)律性較強(qiáng)。

2)過程線大體平順，變化合理，具有一定的規(guī)律性，雖存在個別測次誤差較大，但總體精度尚可。

3)過程線跳動突變頻繁，測值凌亂，無規(guī)律，有粗差，測值不可靠。

上述第1、2種情況，評定儀器設(shè)備工作狀態(tài)為合格，第3種情況，評定儀器設(shè)備工作狀態(tài)為不合格。

測值精度主要通過對歷年監(jiān)測資料進(jìn)行物理成因分析，并輔以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的手段，進(jìn)行測值精度評價。

3 安全監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)果

3.1 平寨水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)果

1)大壩表面變形監(jiān)測：

大壩表面變形位移測點(diǎn)布置合理，觀測方法可行，觀測頻次滿足規(guī)范要求。各測點(diǎn)運(yùn)行工況良好。各測點(diǎn)表面變形位移測值過程線可靠，總體能真實(shí)反映大壩的變形情況，可作為表面變形分析依據(jù)[2]。

2)大壩內(nèi)部變形監(jiān)測：

內(nèi)部沉降及水平位移測點(diǎn)設(shè)置全面，位置選擇合適，布置合理，絕對位移均由觀測房附近的表面變形測點(diǎn)換算，滿足規(guī)范要求。已有觀測資料表明：壩體填筑期間大壩沉降速率最大，2013年10月大壩基本完工后，內(nèi)部沉降速率大多趨緩，符合面板堆石壩內(nèi)部沉降的一般規(guī)律；大壩內(nèi)部水平位移主要發(fā)生在施工期，水庫蓄水后表現(xiàn)為向下游變形，受水庫蓄水影響較明顯，下游側(cè)受庫水位影響較小，過程線表現(xiàn)出壩體整體向下游變形的趨勢，符合面板堆石壩一般變形規(guī)律。大壩內(nèi)部變形監(jiān)測設(shè)施評價見表1。

表1 大壩內(nèi)部變形監(jiān)測設(shè)施評價匯總表

3)面板接縫、脫空、撓度變形監(jiān)測：

大壩測縫計(jì)(含脫空計(jì))觀測方法合適，頻次滿足規(guī)范要求。目前完好儀器測值正常，歷史過程線可靠，能真實(shí)反映所在部位接縫變形、脫空變形情況。綜合評價見表2。

表2 面板測縫計(jì)、脫空計(jì)綜合評價匯總表

4)大壩應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測

大壩應(yīng)變計(jì)、無應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、溫度計(jì)和土壓力計(jì)完好儀器歷史測值過程線可靠，實(shí)測精度總體較好，鋼筋計(jì)應(yīng)力、土壓應(yīng)力、混凝土自由體積變形及壩體混凝土應(yīng)力及溫度運(yùn)行狀態(tài)正常。綜合評價見表3。

表3 大壩應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)場綜合評價結(jié)果匯總表

5)大壩滲流滲壓監(jiān)測

壩基、趾板及過渡料滲壓計(jì)布置合理，滲壓計(jì)歷史測值過程線可靠，能反映相應(yīng)部位的滲透壓力狀況；兩岸帷幕滲壓計(jì)布置位置合理，歷史測值過程線可靠，能反映兩岸帷幕后滲壓水位及兩岸壩后地下水位情況；兩岸帷幕及壩體量水堰運(yùn)行正常，能反映相應(yīng)部位的運(yùn)行狀況。綜合評價見表4。

表4 大壩滲流滲壓監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)場綜合評價結(jié)果匯總表

3.2 灌區(qū)高大跨渡槽安全監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)果

灌區(qū)工程13座渡槽的監(jiān)測儀器主要集中在變形監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度。目前各渡槽關(guān)鍵截面上仍有監(jiān)測項(xiàng)目，仍能反映渡槽的工作狀態(tài)，13座渡槽監(jiān)測系統(tǒng)能滿足渡槽安全監(jiān)測的需要。各渡槽監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)論見表5。

表5 灌區(qū)高大跨渡槽監(jiān)測設(shè)施現(xiàn)場綜合評價結(jié)果匯總表

4 結(jié)論及建議

4.1 評價結(jié)論

通過對黔中水利樞紐各個建筑物的各種儀器進(jìn)行現(xiàn)場測試及檢查，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析評價，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

4.1.1 水源樞紐工程監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)論

1)水源工程布置的監(jiān)測儀器主要集中在變形監(jiān)測、面板結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測和滲流監(jiān)測項(xiàng)目中；在地下洞室(溢洪道、泄洪洞、放空洞)主要布置了圍巖變形監(jiān)測、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、襯砌混凝土與圍巖接縫變形監(jiān)測和隧洞外水壓力監(jiān)測的儀器；導(dǎo)流洞封堵的監(jiān)測儀器主要為監(jiān)測堵頭混凝土溫度、堵頭混凝土自生體積變形、堵頭混凝土與襯砌混凝土接觸變形和堵頭外水壓力等；邊坡布置的監(jiān)測儀器主要為監(jiān)測邊坡穩(wěn)定及支護(hù)受力；就整個工程而言，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置合理、監(jiān)測重點(diǎn)突出，總體上是全面、有效、實(shí)用的，能滿足大壩安全監(jiān)測的需要。

2)本工程大壩監(jiān)測儀器保存總體較為完好，當(dāng)前儀器完好率為88.20%；放空洞、邊坡儀器完好率分別為81.82%、97.30%；溢洪道、泄洪洞、導(dǎo)流洞堵頭儀器完好率分別為25.00%、72.84%、74.29%。溢洪道儀器損壞率較高，這部分失效儀器在施工過程中最重要或最關(guān)鍵階段(溢洪道過水時段)已經(jīng)充分發(fā)揮效用，有效觀測期間測值合理，目前規(guī)范要求的監(jiān)測項(xiàng)目仍有對應(yīng)的監(jiān)測儀器。目前水源工程各工程部位監(jiān)測項(xiàng)目基本全面，測點(diǎn)布置合理，監(jiān)測系統(tǒng)完備性滿足規(guī)范要求，完好的儀器尚可以監(jiān)控相應(yīng)部位的工作性態(tài)。

3)大壩及邊坡表面沉降及表面水平位移觀測方法可行，實(shí)測精度及頻次基本滿足規(guī)范要求，測值基本能反映相應(yīng)部位的變形規(guī)律。

4.1.2 灌區(qū)工程監(jiān)測系統(tǒng)評價結(jié)論

1)灌區(qū)工程13座渡槽的監(jiān)測儀器主要集中在變形監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度。就13座渡槽而言，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置合理、監(jiān)測重點(diǎn)突出，總體上是全面、有效、實(shí)用的，能滿足渡槽安全監(jiān)測的需要。

2)13座渡槽當(dāng)前儀器完好率在67.39%-98.86%之間，目前灌區(qū)工程各渡槽監(jiān)測項(xiàng)目基本全面，測點(diǎn)布置合理，監(jiān)測系統(tǒng)完備性滿足規(guī)范要求，完好的儀器尚可以監(jiān)控相應(yīng)部位的工作性態(tài)。

3)現(xiàn)場檢查各渡槽變形監(jiān)測設(shè)施完好，測點(diǎn)布置合理，觀測方法合適。

4.2 建議

1)根據(jù)《大壩安全監(jiān)測儀器報廢標(biāo)準(zhǔn)》(SL621-2013)，對于本次評價為異常的儀器建議報廢。施工期結(jié)束后，溢洪道、泄洪洞、導(dǎo)流洞儀器失效較多，儀器完好率較低，尤其溢洪道儀器完好率僅為25%，與規(guī)范要求的不可更換儀器完好率高于80%相差較大，考慮洞室部分監(jiān)測儀器是為了監(jiān)測施工期圍巖穩(wěn)定，故建議結(jié)合設(shè)計(jì)及儀器功能(是否屬于施工期臨時監(jiān)測儀器)要求，對用于施工期的臨時監(jiān)測儀器進(jìn)行封存。

2)根據(jù)《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL725-2016)，渡槽的垂直位移是監(jiān)測的必設(shè)項(xiàng)目，目前渡槽的垂直位移均使用人工幾何水準(zhǔn)法觀測，不能滿足監(jiān)測自動化及工程管理信息化要求，建議采用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)代替人工觀測進(jìn)行渡槽垂直位移觀測，以便實(shí)現(xiàn)自動化觀測。