山口水电站工程碾压混凝土坝段安全监测系统设计

王晓栋

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐　830000)

运行管理

山口水电站工程碾压混凝土坝段安全监测系统设计

王晓栋

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐830000)

【摘要】山口水电站工程大坝是黏土心墙堆石坝与碾压混凝土重力坝的混合坝型，为了达到电站梯级、现代化管理的要求，实现“无人值班，少人值守”的运行管理模式，建立了一套精度高、长期稳定可靠的自动化监测系统。合理的安全监测设计是确保监测成果有效和可靠的基础。本文着重对山口大坝碾压混凝土坝段的监测设计进行了介绍。

【关键词】碾压混凝土坝； 安全监测；自动化系统； 设计

山口水电站大坝是碾压混凝土重力坝和黏土心墙坝的混合型大坝，工程规模属大(2)型，工程等别为Ⅱ等。坝址区地震基本烈度为8度，大坝按基本烈度提高1度9度设防。山口水库建成后除承担发电和恰甫其海水库反调节任务外，还承担了向县城供水的任务。碾压混凝土重力坝共安装埋设了各种仪器428支,完好率达到98%以上，全部接入安全监测自动化系统，合理的观测仪器布置设计能为大坝后期运行的安全预测提供更全面更可靠的数据资料保障。

1设计原则

a.宜选地质、结构复杂及有代表性的坝段，应全面反映建筑物实际工作性态，目的明确、重点突出，做到少而精。要求有针对性，既突出重点，又兼顾全面。对互有联系的监测项目，要结合进行。

b.观测项目测点布设集中，观测方法宜简捷、直观，满足精度要求，重点部位的观测值务求能够相互校核。监测项目的设置应满足监控各建筑物的运行情况，满足了解测值变化规律的需要。工程监测是全过程监测，设计时应明确各时段的监测目的。

c.土石坝段因坝高较低，应以渗流、变形项目为监测重点。

d.监测仪器需布置合理。除按有关规范外，应结合工程具体情况进行监测设计，还应结合科研要求设置部分项目，为设计及科研积累经验。

e.监测仪器设备的选型，应对各类设备进行充分论证和对比，使所选仪器设备种类尽可能少。仪器设备具有耐久性、稳定性、适应性，并满足精度要求。也要为运行管理和后期自动化系统提供方便，即各类观测仪器必须能实现自动化监测。

2设计思路

按照河流梯级电站管理现代化的要求，帮助水电站在投入运行时实现“无人值班，少人值守”的运行管理模式，建立一套精度高、长期稳定可靠的自动化监测系统。

3碾压混凝土重力坝段主要监测设施的布置

针对山口水库的混合坝型特点，分别对碾压混凝土重力坝和黏土心墙坝进行了监测设计，下面着重介绍碾压混凝土坝段的监测仪器设计及布置情况。

3.1　外部观测设计

外部观测是监测水工建筑物在施工和运行期间是否稳定、安全所必须观测的项目。监测各坝段在外力及温度变化作用下的变形。

设置了外部变形观测项目：挠度、水平和垂直位移、横缝变化等。采用引张线、视准线、倒垂线、平面监测网及水准测量等方法进行变形观测。

为监测河床中主要的2～28号坝段坝顶及基础部位的水平位移，在坝顶设置一条真空激光准直线，观测坝顶水平、垂直位移。激光准直管道的两端设有倒垂线(深入基岩20m)作水平位移基点，用双向垂线坐标仪或光学垂线坐标仪观测；采用双金属标(深入基岩20m)作垂直位移基点。

在大坝纵向廊道内设置1条静力水准，观测垂直位移；在9号/10号、14号/15号坝段横向廊道各设置1条静力水准，观测上、下游坝基的变形；在9号坝段设置金属双标作为静力水准控制点。在9～15号坝段纵向廊道内设置引张线1条，监测该段水平位移；在9号、15号坝段分别设置倒垂，作为引张线控制端点。

在2号、17号、28号三个坝段分别设置正倒垂线，除用作引张线的端点墩外，还可以监测所在坝段的坝体挠度。采用φ1.6的不锈铟钢丝，除可观测坝体的水平位移外还可以观测锚固点及坝体的垂直位移。共设6个观测点，采用垂线遥测仪进行观测。

控制网包括平面控制网和精密水准网。

a.平面控制网。根据工程的规模等级和地形条件，平面控制网按二等精度的三角网进行布置，初步拟定3个四边形，9个控制点。

b.精密水准网。根据工程的规模等级和地形条件，精密水准控制网按二等精度布置水准路线。在左岸上坝公路距坝肩约0.5km处以外设置单金属标作为水准路线的校测基点，沿着公路至坝肩设置混凝土金属标为起测基点，在坝顶设置5个水准测点，最后一个水准测点位于右坝肩，进行往返测回，形成闭合水准路线。

3.2　内部观测设计

内部观测设计共设置2个观测断面，即非溢流坝段10号坝段(0+155断面)及溢流坝段12号坝段(0+212断面)。

a.应力应变监测。根据大坝结构计算及30cm分层碾压特点，初步拟定3个观测水平面，即868.3m、885.7m、902.2m高程，仪器布置在每个截面左、中、右，在902.2m、885.7m高程的坝上、中、下游表面，共布置6组五向应变计，在868.3m高程布置五向应变计组5组，共计11组，并且每组应变计旁1.0m处布置一支无应力计。五向应变计组的方位，第1~4向组成的平面垂于坝表面，第5向平行于坝面，施工采用挖钻法。应变计和无应力计均采用大应变计。

b.大坝温度。碾压混凝土坝中温度监测是重要的监测项目之一，为研究施工期间的温度控制、运行期间坝体应力应变等实际工作状态，结合计算，共布置了2个观测断面。

温度监测为库水温度、坝体内部碾压混凝土温度及坝基基础温度监测。对坝体表面温度和库水温观测采用在坝体上、下表面专门布置电阻温度计的方式，而前述应力应变观测仪器也可以同时观测温度；坝体内部混凝土温度采用测温光纤网格布置。为分析施工及运行期间的温度应力和温控提供原始资料。基岩温度采用在基础面钻孔分段布置温度计，监测基础温度分布。

库水温度观测：一般在死水位以上，该水库死水位905m，正常水位912m，大坝坝高51m，按照《混凝土坝安全监测技术规范》 (DL/T 5178—2003)的一般规定，从正常蓄水位到死水位以下10m处的范围内，水温观测宜每隔3～5m布置一个测点，再往下每隔10~15m布置一个测点。在两个观测断面的温度计布设在相同高程，布置在距坝体上游表面10cm处。

坝体混凝土温度观测：采用测温光纤测量，分别在大坝的8个高程截面埋设测温光纤，观测坝体内部温度。按网格布置温度测点，网格间距8～10m。

基础温度观测：在大坝基础上、中、下分别钻孔(孔径56mm)10m深、各埋设4支温度计，观测基岩在混凝土水化热温升时对基础的温度传递和基础不同深度下温度分布，另在基础温度观测断面混凝土垫层内埋设3支温度计，观测垫层常态混凝土的温度。

c.裂缝观测。坝体接缝开合度观测选取10号、14号、17号等坝段布置测缝计，在高程868.3m、885.7m、902.2m共布置18支仪器，分别在高程868.3m、885.7m、902.2m处布置3支由测缝计改装的裂缝计，以监测坝体横缝的变形。在10号坝段布置基岩四点式位移计，共3组，监测坝体、坝踵、坝趾等部位裂缝的开度或错动。

d.渗流渗压观测。渗流渗压观测包括大坝坝基扬压力、两坝肩渗透压力、坝体混凝土渗压力、大坝和坝基渗漏量观测。

坝体混凝土渗透压力：选取10号坝段，在866.20m、885.7m、902.2m三个高程布设渗压计，各层距上游表面1m、2m、5m处依次设3支渗压计。要求渗压计在埋设过程中必须保证头部朝向上游，为便于仪器埋设和观测到坝体的实际渗透压力，应将渗压计置于碾压混凝土的施工层面上。

坝基扬压力：在坝基869.0m高程灌浆廊道1~27号坝段坝基帷幕后，沿坝轴线方向分别布置扬压力观测点27个。在基础869.00m高程9号/10号、14号/15号、19号/20号坝段3条横向廊道内共布置10个扬压力监测仪器进行大坝扬压力观测。

渗漏量：大坝排水由869.0m高程廊道汇集到坝基集水井内，在集水井排水沟内设置8个量水堰。

绕坝渗流：在大坝的左右坝肩(边坡)各设置3个测点用于观测绕坝渗流情况。

3.3　自动化系统设计

监测自动化系统由自动数据采集系统和工程安全监测信息管理两部分组成。自动数据采集系统主要是把布设在枢纽中各建筑物内各类永久观测仪器的观测数据按照事先给定的时间间隔准确无误地采集到指定位置，并按照一定的格式存储起来。工程安全监测信息管理系统主要是对采集系统和人工采集来的观测数据进行管理、分析、处理，实时掌握工程的运行状况，为及时、准确判断工程的安全状况提供可靠依据，对整个工程实现在线监控和离线监控。布置数据采集单元16个，采集模块33个，监测站9个。

4结语

经过精心的设计和规范的施工，山口水电站工程安全监测自动化系统于2011年底正式投入运行管理，大幅减少了人力的投入，运行以来收集了大量准确、全面、可靠、及时有效的数据资料，表明大坝安全监测设计是合理的，也为水电站实现“无人值班，少人值守”和安全运行提供了保障。

参考文献

张雷，苏晓军.积石峡水电站枢纽安全监测系统设计[J].大坝监测技术,2013(4).

Design of RCC dam section safety monitoring system in Shankou

Hydropower Station Project

WANG Xiaodong

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAdministration,Urumqi830000,China)

Abstract:The dam of Shankou Hydropower Station Project belongs to mixed dam type of clay core wall rockfill dam and RCC gravity dam. One set of automatic monitoring system with high precision as well as long-term stability and reliability is established in order to reach the requirements of power station cascade and modern management, and achieve the operation management mode of‘unattended and less on duty’. Rational safety monitoring design is the foundation to ensure that the monitoring results are reliable and effective. This paper focuses on introducing the monitoring design of Shankou Dam RCC dam section.

Key words:RCC dam; safety monitoring; automatic system; design

中图分类号：TV547.5

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2015)12-0023-03

DOI:10.16617/j.cnki.11- 5543/TK.2015.12.008