山口水电站工程碾压混凝土坝段安全监测系统设计.pdf

第l 2 期 ( 总第1 2 9 期) 中国水能及电气化 N o 1 2( T O T A L N o 1 2 9 ) 2 0 1 5 年 1 2 月 Ch i n a Wa t e r P o we r &E l e c i fi c a t i o n De c 2 0 l 5 D OI ：1 0 1 6 6 1 7 j c n k i 1 1 - 5 5 4 3 T K 2 0 1 5 1 2 0 0 8 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8 3 0 0 0 0 ) 【 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 中图分类号：T V 5 4 7 5 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1( 2 0 1 5 )1 2 - 0 0 2 3 - 0 3 De s i g n o f RCC d a m s e c t i o n s a f e t y mo n i t o r i n g s y s t e m i n S h a n k o u Hy d r o p o we r S t a t i o n P r o j e c t W ANG Xi a o d o n g ( X i n j i a n g Y i l i R i v e r B a s i n D e v e l o p m e n t a n d C o n s t r u c t i o n A d m i n i s t r a t i o n ，U r u m q i 8 3 0 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d a m o f S h a n k o u H y d r o p o w e r S t a t i o n P r o j e e t b e l o n g s t o mi x e d d a m t y p e o f c l a y c o r e w a l l r o c k fi l l d a m a n d RC C g r a v i t y d a mOn e s e t o f a u t o ma t i c mo n i t o ri n g s y s t e m wi t h h i g h p r e c i s i o n a s w e l l a s l o n g t e r m s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y i s e s t ab l i s h e d i n o r d e r t o r e a c h t h e r e q u i r e me n t s o f p o we r s t a t i o n c a s c a d e a n d mo d e l T l ma n a g e me n t ，a n d a c h i e v e t h e o p e r a t i o n ma n a g e me n t mo d e o f u n a t t e n d e d a n d l e s s o n d u t y Ra t i o n a l s a f e t y mo n i t o rin g d e s i g n i s t h e f o u n d a t i o n t o e n s u r e t h a t t h e mo n i t o ri n g r e s u l t s a r e r e l i a b l e a n d e f f e c t i v e T h i s p a p e r f o c u s e s o n i n t r o d u c i n g t h e mo n i t o rin g d e s i g n o f S h a n k o u Da m RC C da m s e c t i o n Ke y wo r ds：RCC d am；s a f e t y mo n i t o rin g；a ut o ma t i c s ys t e m ；de s i g n 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 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 4 2 8 支 ，完好率 达 到 9 8 以上 ，全 部 接人 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 23 运行管理 Op e r a t i o n Ma n a g e me nt 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 2 8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 2 4 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 2 0 m)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 2 0 m)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 1 0号 、1 4号 1 5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 91 5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 、1 5 号坝段分别设置倒垂 ，作 为引张线控 制端点。 在 2号 、1 7号 、2 8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 4 , 1 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 5 k m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 1 O号坝段( 0+1 5 5断 面 )及溢 流坝 段 1 2号坝 段 ( 0+2 1 2断面) 。 a 应力应变监测 。根据大坝结 构计算及 3 0 c m分 层碾压特点 ，初步拟定 3个观测水 平面 ，即 8 6 8 3 m、 8 8 5 7 m、9 0 2 2 m高程 ，仪器布置在每个截 面左 、 中、 右 ，在 9 0 2 2 m、8 8 5 7 m 高程 的坝上 、中、下 游表 面 ， 共布置 6组五向应变计 ，在 8 6 8 3 m高程布置五向应变 计组 5 组 ，共计 1 1 组 ，并且每组应变 计旁 1 O m处 布 置一支无应力计 。五向应变计组 的方位 ，第 14向组 运行管理 Ope r a t i o n Ma na g e me nt 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 9 0 5 m，正常水位 9 1 2 m，大 坝坝高 5 1 m，按 照 混 凝土坝安全监测 技术规范( D L T 5 1 7 8 2 0 0 3 ) 的一 般规定 ，从 正常 蓄 水位 到死 水 位 以下 1 0 m处 的范 围 内，水温观测宜 每隔 3 5 m布置一个测点 ，再往下每 隔 1 01 5 m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 1 0 c m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 81 0 m。 基础温度观测 ：在 大坝基 础上 、中、下分 别钻孔 ( 孔径 5 6 m m)1 0 m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 l 0号 、 1 4号 、1 7号 等 坝 段 布 置 测 缝 计 ，在 高 程 8 6 8 3 m、 8 8 5 7 m、9 0 2 2 m 共 布 置 1 8支 仪 器 ，分 别 在 高 程 8 6 8 3 m、8 8 5 7 m、9 0 2 2 m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 1 0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 1 0 号 坝 段 ，在 8 6 6 2 0 m、8 8 5 7 m、9 0 2 2 m 三 个 高 程 布 设 渗 压 计 ， 各层距上 游表 面 l m、2 m、5 m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 8 6 9 0 m高 程灌 浆廊 道 1 2 7号坝段坝基 帷幕 后 ，沿 坝 轴线 方 向分别 布 置扬 压 力 观测点 2 7个 。在基础 8 6 9 0 0 m高程 9号 1 O号 、l 4 号 1 5号 、1 9号 2 0号坝段 3条横 向廊道 内共布置 1 0 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 8 6 9 0 m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 1 6个 ，采集模块 3 3 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 2 0 1 1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。A 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 ， 2 0 1 3 ( 4 )