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山口水電站工程碾壓混凝土壩段安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：王曉棟文檔來源：新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月22日
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第l2期(總第129期) 中國水能及電氣化 No．12(TOTAL No．129)
2015年12月 China Water Power&amp;amp;Elec~ification Dec．．20l5
DOI：10．16617／j．cnki．11-5543／TK．2015．12．008
山口水電站工程碾壓混凝土壩段
安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
王曉棟
(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000)
【摘要】 山口水電站工程大壩是黏土心墻堆石壩與碾壓混凝土重力壩的混合壩型，為了達(dá)到電站梯級、現(xiàn)代
化管理的要求，實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守” 的運(yùn)行管理模式，建立了一套精度高、長期穩(wěn)定可靠的自動化監(jiān)
測系統(tǒng)。合理的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)是確保監(jiān)測成果有效和可靠的基礎(chǔ)。本文著重對山口大壩碾壓混凝土壩段的監(jiān)測
設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。
【關(guān)鍵詞】 碾壓混凝土壩；安全監(jiān)測； 自動化系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
中圖分類號：TV547．5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1673-8241(2015)12-0023-03
Design of RCC dam section safety monitoring system in Shankou
Hydropower Station Project
WANG Xiaodong
(Xinjiang Yili River Basin Development and Construction Administration，Urumqi 830000，China)
Abstract：The dam of Shankou Hydropower Station Projeet belongs to mixed dam type of clay core wall rockfill dam and
RCC gravity dam．One set of automatic monitoring system with hi gh precision as well as long—term stability and reliability is
established in order to reach the requirements of power station cascade and modelTl 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
山口水電站大壩是碾壓混凝土重力壩和黏土心墻
壩的混合型大壩，工程規(guī)模屬大(2)型，工程等別
為Ⅱ等。壩址區(qū)地震基本烈度為8度，大壩按基本烈
度提高1度9度設(shè)防。山口水庫建成后除承擔(dān)發(fā)電和
恰甫其海水庫反調(diào)節(jié)任務(wù)外，還承擔(dān)了向縣城供水的
任務(wù)。碾壓混凝土重力壩共安裝埋設(shè)了各種儀器428
支，完好率達(dá)到98％ 以上，全部接人安全監(jiān)測自動
化系統(tǒng)，合理的觀測儀器布置設(shè)計(jì)能為大壩后期運(yùn)行
的安全預(yù)測提供更全面更可靠的數(shù)據(jù)資料保障。
1 設(shè)計(jì)原則
a．宜選地質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及有代表性的壩段，應(yīng)
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運(yùn)行管理
Operation Management
全面反映建筑物實(shí)際工作性態(tài)， 目的明確、重點(diǎn)突
出，做到少而精。要求有針對性，既突出重點(diǎn)，又兼
顧全面。對互有聯(lián)系的監(jiān)測項(xiàng)目，要結(jié)合進(jìn)行。
b．觀測項(xiàng)目測點(diǎn)布設(shè)集中，觀測方法宜簡捷、
直觀，滿足精度要求，重點(diǎn)部位的觀測值務(wù)求能夠相
互校核。監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)置應(yīng)滿足監(jiān)控各建筑物的運(yùn)行
情況，滿足了解測值變化規(guī)律的需要。工程監(jiān)測是全
過程監(jiān)測，設(shè)計(jì)時應(yīng)明確各時段的監(jiān)測目的。
c．土石壩段因壩高較低，應(yīng)以滲流、變形項(xiàng)目
為監(jiān)測重點(diǎn)。
d．監(jiān)測儀器需布置合理。除按有關(guān)規(guī)范外，應(yīng)
結(jié)合工程具體情況進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計(jì)，還應(yīng)結(jié)合科研要求
設(shè)置部分項(xiàng)目，為設(shè)計(jì)及科研積累經(jīng)驗(yàn)。
e．監(jiān)測儀器設(shè)備的選型，應(yīng)對各類設(shè)備進(jìn)行充
分論證和對比，使所選儀器設(shè)備種類盡可能少。儀器
設(shè)備具有耐久性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，并滿足精度要
求。也要為運(yùn)行管理和后期自動化系統(tǒng)提供方便，即
各類觀測儀器必須能實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測。
2 設(shè)計(jì)思路
按照河流梯級電站管理現(xiàn)代化的要求，幫助水電
站在投入運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守” 的運(yùn)
行管理模式，建立一套精度高、長期穩(wěn)定可靠的自動
化監(jiān)測系統(tǒng)。
3 碾壓混凝土重力壩段主要監(jiān)測設(shè)施的布置
針對山口水庫的混合壩型特點(diǎn)，分別對碾壓混凝
土重力壩和黏土心墻壩進(jìn)行了監(jiān)測設(shè)計(jì)，下面著重介
紹碾壓混凝土壩段的監(jiān)測儀器設(shè)計(jì)及布置情況。
3．1 外部觀測設(shè)計(jì)
外部觀測是監(jiān)測水工建筑物在施工和運(yùn)行期間是
否穩(wěn)定、安全所必須觀測的項(xiàng)目。監(jiān)測各壩段在外力
及溫度變化作用下的變形。
設(shè)置了外部變形觀測項(xiàng)目：撓度、水平和垂直位
移、橫縫變化等。采用引張線、視準(zhǔn)線、倒垂線、平
面監(jiān)測網(wǎng)及水準(zhǔn)測量等方法進(jìn)行變形觀測。
為監(jiān)測河床中主要的2～28號壩段壩頂及基礎(chǔ)部
位的水平位移，在壩頂設(shè)置一條真空激光準(zhǔn)直線，觀
24
測壩頂水平、垂直位移。激光準(zhǔn)直管道的兩端設(shè)有倒
垂線(深入基巖20m)作水平位移基點(diǎn)，用雙向垂線
坐標(biāo)儀或光學(xué)垂線坐標(biāo)儀觀測；采用雙金屬標(biāo)(深入
基巖20m)作垂直位移基點(diǎn)。
在大壩縱向廊道內(nèi)設(shè)置1條靜力水準(zhǔn)，觀測垂直
位移；在9號／10號、14號／15號壩段橫向廊道各設(shè)
置1條靜力水準(zhǔn)，觀測上、下游壩基的變形；在9號
壩段設(shè)置金屬雙標(biāo)作為靜力水準(zhǔn)控制點(diǎn)。在9～15號
壩段縱向廊道內(nèi)設(shè)置引張線1條，監(jiān)測該段水平位
移；在9號、15號壩段分別設(shè)置倒垂，作為引張線控
制端點(diǎn)。
在2號、17號、28號三個壩段分別設(shè)置正倒垂
線，除用作引張線的端點(diǎn)墩外，還可以監(jiān)測所在壩段
的壩體撓度。采用4,1．6的不銹銦鋼絲，除可觀測壩
體的水平位移外還可以觀測錨固點(diǎn)及壩體的垂直位
移。共設(shè)6個觀測點(diǎn)，采用垂線遙測儀進(jìn)行觀測。
控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)。
a．平面控制網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級和地形條
件，平面控制網(wǎng)按二等精度的三角網(wǎng)進(jìn)行布置，初步
擬定3個四邊形，9個控制點(diǎn)。
b．精密水準(zhǔn)網(wǎng)。根據(jù)工程的規(guī)模等級和地形條
件，精密水準(zhǔn)控制網(wǎng)按二等精度布置水準(zhǔn)路線。在左
岸上壩公路距壩肩約0．5km處以外設(shè)置單金屬標(biāo)作為
水準(zhǔn)路線的校測基點(diǎn)，沿著公路至壩肩設(shè)置混凝土金
屬標(biāo)為起測基點(diǎn)，在壩頂設(shè)置5個水準(zhǔn)測點(diǎn)，最后一
個水準(zhǔn)測點(diǎn)位于右壩肩，進(jìn)行往返測回，形成閉合水
準(zhǔn)路線。
3．2 內(nèi)部觀測設(shè)計(jì)
內(nèi)部觀測設(shè)計(jì)共設(shè)置2個觀測斷面， 即非溢流壩
段1O號壩段(0+155斷面)及溢流壩段12號壩段
(0+212斷面)。
a．應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)計(jì)算及30cm分
層碾壓特點(diǎn)，初步擬定3個觀測水平面， 即868．3m、
885．7m、902．2m高程，儀器布置在每個截面左、中、
右，在902．2m、885．7m高程的壩上、中、下游表面，
共布置6組五向應(yīng)變計(jì)，在868．3m高程布置五向應(yīng)變
計(jì)組5組，共計(jì)11組，并且每組應(yīng)變計(jì)旁1．Om處布
置一支無應(yīng)力計(jì)。五向應(yīng)變計(jì)組的方位，第1～4向組
運(yùn)行管理
Operation Management
成的平面垂于壩表面，第5向平行于壩面，施工采用
挖鉆法。應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)均采用大應(yīng)變計(jì)。
b．大壩溫度。碾壓混凝土壩中溫度監(jiān)測是重要
的監(jiān)測項(xiàng)目之一，為研究施工期間的溫度控制、運(yùn)行
期間壩體應(yīng)力應(yīng)變等實(shí)際工作狀態(tài)，結(jié)合計(jì)算，共布
置了2個觀測斷面。
溫度監(jiān)測為庫水溫度、壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度
及壩基基礎(chǔ)溫度監(jiān)測。對壩體表面溫度和庫水溫觀測
采用在壩體上、下表面專門布置電阻溫度計(jì)的方式，
而前述應(yīng)力應(yīng)變觀測儀器也可以同時觀測溫度；壩體
內(nèi)部混凝土溫度采用測溫光纖網(wǎng)格布置。為分析施工
及運(yùn)行期間的溫度應(yīng)力和溫控提供原始資料。基巖溫
度采用在基礎(chǔ)面鉆孔分段布置溫度計(jì)，監(jiān)測基礎(chǔ)溫度
分布。
庫水溫度觀測：一般在死水位以上，該水庫死水
位905m，正常水位912m，大壩壩高51m，按照《混
凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL／T 5178—2003) 的一
般規(guī)定，從正常蓄水位到死水位以下10m處的范圍
內(nèi)，水溫觀測宜每隔3～5m布置一個測點(diǎn)，再往下每
隔10～15m布置一個測點(diǎn)。在兩個觀測斷面的溫度計(jì)
布設(shè)在相同高程，布置在距壩體上游表面10cm處。
壩體混凝土溫度觀測：采用測溫光纖測量，分別
在大壩的8個高程截面埋設(shè)測溫光纖，觀測壩體內(nèi)部
溫度。按網(wǎng)格布置溫度測點(diǎn)，網(wǎng)格間距8～10m。
基礎(chǔ)溫度觀測：在大壩基礎(chǔ)上、中、下分別鉆孔
(孔徑56mm)10m深、各埋設(shè)4支溫度計(jì)，觀測基巖
在混凝土水化熱溫升時對基礎(chǔ)的溫度傳遞和基礎(chǔ)不同
深度下溫度分布，另在基礎(chǔ)溫度觀測斷面混凝土墊層
內(nèi)埋設(shè)3支溫度計(jì)，觀測墊層常態(tài)混凝土的溫度。
c．裂縫觀測。壩體接縫開合度觀測選取l0號、
14號、17號等壩段布置測縫計(jì)， 在高程868．3m、
885．7m、902．2m共布置18支儀器， 分別在高程
868．3m、885．7m、902．2m處布置3支由測縫計(jì)改裝
的裂縫計(jì)， 以監(jiān)測壩體橫縫的變形。在10號壩段布
置基巖四點(diǎn)式位移計(jì)，共3組，監(jiān)測壩體、壩踵、壩
趾等部位裂縫的開度或錯動。
d．滲流滲壓觀測。滲流滲壓觀測包括大壩壩基
揚(yáng)壓力、兩壩肩滲透壓力、壩體混凝土滲壓力、大壩
和壩基滲漏量觀測。
壩體混凝土滲透壓力：選取10號壩段，在
866．20m、885．7m、902．2m三個高程布設(shè)滲壓計(jì)，
各層距上游表面lm、2m、5m處依次設(shè)3支滲壓計(jì)。
要求滲壓計(jì)在埋設(shè)過程中必須保證頭部朝向上游，為
便于儀器埋設(shè)和觀測到壩體的實(shí)際滲透壓力，應(yīng)將滲
壓計(jì)置于碾壓混凝土的施工層面上。
壩基揚(yáng)壓力：在壩基869．0m高程灌漿廊道1～
27號壩段壩基帷幕后，沿壩軸線方向分別布置揚(yáng)壓
力觀測點(diǎn)27個。在基礎(chǔ)869．00m高程9號／1O號、l4
號／15號、19號／20號壩段3條橫向廊道內(nèi)共布置10
個揚(yáng)壓力監(jiān)測儀器進(jìn)行大壩揚(yáng)壓力觀測。
滲漏量：大壩排水由869．0m高程廊道匯集到壩
基集水井內(nèi)，在集水井排水溝內(nèi)設(shè)置8個量水堰。
繞壩滲流：在大壩的左右壩肩(邊坡)各設(shè)置3
個測點(diǎn)用于觀測繞壩滲流情況。
3．3 自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
監(jiān)測自動化系統(tǒng)由自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工程安全
監(jiān)測信息管理兩部分組成。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是
把布設(shè)在樞紐中各建筑物內(nèi)各類永久觀測儀器的觀測
數(shù)據(jù)按照事先給定的時間間隔準(zhǔn)確無誤地采集到指定
位置，并按照一定的格式存儲起來。工程安全監(jiān)測信
息管理系統(tǒng)主要是對采集系統(tǒng)和人工采集來的觀測數(shù)
據(jù)進(jìn)行管理、分析、處理，實(shí)時掌握工程的運(yùn)行狀
況，為及時、準(zhǔn)確判斷工程的安全狀況提供可靠依
據(jù)，對整個工程實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控和離線監(jiān)控。布置數(shù)據(jù)
采集單元16個，采集模塊33個，監(jiān)測站9個。
4 結(jié)語
經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)和規(guī)范的施工，山口水電站工程
安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)于201 1年底正式投入運(yùn)行管理，
大幅減少了人力的投入，運(yùn)行以來收集了大量準(zhǔn)確、
全面、可靠、及時有效的數(shù)據(jù)資料，表明大壩安全監(jiān)
測設(shè)計(jì)是合理的，也為水電站實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人
值守” 和安全運(yùn)行提供了保障。A
參考文獻(xiàn)
張雷，蘇曉軍．積石峽水電站樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．大壩監(jiān)測
技術(shù)，2013(4)．

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