峽江水利樞紐工程變形監(jiān)測設(shè)計

劉蕓華 付典龍 劉 洋

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計院 江西 南昌 330029）

1 前言

工程建筑物建造在地質(zhì)條件復(fù)雜的地基上，在各種力的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況不斷發(fā)生變化，因此，必須建立相應(yīng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，以便及時掌握這種變化的情況和性質(zhì)，為采取必要的處理措施提供依據(jù)，以確保工程的安全可靠運行。此外，還可通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，來檢驗設(shè)計、指導(dǎo)施工和運行調(diào)度等。

峽江水利樞紐工程位于江西省贛江中游，是贛江干流梯級開發(fā)的主體工程，也是江西省大江大河治理的關(guān)鍵性工程，是一座以防洪、發(fā)電、航運為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。樞紐主要建筑物有泄水閘、擋水壩、河床式廠房、船閘、左右岸灌溉總進水閘及魚道等。大壩為混凝土閘壩，全長845.0m，壩頂高程51.2m，最大壩高44.9m。

根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，并結(jié)合峽江水利樞紐工程的地質(zhì)條件及水工建筑物布置特點，安全監(jiān)測的重點為大壩基礎(chǔ)、兩岸壩肩、主要建筑物及邊坡。本工程所設(shè)監(jiān)測的項目有：巡視檢查、環(huán)境量監(jiān)測、變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、水力學(xué)監(jiān)測等。

變形監(jiān)測是建筑物安全監(jiān)控的重要指標(biāo)之一，通過該指標(biāo)可直接了解到大壩的工作性狀，了解到變形的發(fā)展趨勢和其變化規(guī)律，這對判斷大壩是否安全起著重要的作用。

2 變形監(jiān)測范圍及監(jiān)測項目

本工程永久擋水建筑物、泄水閘、擋水壩、廠房（擋水部分）、船閘上閘首等為1級建筑物，大壩兩岸開挖邊坡為1級邊坡。工程安全問題尤為重要，應(yīng)考慮在壩體、壩基、壩址岸坡及危及大壩安全的不穩(wěn)定庫區(qū)邊坡等部位布設(shè)監(jiān)測儀器。

根據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T5178-2003），壩體和壩基位移、傾斜、接縫和裂縫變化均為必設(shè)監(jiān)測項目；根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386-2007），邊坡表面位移及其巖土內(nèi)部位移為必設(shè)監(jiān)測項目。因此，本工程變形監(jiān)測的主要項目包括大壩水平位移及垂直位移、傾斜、接縫和裂縫變化、壩基基巖變形、邊坡表面位移及其巖土內(nèi)部位移等。

3 變形監(jiān)測方法和儀器設(shè)備選擇

變形監(jiān)測是峽江水利樞紐工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的重點之一，必須建立監(jiān)控全部建筑物的變形監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)選擇穩(wěn)定可靠的監(jiān)測方法和儀器設(shè)備，以確保滿足量測精度要求，所測數(shù)據(jù)應(yīng)充分可靠，還應(yīng)具有先進性和長期穩(wěn)定性，并能反映出當(dāng)前大壩安全監(jiān)測的技術(shù)和水平；所選擇的監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器設(shè)備應(yīng)充分考慮操作簡便，具有快速、準(zhǔn)確獲得可靠監(jiān)測資料的性能；此外也應(yīng)滿足其經(jīng)濟合理性，獲得較高的性價比。在遵循上述原則情況下，本工程各項變形監(jiān)測方法和儀器設(shè)備選擇分述如下：

（1）大壩水平位移監(jiān)測。通常采用視準(zhǔn)線法、引張線法、真空激光準(zhǔn)直法，另外還有交會法和導(dǎo)線法等。視準(zhǔn)線法利用光學(xué)儀器，進行人工觀測，不能實現(xiàn)自動化監(jiān)測。另外，根據(jù)壩頂布置情況，為滿足通視要求，視準(zhǔn)線需布置在壩頂上游側(cè)，其觀測精度會受到庫水面水蒸氣造成的旁折光影響。真空激光準(zhǔn)直法精度高、速度快，能實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集，技術(shù)先進，但造價較高。引張線法適合于直線形混凝土壩，具有設(shè)備費用低、操作簡便、測量速度快的特點，而且便于遙測自動化。峽江樞紐大壩各建筑物基本布置在一條直線上，便于布置引張線。因此，依據(jù)上述情況，本工程大壩水平位移監(jiān)測采用引張線法。由于大壩兩岸地面無穩(wěn)固實可靠的區(qū)域可供設(shè)置觀測基準(zhǔn)點，故引張線兩端點均設(shè)一倒垂線作為基準(zhǔn)。

（2）大壩垂直位移監(jiān)測。一般有幾何水準(zhǔn)測量法和靜力水準(zhǔn)測量法。幾何水準(zhǔn)測量法利用光學(xué)儀器，進行人工觀測，不能實現(xiàn)自動化監(jiān)測。靜力水準(zhǔn)測量法能實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集。為使觀測操作快速簡便，盡可能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化，因此，本工程大壩垂直位移監(jiān)測采用靜力水準(zhǔn)測量法。在靜力水準(zhǔn)端點設(shè)一雙金屬標(biāo)作為基準(zhǔn)。

（3）大壩傾斜、接縫和基巖變形監(jiān)測。大壩傾斜可采用幾何水準(zhǔn)法監(jiān)測，也可采用連通管（靜力水準(zhǔn)）和遙測傾斜儀監(jiān)測。為實現(xiàn)自動化監(jiān)測，并考慮到靜力水準(zhǔn)受到壩頂其他設(shè)施布置（如啟閉門機等）影響，本工程大壩傾斜監(jiān)測采用遙測傾斜儀進行監(jiān)測。壩體接縫變化采用遙測測縫計進行監(jiān)測。壩基基巖變形采用基巖變位計進行自動化監(jiān)測。

（4）大壩開挖邊坡表面水平位移監(jiān)測。可采用視準(zhǔn)線法和三角網(wǎng)法監(jiān)測。由于受工程布置及地形條件限制，視準(zhǔn)線的通視條件及工作基點的布設(shè)條件均受到影響，故本工程大壩開挖邊坡表面水平位移采用三角網(wǎng)法，利用光學(xué)儀器進行監(jiān)測。工作基點應(yīng)按三角網(wǎng)的邊角要求進行布設(shè)，交會邊長在300m左右，基點與測點間連線的夾角在60°～120°之間。為此有部分工作基點需坐落在建筑物上或工程變形影響范圍內(nèi)，這時必須在工作基點處設(shè)置倒垂線作為基準(zhǔn)點。本工程可利用壩頂引張線的基準(zhǔn)點（倒垂線）作為邊坡表面水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點，所利用的倒垂線有布設(shè)與左岸擋水壩段的IP1和IP2、右岸擋水壩段的IP5。

（5）大壩開挖邊坡表面垂直位移監(jiān)測。采用一等精密水準(zhǔn)法進行監(jiān)測。由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點來引測、校測工作基點（起測基點）的垂直位移，本工程可利用布設(shè)于壩頂?shù)碾p金屬標(biāo)作為水準(zhǔn)基準(zhǔn)點。

（6）邊坡巖體深層位移監(jiān)測。左岸開挖邊坡為巖質(zhì)邊坡，采用多點位移計進行監(jiān)測，多點位移計為三點式。右岸開挖邊坡為土質(zhì)邊坡，采用鉆孔測斜儀進行監(jiān)測。鉆孔應(yīng)深入至下部巖層，根據(jù)邊坡地質(zhì)情況，孔深距地表均為20m。

（7）船閘閘室水平位移監(jiān)測。采用引張線法監(jiān)測閘室右邊墻垂直流向水平位移，引張線兩端點設(shè)一倒垂線作為基準(zhǔn)。

4 監(jiān)測設(shè)計總體結(jié)構(gòu)

峽江水利樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行可分為三個環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、資料分析及建筑物安全度評價。數(shù)據(jù)采集包括測量控制單元MCU自動采集、半自動采集、人工采集和巡視檢查。該系統(tǒng)分為三個層次監(jiān)控：第一層監(jiān)控是將分布于各建筑物上的各類傳感器就近引入相應(yīng)的MCU(測量控制單元)，由測量控制單元進行第一級監(jiān)控；第二層監(jiān)控是將分布于各部位的MCU(測量控制單元)接入壩上監(jiān)控站，由壩上監(jiān)控站進行第二級監(jiān)控；第三層監(jiān)控是將壩上監(jiān)控站接入峽江水利樞紐工程辦公大樓內(nèi)的安全監(jiān)控中心，由安全監(jiān)控中心進行第三級監(jiān)控。

5 變形監(jiān)測布置

（1）大壩水平位移監(jiān)測布置。由于受壩頂布置的限制，只能在上游側(cè)布設(shè)監(jiān)測通道（包括引張線和靜力水準(zhǔn)）。峽江大壩全長845.0m，由于引張線長度不宜大于300m，故需分段設(shè)置，共分3段，即在左岸擋水壩段、泄水閘壩段、廠房壩段至右岸擋水壩段各設(shè)一條引張線，每段端點均設(shè)一倒垂線作為基準(zhǔn)，孔深以二分之一壩高進行控制。在每個大壩段布設(shè)一個測點，共布置32個測點，5根倒垂線。

（2）大壩垂直位移監(jiān)測布置。在左岸擋水壩段與門庫壩段之間為跨度為47.0m的船閘壩段，其上部設(shè)有拱形橋，由此限制了靜力水準(zhǔn)的連續(xù)性，故將其分為2段進行設(shè)置，每段端點均設(shè)一雙金屬標(biāo)作為基準(zhǔn)，孔深以二分之一壩高進行控制。在每個大壩段布設(shè)一個測點，共布置37個測點，2根雙金屬標(biāo)。

（3）大壩傾斜監(jiān)測布置。在泄水閘段兩個監(jiān)測斷面的閘頂，沿順?biāo)鞣较蛟谏?、中、下游適當(dāng)位置各布設(shè)3支遙測傾斜儀，共布置6支傾斜儀。

（4）大壩接縫監(jiān)測布置。在壩基開挖陡坡處壩體與岸坡之間、各壩段之間分縫處設(shè)測縫計，以監(jiān)測各結(jié)合面的接縫開合度，總計設(shè)42支測縫計。

（5）壩基變形監(jiān)測。在壩基 F2、F5、F6、F8斷層上下盤各布置2～3支基巖變位計，以監(jiān)測斷層處壩基變形情況，共布置22支基巖變位計。在各壩段典型監(jiān)測斷面上各布置2～4支基巖變位計，共布置14支基巖變位計。

（6）右岸開挖邊坡變形監(jiān)測布置。由于開挖邊坡長度較長，在大壩右岸邊坡布置了8個監(jiān)測斷面；在壩左岸邊坡布置了2個監(jiān)測斷面。在每個監(jiān)測斷面上設(shè)置了2～3個位移標(biāo)點、1～2個巖體內(nèi)部位移測點。另外，由于施工期在右岸邊坡出現(xiàn)了坡面裂縫，故在裂縫部位埋設(shè)單向裂縫計對其進行監(jiān)測。右岸變形監(jiān)測項目及設(shè)施有：位移標(biāo)點23個、工作基點5個、測斜孔11個、裂縫計6支。左岸變形監(jiān)測項目及設(shè)施有：位移標(biāo)點5個、工作基點5個、測斜孔4個。

（7）船閘閘室水平位移監(jiān)測：引張線布置在閘室右邊墻頂部，以觀測其垂直流向的水平位移。每個閘室段設(shè)一個測點，共設(shè)10個測點。峽江船閘閘室全長174.0m，其引張線長度不大于300m，故只分一段設(shè)置，并在上、下閘首各設(shè)一倒垂線作為基準(zhǔn)。

6 結(jié)語

峽江水利樞紐工程已于2014年8月底進行一期下閘蓄水，并初步發(fā)揮工程效益。至此，樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)也初步建立，并獲取施工期監(jiān)測資料，對施工期間工程出現(xiàn)的一些問題的處理起到了重要的作用。同時，也驗證了該工程的安全監(jiān)測設(shè)計是合理的，所埋設(shè)的監(jiān)測設(shè)備是有效的。陜西水利

[1]江西省水利規(guī)劃設(shè)計院，峽江水利樞紐工程蓄水安全鑒定設(shè)計自檢報告[R]，2013.

[2]南京水利科學(xué)研究院勘測設(shè)計院，常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監(jiān)測手冊（第二版）[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[3]張啟岳等.土石壩觀測技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1993.1-26

[4]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊（第六卷）[M].北京:水利電力出版社,1982.6-488～6-501

[5]混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（DL/T 5178-2003）[S].