大型水電工程運(yùn)行期安全監(jiān)測重點(diǎn)及難點(diǎn)淺析

張飛躍（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072）

大型水電工程運(yùn)行期安全監(jiān)測重點(diǎn)及難點(diǎn)淺析

張飛躍（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072）

本文對以XLD水電站為例，通過對XLD水電站安全監(jiān)測運(yùn)行期重點(diǎn)、難點(diǎn)等多方面闡述，提出將監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)可靠性、合理規(guī)范的整理整編、分析各工程部位的變形、應(yīng)力應(yīng)變、滲流滲壓等相應(yīng)方面作為不同關(guān)注度、關(guān)注點(diǎn)。對相類似水電項(xiàng)目運(yùn)行期監(jiān)測提供思路。

運(yùn)行期安全監(jiān)測；數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；整理整編；變形；應(yīng)力應(yīng)變；滲流滲壓

1 前言

我國是世界上建壩最多的國家，已建及在建水庫大壩超過9萬座，安全監(jiān)測作為大壩安全管理的耳目，最早起步于于20世紀(jì)50年代，而后和世界各國大壩安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展一致，隨著工程施工完成，安全監(jiān)測在運(yùn)行期同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，本文以XLD水電站為例針對水電站運(yùn)行期安全監(jiān)測的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行簡要分析。

2 對XLD安全監(jiān)測工程的認(rèn)識

XLD水電站具有“河谷窄、高拱壩、孔口多、泄洪功率大、高邊坡、大跨度地下洞室群”等特點(diǎn)，工程規(guī)模、許多技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)超出現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的界定范疇，工程難度和復(fù)雜性均超越現(xiàn)有的工程認(rèn)識水平。

國內(nèi)外許多水電工程，特別是超級水電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在水電站初期蓄水及以后的3～5年內(nèi)，近壩區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件將發(fā)生較大的改變。在初期運(yùn)行階段大壩處于安全考驗(yàn)期，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)隨加載歷史和加載路徑而變化，將導(dǎo)致大壩自身強(qiáng)度與周圍實(shí)際邊界的相容性與設(shè)計(jì)預(yù)想規(guī)律不完全一致。大壩事故統(tǒng)計(jì)資料表明，幾乎有60%左右的事故是發(fā)生在初期蓄水或初期運(yùn)行階段。因此對重要監(jiān)測項(xiàng)目，如壩體變位，應(yīng)做出快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測和分析，以便及時掌握大壩的運(yùn)行安全狀態(tài)，為制定安全運(yùn)行監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)和水庫調(diào)度運(yùn)行方式提供決。通過初期運(yùn)行安全監(jiān)測工作，加強(qiáng)對重要參數(shù)（近壩區(qū)域變形、應(yīng)力、谷幅變形、滲流滲壓等）的不間斷監(jiān)測，為樞紐建筑物安全鑒定與評價(jià)提供可靠、準(zhǔn)確、完整、連續(xù)的監(jiān)測成果。

針對相應(yīng)工程，統(tǒng)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)及應(yīng)對措施簡介表見表1。

3 XLD安全監(jiān)測重點(diǎn)、難點(diǎn)及對策

3.1 項(xiàng)目重點(diǎn)及對策

3.1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠

安全監(jiān)測工作是確保大壩長期安全運(yùn)行的重要手段，是水工建筑物工程管理的耳目，而監(jiān)測數(shù)據(jù)是建筑物運(yùn)行性態(tài)的最直觀反映，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性及可靠性尤為重要。水電站工程監(jiān)測儀器數(shù)量繁多、監(jiān)測周期較長，歷史數(shù)據(jù)量較大，為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的全面的梳理判定，重點(diǎn)判別儀器的初始值選取是否正確。

對應(yīng)措施：

（1）收集前期相關(guān)資料：包括工程資料、儀器資料、監(jiān)測資料等。

（2）已有監(jiān)測數(shù)據(jù)成等果復(fù)核：對歷年來已獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，對所有監(jiān)測儀器初始值選取、計(jì)算公式、儀器型號、規(guī)格、技術(shù)參數(shù)、測點(diǎn)布置信息、損壞維修改裝等相關(guān)信息進(jìn)行復(fù)核。

（3）聯(lián)合驗(yàn)收觀測：組織人員對工程范圍內(nèi)的所有監(jiān)測儀器進(jìn)行聯(lián)合觀測，對儀器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，對觀測異常的儀器數(shù)據(jù)溝通相應(yīng)觀測單位收集該儀器部位的施工信息、歷史影響因素等。

表1 重點(diǎn)、難點(diǎn)及應(yīng)對措施簡介

3.1.2 運(yùn)行期監(jiān)測精度

監(jiān)測數(shù)據(jù)是建筑物運(yùn)行性態(tài)的最直觀反映，為滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性及可靠性的需求因此在觀測過程中減少誤差，提高監(jiān)測精度尤為重要。

對應(yīng)措施：

（1）嚴(yán)格按照指定的觀測要素進(jìn)行觀測

觀測要素：人工觀測至少兩人以上操作，做到“四無”（無缺測、無漏測、無不符精度、無違時），“五隨”（隨觀測、隨記錄、隨計(jì)算、隨校核、隨分析），“四固定”（人員固定、儀器固定、測次固定、時間固定）。

（2）針對異常值的判斷

記錄全部原始觀測和檢驗(yàn)資料，及時將觀測資料換算為相應(yīng)的位移等物理量，并進(jìn)行資料整理、分析各監(jiān)測量的變化規(guī)律和趨勢，通過考證監(jiān)測儀器的安裝埋設(shè)、量程、精度、監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空變化趨勢等資料，初步評價(jià)監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)誤差和合理性。判斷有無異常的觀測值。并通過同一部位的不同監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的統(tǒng)一分析、不同部位相同監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的統(tǒng)一分析或同一物理量變化過程監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)變化的分析，初步判斷是否為監(jiān)測數(shù)據(jù)異?；蚪Y(jié)構(gòu)異常。

3.1.3 巡視檢查的重要性

水電站施工洞（施工支洞）及交通洞堵頭較多，僅部分部位布設(shè)了監(jiān)測儀器，未布設(shè)監(jiān)測儀器的施工支洞、交通洞堵頭較多，由于部分堵頭連接上游水庫，該部分堵頭的安全也將直接影響電站的安全。

對應(yīng)措施：

充分理解工作重點(diǎn)，針對工程的特征，劃分巡視檢查重點(diǎn)。

一級重點(diǎn)：帷幕后測壓孔（滲壓計(jì)）、異常測點(diǎn)；

三級重點(diǎn)：抗力體變形測點(diǎn)、抗力體滲流滲壓測點(diǎn)、壩體垂直位移測點(diǎn)。

針對以上部位，相應(yīng)增加巡視檢查力度。

3.2 項(xiàng)目難點(diǎn)及對策

3.2.1 大壩資料分析重點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）大壩接縫變形資料分析難點(diǎn)

壩段接縫的工作狀態(tài)是拱壩能否正常發(fā)揮拱作用的關(guān)鍵因素之一。目前XLD水電站的谷幅收斂變形持續(xù)，拱壩整體向下游面變形量值較小，均能夠在大壩的接縫得到相應(yīng)反饋，因此針對大壩接縫變形需綜合多種因素進(jìn)行評判。

對應(yīng)措施：

全面收集壩體徑向切向位移、垂直位移、各層廊道沉降數(shù)據(jù)等各位移變形數(shù)據(jù)，并形成過程線，通過位移時間過程線對變形的空間分布規(guī)律和時間效應(yīng)，分析不同階段拱壩變形的空間分布、擾度變化和變化規(guī)律，通過對相關(guān)部位的位移過程線進(jìn)行類比分析得到變形時間變化規(guī)律和空間分布特點(diǎn)，整體分析拱壩接縫情況。

口腔：將一份微球樣品和1 mL 磷酸緩沖溶液(pH7.0， 10 mM)、6 mL純水混合，然后和8 mL的模擬唾液混合，將pH調(diào)為6.8，置于37℃條件下攪拌10 min，攪拌速度為100 r/min.模擬唾液的制備如表1所示.

（2）大壩滲流資料分析難點(diǎn)

XLD地質(zhì)水文條件非常復(fù)雜，水庫蓄水后樞紐區(qū)的滲流場將發(fā)生很大的改變，為了全面掌握整體滲流變化情況，以及驗(yàn)證灌漿帷幕效果，應(yīng)針對大壩滲壓、滲流量進(jìn)行全面的梳理和分析。

對應(yīng)措施：

針對大壩所有的滲流監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)過程線應(yīng)增加上游水位過程性及施工階段性特性節(jié)點(diǎn)，并繪制壩區(qū)滲流場分布圖，通過壩前水位變化，對壩基滲壓狀態(tài)及防滲帷幕效果進(jìn)行綜合分析。結(jié)合類似工程滲流監(jiān)測實(shí)例進(jìn)行類比分析。

（3）大壩應(yīng)力與應(yīng)變資料分析難點(diǎn)

XLD水電站大壩由于受到谷幅收縮變形及庫水位變化導(dǎo)致的庫盆區(qū)域沉降對應(yīng)力分布及變化的持續(xù)影響。

對應(yīng)措施：

①依托試驗(yàn)研究所在實(shí)測應(yīng)變和徐變試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)之上，對混凝土應(yīng)力分部位、分階段的分析壩體應(yīng)力整體分布規(guī)律和變化特點(diǎn)。

②根據(jù)實(shí)測溫度和大壩變形等，根據(jù)溫度場分布圖、應(yīng)力場分布圖，變形分布圖，進(jìn)行規(guī)律性分析，據(jù)此評價(jià)大壩應(yīng)力變化規(guī)律。

3.2.2 水墊塘資料分析重點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）水墊塘邊坡變形分析難點(diǎn)

水墊塘高邊坡蓄水后出現(xiàn)向上游、向河谷的變形，其中順河向最大位移量大于12mm，左岸約為右岸的2倍，橫河向最大位移大于34mm。馬道發(fā)現(xiàn)縱縫張開、錯動、輕微擠壓現(xiàn)象，坡腳混凝土局部擠壓破碎。

對應(yīng)措施：

①由于水墊塘邊坡變形問題顯著，重點(diǎn)加強(qiáng)該部位的巡視檢查，內(nèi)部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合外部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析邊坡變形的范圍和空間分布；

②對水墊塘淺層基巖監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行時段和累積量變化分析，通過對比分析不同深度范圍的變形分布和時段內(nèi)的變化過程，掌握淺層基巖的變形特征；

③在對層間層內(nèi)錯動帶測斜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，判斷錯動帶是否發(fā)生錯動和滑移；

④通過分析測縫計(jì)開合度的變化情況，分析水墊塘各廊道裂縫或結(jié)構(gòu)縫的張開、錯動處情況。

（2）水墊塘及兩岸邊坡滲流滲壓分析難點(diǎn)

XLD水墊塘滲流量相比拱壩較大，水墊塘及二道壩止水、各排水廊道、交通廊道、相關(guān)施工支洞堵頭、抽排系統(tǒng)等部位的滲漏情況比較復(fù)雜。分析水墊塘滲漏水量及滲漏水的來源是分析重點(diǎn)。

對應(yīng)措施：

①可依托試驗(yàn)所的對庫區(qū)水、滲漏水、降雨、坡體內(nèi)地下水等相應(yīng)部位進(jìn)行水質(zhì)分析，區(qū)分庫區(qū)水滲漏和降雨滲流等以判斷滲水來源。

②通過水墊塘和二道壩滲壓計(jì)水頭的整理，分析水墊塘整體滲壓分布，研究滲壓水位與上下游水位的關(guān)系，明確水墊塘邊坡和底板的揚(yáng)壓力荷載的大小與分布。

3.2.3 谷幅變形資料分析重點(diǎn)及難點(diǎn)

水電站谷幅收縮變形明顯，尚無明顯收斂趨勢。

對應(yīng)措施：

①結(jié)合內(nèi)外觀變形監(jiān)測成果，深入分析谷幅變形產(chǎn)生原因，掌控變形的區(qū)域性和時段性。

②谷幅收縮、庫盆沉降目前無明顯收斂趨勢主要反映在外觀變形。內(nèi)部變形在二道壩及水墊塘邊坡也有一定的擠壓變形等反應(yīng)，結(jié)合邊坡測斜孔、地下水位、錨索測力計(jì)監(jiān)測成果，通過內(nèi)外觀監(jiān)測成果印證，對谷幅變形做深入整體分析。

③整理蓄水后滲流場的變化規(guī)律和滲流—應(yīng)力耦合作用下庫岸邊坡及大壩的變形規(guī)律。為下一步谷幅變形對大壩應(yīng)力變形的影響，提供必要的支撐依據(jù)。

4 結(jié)論及建議

通過對本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)情況、前期監(jiān)測成果等相應(yīng)信息的了解和分析。總結(jié)工程特征、歸納運(yùn)行期工程重點(diǎn)、難點(diǎn)。更具有針對性的實(shí)施安全監(jiān)測手段，為電站的安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

［1］吳中如.中國大壩的安全和管理［J］.中國工程科學(xué)，2000，2（6）：36～39.

［2］吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［3］李珍照.大壩安全監(jiān)測［M］.北京：中國電力出版社，1997.

TV698.1

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2095-2066（2016）29-0099-02

2016-9-30

張飛躍（1978-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事工程安全監(jiān)測、研究等工作。