大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)在水電項目中的應(yīng)用

張變梅 范靖

摘 要： 當(dāng)前，CT、GPS、光纖等技術(shù)已在各大水電項目中得到應(yīng)用。各種監(jiān)測與安全評估技術(shù)相互配合，可實現(xiàn)對水電項目建設(shè)過程的全方位監(jiān)測，為項目建設(shè)提供可靠保障，幫助水電建設(shè)施工隊伍全面掌握項目進展，促進工程質(zhì)量的提升。圍繞水電項目建設(shè)展開討論，分析大壩監(jiān)測與安全評估在水電項目建設(shè)中的重要性，結(jié)合A水電站項目建設(shè)情況，闡述項目建設(shè)期間各類技術(shù)的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞： 水電項目 大壩監(jiān)測 安全評估技術(shù) 項目周期

中圖分類號： TP393文獻標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）05-0010-03

Application of Dam Monitoring and Safety Assessment Technology in Hydroelectric Projects

ZHANG Bianmei FAN Jing

Sanmenxia Yellow River Mingzhu （Group） Co.， Ltd.， Sanmenxia， Henan Province， 472000 China

Abstract： At present， CT， GPS， fiber optic and other technologies have been applied in various hydropower proj‐ects. The cooperation of various monitoring and safety assessment technologies can achieve the all-round monitor‐ing of the construction process of hydropower projects， so as to provide reliable guarantees for project construction， help the construction team of hydropower construction fully grasp the progress of the project and promote the im‐provement of project quality. This article focuses on discussing the construction of hydropower projects， analyzes the importance of the monitoring and safety assessment of dams in the construction of hydropower projects， and combines the construction of the A hydropower station project to explain the application of various technologies during the construction of the project.

Key Words： Hydropower project； Dam monitoring； Security assessment technology； Project cycle

水電項目的施工環(huán)境比較惡劣，規(guī)模較大，項目周期較長，因此做好項目監(jiān)測與安全評估非常重要。利用大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)可實現(xiàn)對水電項目建設(shè)各環(huán)節(jié)的動態(tài)化監(jiān)測與評估，全方位監(jiān)測機械、溫度、水壓、材料等多種因素對項目建設(shè)的影響，提高水電項目建設(shè)的安全性。目前大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)較多，水電項目施工過程中應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇技術(shù)類型，協(xié)調(diào)各項技術(shù)進而維持項目建設(shè)的穩(wěn)定推進。

1 大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)的作用

水電項目建設(shè)過程中，可使用的大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)較多，包括變形、動力、靜力、滲流、地質(zhì)等多項監(jiān)測技術(shù)，各類技術(shù)相互配合共同提高水電項目建設(shè)的安全性。

1.1 及時發(fā)現(xiàn)隱患

水電項目大壩建造期間的施工隱患較多，滲流、地下結(jié)構(gòu)變化等隱患會嚴(yán)重影響項目建設(shè)進程，甚至降低水電項目建造質(zhì)量。加強大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)的應(yīng)用，有助于水電項目建設(shè)單位及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，提前做好對各項隱患的防范，進而降低自然災(zāi)害導(dǎo)致項目建設(shè)的損失。

1.2 預(yù)測災(zāi)害風(fēng)險

自然災(zāi)害對水電項目建設(shè)的影響較大，洪水、地震、臺風(fēng)等都屬于自然災(zāi)害。利用水下監(jiān)測、光纖等多元化的檢測與安全評估技術(shù)，有助于水電項目建設(shè)單位提前預(yù)測可能發(fā)生的自然災(zāi)害，提前防范災(zāi)害，進而有效減少災(zāi)害對項目建設(shè)造成的損失[1]。

1.3 保障項目安全

水電項目工程與群眾民生關(guān)系密切，做好大壩監(jiān)測與安全評估工作，深化各類技術(shù)在項目建設(shè)中的應(yīng)用，能最大程度保證水電項目建設(shè)的安全性。各項監(jiān)測與安全評估技術(shù)相互配合，滲透到每個建設(shè)環(huán)節(jié)，有效保障水電項目建設(shè)全過程的施工安全。

2 水電項目大壩監(jiān)測與安全評估的主要技術(shù)

2.1 CT技術(shù)

CT技術(shù)可將探測波在大壩內(nèi)分解為若干射線，通過波傳輸探測壩體內(nèi)部的各個切面，CT機采集并整理波信號，利用計算機對波信號數(shù)據(jù)進行的分析，得到壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強度分布情況，評估壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，起到監(jiān)測大壩強度的作用。

聲波、電磁波是現(xiàn)階段大壩監(jiān)測常用的兩項技術(shù)。（1）聲波檢測系統(tǒng)主要由計算機設(shè)備、檢測設(shè)備組成。計算機負(fù)責(zé)處理聲信號，獲取最終的檢測結(jié)果；檢測設(shè)備由發(fā)射、接收與記錄3個單元構(gòu)成。發(fā)射單元由動能源、驅(qū)動裝置組成，發(fā)射波信號后由接收單元檢測瞬時波，檢測過程由記錄單元進行記錄。（2）電磁波技術(shù)主要是發(fā)射高頻寬帶電磁波與接收壩體反射形成的電磁波，通過反射電磁波的接收時間、強度與波形繪制壩體內(nèi)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，幫助項目建造單位及時發(fā)現(xiàn)壩體材料的老化情況。

2.2 GPS監(jiān)測技術(shù)

水電大壩項目施工期間的高邊坡變形、大壩變形、基坑支護等都可使用全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)進行監(jiān)測。在水電大壩項目建造中，GPS技術(shù)采用以下3個系統(tǒng)實現(xiàn)對項目的全方位監(jiān)測：（1）空間星座系統(tǒng)，在水電項目推進期間用于監(jiān)測大壩水平面以上的空間數(shù)據(jù)，幫助施工方及時預(yù)防空中落石、揚塵等情況；（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)，重點監(jiān)測大壩表面的建造情況，包括壩體坡度、表面材料強度等指標(biāo)監(jiān)測；（3）大壩監(jiān)測用戶設(shè)備，用戶系統(tǒng)需根據(jù)大壩監(jiān)測的實際需求進行開發(fā)，內(nèi)置符合用戶需求的子模塊，保證操作用戶系統(tǒng)就能實現(xiàn)對大壩水電項目建造的全方位監(jiān)控。GPS技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機自動整合處理，通過無線網(wǎng)上傳處理結(jié)果至終端，幫助項目建造方及時處理隱患[2]。

2.3 光纖監(jiān)測技術(shù)

水電項目大壩監(jiān)測與安全評估過程中應(yīng)用光纖監(jiān)測技術(shù)，能獲得較為準(zhǔn)確的內(nèi)測與評估結(jié)果。入射光纖、出射光纖、光源、光探測器與調(diào)制器共同構(gòu)成光纖監(jiān)測系統(tǒng)，其優(yōu)勢如下：（1）光纖傳感器由二氧化硅組成，二氧化硅具有較強的抗干擾、耐腐蝕性，以光纖為載體傳遞信號很少會發(fā)生信息丟失情況；（2）光纖柔軟程度高，纖細(xì)的光纖體積小且重量輕，按照大壩水電項目施工需求安裝光纖的難度低，也不會對壩體關(guān)鍵部位力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響；（3）光纖技術(shù)具有高靈敏度、高準(zhǔn)確率的優(yōu)勢，加上光纖壽命長、故障率低等特點，是大壩監(jiān)測與安全評估的首選技術(shù)。

2.4 水下監(jiān)測技術(shù)

水電大壩部分壩體長期在水面之下，加強施工期間水下的監(jiān)測，能保證壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。水下監(jiān)測技術(shù)依賴水下照相設(shè)備、閉路電視等光學(xué)設(shè)備或剖面聲吶、掃描聲吶等聲學(xué)設(shè)備進行相關(guān)操作，水電大壩項目建造方應(yīng)根據(jù)水流、水溫、水下環(huán)境等因素科學(xué)選擇水下監(jiān)測設(shè)備[3]。可使用水下機器人對壩體隱患部位進行重點監(jiān)測，為大壩建造與后續(xù)檢修提供依據(jù)。

3 大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)的應(yīng)用：A水電站項目

3.1 工程概況

本文選取A水電站項目為研究對象，A水電站項目為低閘飲水式電站，項目計劃水庫修建后的容量>23萬m3，蓄水位保持在1 270 m左右，同時預(yù)留7～8萬m3的調(diào)節(jié)庫容。A水電站項目為Ⅲ級工程，擬建成后的水庫總裝機容量>100 MW。在施工方案擬訂時，項目建造方必須實地考察施工區(qū)域的地質(zhì)、土層結(jié)構(gòu)、河流等情況，為建造期利用各類監(jiān)測與安全評估技術(shù)排除施工隱患，提高工程質(zhì)量。

3.2 項目中大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)

3.2.1 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測的主要內(nèi)容為基礎(chǔ)揚壓力監(jiān)測、繞滲觀測與壩基滲壓監(jiān)測。首先，監(jiān)測基礎(chǔ)揚壓力。通過縱向觀測斷面（1個）、橫向觀測斷面（2個）完成監(jiān)測，監(jiān)測點設(shè)置在閘壩部位，縱向斷面監(jiān)測點共設(shè)置9個，位于0+004.50 m的位置，左側(cè)、右側(cè)擋水壩段分別設(shè)置6個、2個觀測點。橫向觀測點設(shè)置6個，沖沙閘與1#泄洪閘之間設(shè)置3個觀測點，1#泄洪閘與2#泄洪閘之間設(shè)置3個觀測點，分別為UP5、UP6、UP7、UP8、UP9、UP10。其次，繞滲監(jiān)測，共安設(shè)10個繞滲監(jiān)測孔。左側(cè)灌漿平洞處設(shè)置1個繞滲孔，左側(cè)下游設(shè)置4個，命名為RK1、RK2、RK3、RK4、RK5；右側(cè)灌漿平洞設(shè)置2個繞滲孔，右側(cè)下游設(shè)置3個，命名為RK6、RK7、RK8、RK9、RK10。最后是壩基滲壓的監(jiān)測。1#泄洪閘設(shè)置2-2監(jiān)測斷面，同時在防滲墻后側(cè)高1 200 m左右安裝2個滲壓計，滲壓計分別設(shè)置于1 245 m、1 255 m位置；在1#與2#泄洪閘壩段設(shè)置3-3監(jiān)測斷面，同時在防滲墻1 200 m左右安裝3個滲壓計，高度分別為1 255 m、1 256 m、1 246 m。

3.2.2 安全巡檢制度與監(jiān)測數(shù)據(jù)控制

（1）安全巡檢過程中應(yīng)抓住重點。仔細(xì)對壩頂、迎水坡、壩肩等易滲水或變形部位進行檢查，排查是否存在滲水隱患。排查大壩的防水防護、啟閉系統(tǒng)是否正常運行，排查泄洪通道是否有殘留雜物，排查電路線是否存在老化情況。（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)全面化。利用CT、水下監(jiān)測、光纖監(jiān)測等多項技術(shù)實現(xiàn)對水電大壩工程環(huán)境、安全、壩體、水下等情況的全面監(jiān)測，計算機接收各類監(jiān)測系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)后立即進行分析與分類，生成監(jiān)測分析報告，并將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫，方便后期查閱[4]。在大壩監(jiān)測系統(tǒng)中搭建三維模型，對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)進行三維建模分析，得出科學(xué)的監(jiān)測結(jié)果。

3.2.3 安全應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、溫度監(jiān)測

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測依賴CT技術(shù)完成，在壩體不同位置安裝CT機器，實時向計算機傳輸，通過計算分析找到可能導(dǎo)致大壩坍塌、應(yīng)力值變化的薄弱點，調(diào)整大壩設(shè)計與施工方案以獲得最佳的應(yīng)力數(shù)據(jù)。溫度監(jiān)測通過內(nèi)外部溫差監(jiān)測系統(tǒng)來完成，在水電大壩項目的水下、壩體、室內(nèi)等多個區(qū)域安裝溫度監(jiān)測器，溫度器連接總控制臺，項目建造人員監(jiān)測到超出施工規(guī)定范圍的溫度時立即停工，當(dāng)溫度符合施工條件后再開工。

3.2.4 水位與降水量監(jiān)測

水位監(jiān)測時在大壩安全水位線放置感應(yīng)器即可，當(dāng)水位超過大壩安全線時感應(yīng)器會自動報警。在安裝水位感應(yīng)器的同時，在下游安裝雷達自報設(shè)備，幫助水電大壩項目施工者實時了解水位變化，進而及時處理水位過高的情況。感應(yīng)器與雷達自報設(shè)備連接到控制中臺，日常24 h開啟設(shè)備對大壩及下游水位進行監(jiān)測，保留每日的水位與降水量監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，為后續(xù)工程建設(shè)與水位調(diào)整奠定基礎(chǔ)[5]。

3.3 分析監(jiān)測與安全評估技術(shù)的結(jié)果

3.3.1 首部樞紐

大壩滲流監(jiān)測結(jié)果顯示：繞滲孔基本上無較大變化，只有RK10點發(fā)生最大變化，RK10觀測點水位高度達到1 262.35 m，與同一時期的其他水位較低。除RK10觀測點外，其他觀測點的水位未發(fā)生較大變化，整體繞滲孔的水位變化不大，在可控范圍內(nèi)。UP3觀測點的測壓孔變化較大，UP3孔水位持續(xù)上升，最高達到1 262.92 m，與其他正常測壓孔相比，UP3觀測點水位偏低，偏低8.23 m。除UP3孔外其他壓力觀測孔的水位無較大變化，揚壓力監(jiān)測發(fā)現(xiàn)UP8孔堵塞，清除堵塞后UP8孔的水流正常，恢復(fù)到正常水位。

3.3.2 飲水系統(tǒng)

A水電大壩項目建造過程中，在進水處設(shè)置3個斜側(cè)管，命名為VE1、VE2與VE3，同時觀察3個位置，進而觀察邊坡變形狀況：VE1數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡?lián)隙茸冃蔚淖畲笾?、最小值分別為27.4 m、0.68 m，根據(jù)水流方向進行監(jiān)測，最大撓度高度、具體變形量分別為1 m、-3.95 m，不影響壩體的穩(wěn)定性；VE2監(jiān)測點結(jié)果顯示未出現(xiàn)明顯的變形變化，監(jiān)測點一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡?lián)隙茸冃蔚淖畲笾怠⒕唧w變形達到6 m與27.24 m，此處水流量最大撓度值出現(xiàn)在4.5 m，實際變形量接近27 mm；VE3監(jiān)測點結(jié)果顯示與前兩個觀測點類似，同樣未出現(xiàn)突變與跳躍等問題，該處撓度變形最大值處于28.5 m的位置，具體變形量達到1.71 mm，同時水流變形量達到3.14 mm。綜合分析發(fā)現(xiàn)，項目所設(shè)置的3個斜測孔所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息全部正常，均未出現(xiàn)異常狀況，邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本文以A水電站項目為案例，分析大壩施工中的安全監(jiān)測技術(shù)要點，搭配光纖技術(shù)、水下監(jiān)測技術(shù)、CT技術(shù)、GPS監(jiān)測等技術(shù)，由監(jiān)測分析結(jié)果可知，應(yīng)用大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)能保證水電工程的順利推進，提高施工質(zhì)量。盡管本次A水電站項目在大壩監(jiān)測與安全評估技術(shù)指導(dǎo)下順利完成，但水電項目施工受外部環(huán)境的影響較大，水電項目的監(jiān)測與安全評估技術(shù)選擇存在個體化差異。因此在水電項目施工期間，需要因地制宜、因時制宜，合理搭配與調(diào)整安全監(jiān)測技術(shù)，才能保證水電項目的施工質(zhì)量。

參考文獻

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