固定式傾斜計在蘇丹麥羅維水電站大壩面板撓度監測中的應用

帥永建

(中國水利水電第七工程局有限公司 科研設計院,四川 成都 611730)

1 概 述

蘇丹麥洛維大壩工程位于尼羅河中下游地區的蘇丹北部麥羅維市附近。

該工程以發電為主,兼顧灌溉和防洪,最大壩高 82m,大壩總長 9789 m,總裝機容量為 1250 MW。麥洛維大壩工程由 2A、2B、2C三部分組成,其中:左岸建筑物由土石壩、灌溉渠首工程、混凝土面板堆石壩組成(2A);電站廠房和附屬建筑物由溢流壩段、非溢流壩段、電站廠房組成(2B);左岸建筑物由粘土心墻壩、面板堆石壩、灌溉渠首工程組成(2C)。

麥洛維水電站于 2003年 9月 20日開工,2004年 10月大江一期截流,2009年 3月底首臺機組發電,2010年底工程將全部竣工發電。

2 面板撓度監測布置

整個工程面板壩總長度約為6700m,混凝土面板面積約 20萬 m2。設計分別在左右岸面板壩布置了 4個監測斷面,采用固定式傾斜計監測面板撓度變形。

在右岸面板壩布置了兩個撓度監測斷面,分別在 4+610,4+716、從高程 258 m至壩頂高程295m。在左岸面板壩同樣布置了兩個撓度監測斷面,分別在 6+309,6+445、從高程 263 m至壩頂高程 295m。每個斷面布置了 4支固定式傾斜計。其典型布置斷面見圖 1。

3 固定式傾斜計的工作原理

圖1 傾斜計典型布置斷面圖

固定式傾斜計的工作原理是測量儀器內部兩個球形面間電解液的電阻變化,從而測出傾角變化,通過二次儀器精確測出并以電壓信號輸出。

該工程進行設備選型時,分別考慮了美國AGI公司的 802DeepWater型、加拿大 RST公司的ELS潛水單軸傾斜計(型號:IC6603),在綜合其性價比后,最終決定采用加拿大 RST產品。

圖2 電解式傾斜計示意圖

RST公司(ELS)電解式傳感器可用于測量建筑物的微小運動。如圖 2所示,電解式傾斜計可用于監測水下建筑物的傾斜,其由電子傾斜傳感器和一個堅硬的不銹鋼防水外殼組成。結實的安裝盤為現場安裝提供了方便,確保了儀器不被損壞。傾斜傳感器輸出電壓,并可被讀數儀采集或數據采集系統遙測。

該產品可在水下高壓力下工作,長期穩定性好,安裝可靠。安裝盤用于水下安裝調平,并能提供水下安裝所需要的強度、剛度以及高分辨率。

4 面板撓度分析

由于蓄水后的面板撓度變形過程線呈高度一致性,因此,筆者在分析時,主要以右岸 4+610斷面和 4+716斷面的傾斜計變化情況作進一步分析。面板壩撓度典型過程線見圖 3～4,面板變形分布情況見圖 5,向下游面為正,向上游面為負。

在水庫尚未蓄水、面板混凝土澆筑尚未完工前,整體面板壩的變形量均較小。水庫蓄水分兩期進行,第一期從 2008年 4月 15日～2008年 7月 15日,蓄水高程從 259～270m;第二期蓄水從2008年 7月 15日～2008年 12月 15日基本結束,蓄水高程從 270～299.5m;面板受水壓力的作用,兩個撓度監測斷面各測點變化類似:

(1)埋設在最底部的 TM 1傾斜計在第一期蓄水期基本上沒有變化,分析其原因主要是其距離趾板最近,而且根據設計要求趾板部位進行了二期回填,受趾板和回填料的雙向約束,因此變化微弱;二期蓄水后,其逐漸呈現向下游變化的趨勢,但數值仍較小,蓄水到頂后,基本不再變化;

(2)埋設在高程 268 m處的 TM 2傾斜計在第一期蓄水期向上游變化,一期蓄水高程 270 m也正在達到儀器安裝高程 268m,這時的 TM 3,TM4基本沒有變化;第二期蓄水開始后,該測點由于受上部水壓導致面板整體變形,該測點呈向上游變化的規律,與庫水位線性相關性明顯;

(3)埋設在高程 282 m處的 TM 3傾斜計在一期蓄水時變化較小,呈向下游的微小變化;二期蓄水后,特別是從高程 270～285 m測點加速向上游面變化,高程 285 m以上蓄水時,變化較小。

(4)埋設在高程 295 m處的 TM 4傾斜計在一期蓄水時變化較小,呈向下游的微小變化,二期蓄水后,從高程 270～285m,測點變化也較小,其變形主要在高程 285m以上蓄水期,則變化和庫水位呈反方向變化,最大變形量約為 40.5mm(上游方向)。

5 結 語

圖3 面板壩撓度過程線示意圖

圖4 面板壩撓度過程線示意圖

圖5 面板變形分布情況示意圖

(1)固定式傾斜計用于大壩面板表面傾斜量測,總體反映了面板的變形規律和特點,儀器安裝簡便,可在面板形成后再進行安裝,因此不受土建施工干擾;儀器在蓄水前后運行穩定,測值合理,整體大壩變形較小。

(2)各測點的儀器在蓄水期間準確的反映了庫水位升高時對面板變形的影響規律,儀器反映靈敏,準確度高(圖 5),水庫蓄水前,壩頂變形較小,最大約 8.3mm(向上游面,RD18斷面);蓄水后,受庫水位,特別是尼羅河泥沙淤積壩前的影響,壩頂普遍向上游變形,最大變形量為 40.5mm,符合變形預期。

(3)國內面板壩一般設計為埋設在面板內(或底部)的滑動式測斜計和電平計,這些儀器受施工干擾大,一旦損壞即無法修復和更換,而固定式傾斜計用于面板表面安裝,若有損壞,則可利用水庫放空檢修期進行維護和更換,更適用于長期的水庫面板傾斜監測。

(4)需要注意的是:蘇丹麥羅維工程面板壩高度較小,若將固定傾斜計用于高壩的面板壩表面安裝,筆者認為需要做專門的論證,以解決電纜的牽引和保護問題。