新立城水庫大壩滲流安全監測系統設計

［摘 要］ 本文對新立城水庫大壩滲流安全監測系統的布點及所選用的設備進行了綜合比較和研究，通過合理選擇設備保證了大壩監測系統的穩定運行，具有可操作性。

［關鍵詞］ 大壩安全監測； 設備； 選型

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2011 . 10 . 037

［中圖分類號］TV698.1+；F273.1 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673 - 0194（2011）10- 0065 - 02

１工程概況

新立城水庫位于吉林省伊通河中上游，距長春市區１６ｋｍ，控制流域面積１ ９７０平方公里，總庫容５．９２億立方米，是一座以防洪、供水為主的大型水庫。水庫按百年一遇洪水設計，按可能最大洪水校核。樞紐工程包括大壩、輸水洞和溢洪道等主要建筑物。

２大壩滲流監測系統建設必要性

雖然新立城水庫大壩現有安全監測設施對揭示水庫存在的問題和保證大壩安全運行發揮了重要作用，但監測項目設置仍存在不足，不能適應新立城水庫工程管理技術進步的要求；本次除險加固后，原設滲流監測設施無法全部保留，也不滿足《土石壩安全監測技術規范》（ＳＬ６０—１９９４）的要求，主要表現為：

（１） 大壩壩基壩體滲流監測雖已建立包括輸水洞滲漏監測在內的6個監測斷面，但監測儀器的布設基于當時大壩滲流狀態，一是壩基高噴灌漿施工勢必導致壩頂及上游監測設施損壞，二是原監測儀器布置難以滿足建立灌漿體后的滲流監測要求。在灌漿體有效作用下，壩軸線下游布設的監測儀器尤其是壩體滲流監測儀器可能處于非有效工作狀態，應針對大壩新的防滲體系布設和完善滲流監測測點。

（２） 在目前條件下減壓井能起到一定的排水減壓作用，但灌漿體建立后，減壓井功效將發生根本的改變，應視具體情況更新監測方案。滲流量監測將以總堰為主進行監測。

３滲流監測系統技術方案設計

３．１滲流監測斷面及測點設計

大壩除險加固主體工程為壩基高噴灌漿，其主旨為根治大壩壩基滲透隱患。對于灌漿完工后的防滲效果以及大壩滲流場的變化情況，均需要有針對性地在特定的位置安裝監測設施，對其工程效果進行監測。

本次滲流監測設計充分考慮壩基地質情況及此次除險加固工程的工程內容，并結合原滲流監測系統的布置及系統運行成果，共布設１４個監測斷面，分別為０＋４０５、０＋６０５、０＋８０５、１＋００５、１＋２０５、１＋４０５、１＋５９１、１＋８０５、１＋９１１、２＋００５、２＋２０１、２＋４０１、２＋５２５。下面以幾個典型斷面為例闡述一下監測系統的布點原則。

（１） ０＋４０５斷面。大壩０＋０００~０＋４００樁號處于壩址河道岸坡段，此壩段滲流隱患屬于次要部位，建壩時未清至壩基風化巖石，基礎仍為強透水層。盡管庫區天然及淤積覆蓋深厚，但了解壩基灌漿效果還是必要的。因此，此斷面僅在灌漿斷面前后各布置一個測點，監測其灌漿效果。

（２） １＋２０５、１＋４０５、１＋５９１、１＋８０５、１＋９１１、２＋００５斷面。大壩１＋２００~２＋２００樁號處于壩址河床段，壩高超過１５米。此壩段是大壩變形較大的壩段，也是壩基滲透隱患嚴重的壩段，應予以重點監測。因此，在１＋２０５、１＋４０５、１＋５９１、１＋８０５、１＋９１１、２＋００５樁號各布置一個監測斷面。其中，１＋４０５和２＋００５斷面布置及監測目的與０＋４０５斷面相同；１＋２０５斷面布置3條監測垂線，分別位于灌漿斷面前、后及下游馬道，每條垂線壩基壩體各布置一個測點，監測高壓灌漿在壩基壩體防滲效果、壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線。１＋５９１斷面布置4條監測垂線，灌漿斷面前、后各一個鉆孔，每孔壩基壩體各設一個測點，監測高壓灌漿效果，每條垂線壩基壩體各布置一個測點，監測灌漿在壩基壩體防滲效果、壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線。下游馬道和壩腳下游的兩條垂線均沿用原滲流監測系統測點，監測壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線；１＋８０５斷面布置4條監測垂線，灌漿斷面前、后布置與１＋５９１斷面布置和監測目的相同，下游馬道垂線上布置一個壩體測點，監測壩體浸潤線，下游壩腳外壩基布置一個測點，與灌漿斷面前、后壩基測點形成壩基監測斷面，監測本斷面壩基滲流壓力分布情況；１＋９１１斷面灌漿斷面前壩基設一個測點，下游馬道和壩腳下游的兩條垂線均沿用原滲流監測系統測點，本斷面3測點均為壩基測點，旨在監測灌漿在壩基的防滲效果。

（３） ２＋２０１、２＋４０１、２＋５２５斷面。大壩２＋２００~２＋６００樁號為壩址主河槽段，亦即最大壩高段，是大壩滲流監測的重點壩段。為此，在２＋２０１、２＋４０１、２＋５２５斷面各布置一個完整監測斷面，監測壩基壩體滲流壓力狀態。其中２＋２０１、２＋４０１斷面基于原滲流斷面布置，并盡量利用原系統有效測點。

上述滲流監測斷面及布設滲流測點構成大壩滲流監測體系，基于其監測成果，對大壩壩基、壩體滲流壓力平面分布狀態進行總體評價。

３．２大壩滲流監測系統儀器選型

大壩滲流安全監測和管理自動化系統，采用分布式自動化數據采集系統，各斷面測點滲流監測數據傳入從站的ＭＣＵ，從站ＭＣＵ數據無線傳輸到設在水庫管理局工程管理處總控制室控制主站。

３．２．１儀器選型原則

掌握儀器的使用條件，了解其應用歷史，包括儀器應用歷史、正常使用年限、使用環境、故障率、準確度、精度等；考察生產廠家的生產能力，售后保證條件；足夠的可靠性、耐久性及滿足工程需要的使用精度要求；必須根據工程性態的預測結果、物理量的變化范圍、使用條件、使用年限及性價比確定儀器類型、型號、量程及精度等級等。

３．２．２滲流壓力監測儀器

滲流壓力監測儀器品種和類型較多，有振弦式、差動電阻式、電阻應變片式以及電感式、氣動式等類型，國內外生產廠家知名的就有２０余家。各孔隙水壓力計的性能指標和穩定性各有特點，通過性能價格比的綜合比較，新立城水庫大壩滲流監測所用孔隙水壓力計選用美國ＧＥＯＫＯＮ公司生產的振弦式４５００系列孔隙水壓力計。該類傳感器全部采用受溫度影響最小的不銹鋼元件制造，振弦元件設在焊接成的真空密封腔內，鋼弦的兩端采用特殊鍛壓工藝技術固定，標準透水石是用帶５０微米小孔的不銹鋼制成，從而保證了產品的高穩定性和微型化，具有堅固耐用、外形尺寸小、安裝簡便、測值穩定可靠、精度和分辨率高等特點，因而在國內許多大型水利工程中得到應用，如二灘水電站、三峽水利樞紐、丹江口水電站、葛洲壩樞紐、官廳水庫、黃碧莊水庫、潘家口水利樞紐、萬家寨引黃入晉工程、豐滿水電站等近百個水利工程的安全監測，取得了較好的監測效果。

３．３測控單元（ＭＣＵ）選型

３．３．１選型原則

大壩安全監測自動化系統起步于２０世紀８０年代，在９０年代得到較大的發展，國內外均有成熟的產品問世并在實際應用中日臻完善。考慮到進口產品雖在性能上具有較大的優勢，但其價位高、維護不及時且對操作管理人員要求高（英文操作軟件），建議大壩測控單元選用國內產品。

３．３．２本系統建議ＭＣＵ選型

依據新立城水庫大壩滲流監測系統工程的特點以及系統建設先進性的要求，數據采集單元（ＭＣＵ），選用基康儀器（北京）有限公司生產的測量控制單元ＢＧＫ－ＭＩＣＲＯ－４０ＭＣＵ。

４結語

新立城水庫大壩安全監測系統的建立，實現了工程監測自動化，為指導工程安全運行提供了可靠的依據，系統整體性能國內先進國際一流，可供有關科研和設計部門借鑒。