葠窩水庫大壩安全監測系統改造探析

孫延芬

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

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葠窩水庫大壩安全監測系統改造探析

孫延芬

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

摘要：葠窩水庫大壩設計以大壩安全監測為骨干，以當代先進、應用成熟的監測設備及信息技術為支撐，以確保水庫防洪安全和高效運行為目的，對在役資源整合，對報廢部分論證改建，對陳久、陳舊資源升級，對局部缺失且必要的部分做增補建設，通過強化非工程措施，以自動化的高效信息模式，輔以人工巡視和巡查檢驗；在集中巡測過程中，重視單項校驗；由基于數據庫的軟件體系、多任務操作系統和在線監測、離線分析、異地備份的技術手段，建成確保水庫大壩安全與高效運行的國內先進系統。

關鍵詞：監測；系統改造；大壩；葠窩水庫

1監測系統概況

葠窩水庫大壩安全監測系統(即原原型觀測)隨筑壩工程始建于1972年，包括位移、滲流、內觀等幾個相對簡易的人工觀測項目，1989年隨(第一次)除險加固工程建設改造成了自動化系統，成為國內水利系統最早實施混凝土重力壩安全監測自動化的大壩之一。

在2003年第二次除險加固中安裝了壩頂真空激光準直自動監測設備。目前，葠窩水庫大壩安全監測系統的真空激光準直系統已運行10 a，其他自動監測系統及內觀系統業已失效，僅有部分外觀由人工維持觀測，亦亟待改造[1]。

2控制網加固改造

控制網加固改造的主要任務是對原網加固、補點和固形。總工程量為：加固5點，增補永久點4個，過渡點170個，做引校測。加固的5個現狀點位于南沙(原點)、山門、警衛樓、北山下下、北山下上(空壓)。擬補的4個永久點位于南沙橋西、南沙橋東、南北沙大橋南、南北沙大橋北。擬補過渡點170個，位于壩外140個，壩內30個。引校測自南沙原點經各廊道門至壩內形成環線，經過渡點至基點和雙標點。提供對壩體水平位移、垂直位移和壩后沖刷坑測控基準。與擬建廊道內起測基點、引測點和雙金屬標點(灌漿廊道8#和22#)共同組成穩固的網形。

原來的大壩安全監測系統建設于特殊時期，改造后又過分的依靠自動化，沒有在壩區的周圍構成足夠的人工觀測網，這給用人工比測和在自動化系統暫時停止工作時由人工替代的可能性帶來極大的困難。

建庫初期雖然建了控制網，但由于當時的網主要側重于建壩，加上葠窩地區近年來南沙和北沙地區城鎮化建設迅猛發展對葠窩地區環境的影響，周邊快速增長的建筑群及上壩公路經過的火車頭山常有巨大滾石等對網形的影響，需要對原網進行改造和強化，構成完整的監測系統[2]。

控制網為永久監測網，分為大壩水平變位控制網和垂直變位控制網兩部分，變形控制網設計的主要任務是補點、維護和復測[3]。在壩址下游2.7 km外的南沙土坎處的最原始、最重要的基點被周圍的建筑群和商業網點包圍和遮擋，需要進行維護，并為了觀測的準確性和系統長期運行的穩定性，需要把原來的普通點改為雙金屬標點，并實施加固和保護，使各新老網點構成完整的工程控制網。

水平位移控制網按現有網形和通視條件，補建大壩下游控制點，選取4個擬建在穩定基礎上的永久監測點，即南沙橋西點、南沙橋東點、南北沙大橋南點和橋北點，與原有各點組成監測網。該網的主要作用是保證各監測點相對穩定，以便對變形監測點數據處理時有充分的變形分析依據。該網用常規的大地測量方法來監測，組網原則為各測點相互通視。

即根據地形、網形及儀器特點，由于控制網范圍較大，總監測點較多，需要補建部分控制點。在壩下橋兩端各建一補充基點，其中BJD2位于左岸，建在火車頭山下至老油庫變電站之間選點；BJD3建在北沙機械廠外；BJD4建在電廠警衛室外，與其它點配合對沖刷坑的校測控制；BJD1建在老水文站外，用于對水尺校測。同時，這些點的共同作用是為了有效控制葠窩大壩的網形。需要復測BJD1、BJD2、BJD3、BJD4與原控制點組成的控制網。由補建點形成通視條件，并為過渡點，起到傳遞作用，便于作廊道內的沉陷監測和壩下沖刷坑監測，并能兼顧網形的穩定性[4]。設計保證每一個設站點至少有一個定向點便于定向。

垂直位移控制網依據葠窩水庫改造后網的控制來完成對工程的控制，采用的儀器為數字電子水準儀和全站儀。

補過渡點170個。其中：壩外140個，壩內30個。對全部測點和網形進行引測和校測。同時提供對壩后沖刷坑的測控基準。

3壩頂真空激光準直系統改造

壩頂真空激光準直系統建于2003年，目前已運行10 a，經2013年1月30日遼寧省葠窩水庫大壩安全鑒定會結論，“復核壩頂設計高程105.28 m。(104.99 m)。需將現狀103.5 m高程激光線上移，系統重建。

設計激光軸線長566 m，測點31個，兩岸洞子進深均為17 m。

4監測系統改造

4.1　壩基位移監測系統改造

監測區位于基礎灌漿廊道7#～22#壩段，高程54.700 m，壩段16個。拆除舊引張線系統，在原建筑結構基礎上改造。從真空激光準直或雙向引張線2方案中選定其一，改造成自動化監測系統。

葠窩水庫灌漿廊道潮濕瀝水的環境，采用真空激光準直方案，系統維護量小，與壩頂真空激光共同應用，便于技術人員掌握。

建議采用真空激光準直方案。

4.2　撓度監測改造

拆除4#和22#倒垂，掃孔檢測，更新設備。7#和23#需詳細檢測以確定是否更換，因此，在可研階段，按全部更新4條倒垂考慮，包括9個測點。該4條倒垂所在處均有淋水，因此要做防淋設計，改造垂線所在的豎井，安裝防護門等。

4.3　壩基礎變位監測改造

現狀在2條廊道布有基巖變位計，分別是5#廊道6處，23#廊道4處，共10處基巖多點變位計。均已報廢。

改造方案：拆除10套舊設備，選4處改造，即5#廊道2處、23#廊道2處。掃孔清理，更新多點基巖變位計，其余封蓋孔口保護留存。

4.4　裂縫監測改造

拆除4#、5#、6#、17#和23#壩段報廢的25支裂縫監測設備，做裂縫評價，測區處理，安裝新設備。

選定的裂縫監測區50處(含裂縫和接縫)。包括壩體常態表面重點裂縫，水平貫穿縫(18#～22#壩段)其上、下游對等監測位，接縫監測。對裂縫重新核定后納入監測網絡，實施網絡遠程自動監測。對于水平貫穿裂縫因其上游常年位于水下，布設測縫儀器時需要做特殊處理[5]。

4.5　傾斜監測改造

新建傾斜監測3處，選定在5#、11#和17#壩段105.28高程，安放弦式遙測傾斜儀，實施網絡遠程自動監測。壩頂沉陷測點保留，由數字電子水準儀輔助校測。

4.6　位移沉陷校測改造

壩面抬高后，新建人工校測系統。壩頂建設沉陷點62處(31×2)，兼做傾斜。水平點31個，由電子水準和全站儀施測。

4.7　壩基揚壓力監測

共有39個監測點，基中有壓34個，無壓5個。現狀測壓孔經過近40年運行，有必要清孔。工程內容包括掃孔、拆除舊設備、孔口改造、安裝新設備。

4.8　壩基壩體滲流監測改造

主要工程量有掃孔，孔口改造，排水溝清理及維護，堰區改造，設備安裝。總數量為泄流孔306個，堰區4個，排水溝清理及維護1 000 m。包括壩基泄壓孔240個。壩體泄壓孔50個。局部泄壓孔16個。堰區4個。

4.9　集水井監測改造

集水井4個，進行井池清理，安裝自控設備4套，引水箱4個。

4.10　繞壩滲流監測改建

共20個孔，其中左岸10個，右岸10個。主要工程為掃孔，孔口改造，安裝設備，有線自動監測。

4.11　內觀系統改造

共有205個測點，差阻式儀器，包括應力、應變及溫度測點。經過40年的運行，內部溫度場已經穩定，其他場也基本穩定，設備也基本失效。改造過程將全部設備檢測分類后接入集線箱備查備用。

這些儀器主要分布在15#和23#壩段中面，包括溫度計、應變計、鋼筋計、滲壓計、測縫計。原21支差阻式水溫計，分布在15#壩段7支、23#壩段14支。原7支鋼筋計，分布于16#壩段，監測底孔的頂拱和底板鋼筋應力狀態。原3套1組2支鋼筋計，分布在15#、16#、18#閘墩餃座受力筋上，監測鉸座應力狀態。原測點42個(5#、15#、23#壩段)，報廢19個封存，余23個。

4.12　應力、應變監測

配合壩體整體結構的改造，新建應力、應變監測系統，實施應力、應變及溫度監測。布置4個橫向監測剖面，滾水壩2個，左側擋水壩2個(其中1個位于電廠后)。沿壩高間隔5 m布置1個水平監測截面。

其中：

1)擋水壩段：下游壩坡貼混凝土后，需要做新老混凝土之間的變形監測、應力觀測。布置2個監測斷面，其中1個位于電廠后，每個斷面豎向布置10個水平監測截面，每個截面布置測縫計1個、壩基壓應力計1個，5向應變計組3個，無應力計3個，2向應變計7組。

2)溢流壩段：堰面加高2 m，新老壩體之間變形監測、應力監測。布置2個橫向監測斷面，每個斷面豎向布置4個水平監測截面，每個截面布置測縫計1個、沿溢流面每個監測斷面布置3個壓應力計，5向應變計組1個，無應力計1個，2向應變計3組。

閘門開啟時，在牛腿受力范圍內，新老混凝土結合部位(閘墩處)應力觀測。布置2孔閘門，即4個受力區。每區布置1個7向應變計組，3個鋼筋計。

3)上游壩面貼瀝青混凝土，此處的溫度應力，變形等監測。沿前述4條監測斷面布置面板溫度計，設置10個水平監測截面，間隔5 m，共40點。每點布置1組兩向應變計和測縫計。

5結論

葠窩水庫信息化系統改造工程是經多方面對原監測手段和廢遺系統的全面論證，應用現代技術與工程手段，側重建設以大壩擋水建筑物、岸坡、滾水壩段、重要斷層區域安全監測為主體，不忽視相關水工要素；以外部監測為主，內部監測為輔；以自動化監測為主，輔以人工巡視和巡查檢驗；在集中巡測過程中，重視單項校驗分析；基于數據庫的軟件體系，多任務操作系統在線監測、實時采集存儲、傳輸入庫、離線分析的大壩安全監測系統。

最終實現設計先進、經濟合理、性能穩定、維護方便、功能實用的目標，達到國內同類大壩安全監測同期建設的先進水平。

參考文獻：

[1]張進平.大壩安全監測資料分析方法及信息處理技術的若干進展[J].大壩與安全，2003(06)：19-23.

[2]張進平,黎利兵,盧正超,趙春.大壩安全監測決策支持系統的開發[J].中國水利水電科學研究院學報，2003(02)：84-89.

[3]方衛華.大壩安全監測的若干問題探討[J].水利技術監督，2001(01)：26-29.

[4]陸云秋.必須重視大壩安全監測設施的建設[J].水利建設與管理，2003(04)：41-42.

[5]劉志玲.大壩安全監測要素分析[J].科技情報開發與經濟，2009(13)：222-224.

[作者簡介]孫延芬(1968-)，女，遼寧遼陽人，工程師，從事水利工程管理研究。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：TV698.1

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0108-03