灘坑水電站大壩變形監測與預報

王力江

浙江浙能水電管理有限公司 浙江杭州 310020

摘要：大壩表面變形監測是大壩工程安全監測工作中的一個重要組成部分，以灘坑水電站為實例介紹了大壩變形監測的周期確定、點位布設等技術設計，并分析了選用儀器及設計路線的精度，通過成果資料的整理和分析，掌握了大壩的沉降動態，并對監測結果進行了分析，提出了合理的建議。

關鍵詞：面板堆石壩；變形測量；安全監測

一、工程概況

灘坑水電站工程位于浙江省青田縣境內的甌江支流小溪上，距青田縣城西門約32Km。工程屬于一等工程，由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、引水系統、發電廠房和地面開關站等建筑物組成。水庫正常蓄水位高程160m，總庫容40億m3，電站裝機60萬kw。

該電站的擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程171m，最大壩高162m，壩頂長507m。大壩上游壩坡1：1.406，下游壩坡1：1.25。大壩填筑總量為948萬m3包括上游粉土及石渣填筑）。面板厚0.3～0.9m。

為監測面板堆石壩施工過程中及蓄水運行時的變形、滲流和相應的應力應變等狀況，在壩體、面板以及兩岸壩肩布置了相應的安全監測設施，根據現場安全監測實施情況，現將安全監測布置介紹如下。

二、變形監測方案設計

2.1外部變形監測

外部變形監測主要從兩方面展開工作，一是進行大壩水平位移監測，另一是進行大壩沉降監測。水平位移監測采用坐標法，在設置有強制對中裝置的觀測墩上架設徠卡TCA2003全站儀，照準各監測點，測定各監測點的變形情況。沉降監測是采用水準觀測和三角高程相結合方式，壩頂沉降使用DN03數字水準儀進行測量，壩前及壩后不便于使用水準測量的監測點則用三角高程方式測定監測點的高程變化，來確定大壩的沉降情況。

在監測過程中，一旦發現監測點水平位移量變化較大、監測點沉降量較大或沉降量明顯不均勻時，應及時報告，根據需要采取必要的防范措施。在沉降監測中，為了保證監測精度，正確反映大壩的沉降情況，按照二等精密水準測量的技術要求施測。

2.2內部觀測

在大壩面板受力較大或應力集中處布置了4個斷面（1-1、2-2、3-3、4-4）進行應力應變及溫度觀測，在其斷面不同高程共布置了鋼筋計42支、鋼筋計附近布設相應的三向應變計組5套、二向應變計組19套。在（2-2）斷面布置了9支溫度計觀測庫水溫度；在其擠壓受力大的高程（162.2、166.86）布置了10支混凝土壓應力計、10支測縫計。

大壩面板布置了3個斷面（1-1、2-2、3-3）采用固定式測斜儀進行面板撓度觀測。1-1斷面布置13支，2-2斷面布置18支，3-3斷面布置11支儀器，共計42支儀器。

在大壩面板高程（15.13、60.57、122.83、159.11）布置了4條接縫觀測線，采用單向測縫計進行面板接縫觀測，共48支儀器。在面板與趾板的周邊縫處布置了12組三向測縫計進行觀測。

在大壩內部布置了3個斷面（壩0+310、壩0+417、壩0+515）。在其不同高程布置了水管式沉降儀、水平位移計各9套，共60個測點、電位器式沉降儀5套、土壓力計13支、滲壓計7支進行監測。

2.3變形監測使用儀器的選擇

為保證測量成果準確、可靠，滿足規范規定的精度要求，水平位移采用TCA2003全站儀，為了針對大壩變形監測的應用，使發了徠卡外業機載多測回軟件和大地控制、變形監測網及變形監測自動控制后處理科傻軟件。在作業前，對儀器的相關項目進行了檢驗與校正，使監測儀器的各項指標符合國家及規范要求。

2.4外部變形監測方法

2.4.1監測方案

壩前和壩后沉降采用三角高程測量，工作基點、監測點均采用固定的觀測墩并安裝強制對中裝置，測量示意圖如圖1。

壩頂則采用水準測量，從靠近大壩的水準點開始，按雙觀測列方式依次對壩頂各監測點進行觀測。

2.4.2 沉降位移控制起算點

工作基點都處于穩固的地面上，建立時間長，相對大壩上變形點變量極小，可認為是穩定不變的。利用TK10、TK11測量壩前及防浪墻頂監測點沉降，利用TK06、TK09測量壩后各監測點沉降。壩頂沉降觀測則使用大壩附近的水準點進行測量和控制。

2.4.3垂直角觀測

垂直角觀測使用徠卡TCA2003全站儀觀測：嚴格按照《精密工程測量規范》和《灘坑水電站樞紐建筑物變形監測控制網技術要求》執行。

2.4.4 垂直角觀測注意事項

（1）兩次照準目標讀數差限差為3″；一測回各方向指標差互差限差為12″；同一方向各測回各測得的垂直角，互差不得大于5″；兩次量取儀器高或目標高互差限差為0.4mm。

（2）觀測過程中，當發現指標差絕對值大于30″時，應進行校正。

（3）垂直角互差或指標差互差超限的成果，均須重測。

2.4.5儀器高和棱鏡高的測定

儀器高是指儀器水平軸到測站點中心標石面上標志的高度；棱鏡高是指垂直角觀測時，照準部位到照準點中心標石面上標志的高度。儀器高和棱鏡高可以直接用鋼尺量至毫米，量測2次，分別轉動儀器在180°的面上量測，取中數記入手簿中。

2.4.6氣溫、氣壓的讀取

儀器在測量過程中讀取測站、監測點氣溫、氣壓。

2.5內部儀器觀測方法

2.5.1面板撓度采用電解液式測斜儀及配套儀表進行觀測。電解液式測斜儀采用870電解液讀數儀測讀，每測次應平行測讀兩次（重新聯結傳感器引出電纜進行測讀），兩次讀數差不大于0.002V。

2.5.2壩體內部水平位移觀測采用引張線式水平位移計（鋼絲水平位移計）進行觀測。

2.5.3壩體內部垂直位移觀測采用水管式沉降儀進行觀測。

三、監測數據處理及成果分析

3.1數據處理

外業數據觀測結束后，對觀測數據進行認真地檢查校核，剔除粗差后參與計算。大壩的水平位移量，是將各監測點的觀測量與上一次觀測值比較得出相對位移量，將各監測點的觀測量與初始值比較得出絕對位移量；大壩的垂直位移量，是將各監測點上利用附合水準路線經平差計算求得的高程值與上一次觀測值比較得出相對位移量，將各監測點求得的高程值與初始值比較求出絕對位移量。

3.2成果分析

為分析和研究閘壩的外部變形，繪制了監測期水庫水位過程線和各監測點的位移過程線：以各視準線上的監測點組成的橫剖面代表閘壩橫向位移曲線和以各閘墩為單元，其上監測點組成的縱剖面代表閘壩縱向位移曲線。

通過監測數據分析各個監測點的位移過程線（剔除個別監測期個別監測點的異常值）認為，大壩上各監測點的變形情形是：大壩下游表面位移情況表明，自2011年2季度開始壩體90m高程（約1/2壩高）以下的水平垂直位移已逐漸趨于收斂。壩體下游表面縱向分布表明，河床部位測點大于左右兩岸坡部位，右岸部位測點略大于左岸。自2010年7月開始壩體內部水平、垂直位移的速率出現減緩的跡象，處于收斂并趨于穩定，但位移仍在發展中，應繼續加強監測。

四、結語

建筑物的下沉，除絕對下沉外，變形的速率也十分重要。對一般建筑物而言，只要變形緩慢且均勻，大多數都可以承受較大的變形而不致破壞。通過對灘坑水電站大壩變形監測及對監測數據的分析可以看出，大壩的監測設施布置較合理，所獲得的監測數據真實、可靠，大壩的位移量在規定的限度內，并由此掌握了大壩的變形動態，提前預測大壩變形的軌跡，為電站的安全生產提供可靠的保障。