長河壩水電站大壩沉降監測技術

萬 永 波

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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長河壩水電站大壩沉降監測技術

萬 永 波

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：介紹了長河壩水電站大壩沉降監測儀器的選型，對各種類型沉降儀器的觀測成果進行了對比分析，分析了大壩沉降觀測資料的真實性和可靠性，總結了用于大壩沉降觀測使用的儀器及其具有的性能特點，指出了大壩沉降監測儀器的發展方向。

關鍵詞：長河壩水電站；沉降監測；分層沉降

1工程概述

長河壩水電站礫石土心墻堆石壩最大壩高240 m，基礎覆蓋層最大厚度為60 m，大壩按Ⅷ度進行抗震設計，因此，掌握大壩的沉降監測成果對強震區深厚覆蓋層上修建超高土石壩非常重要。

2長河壩水電站大壩沉降的觀測

土石壩的沉降監測主要包括大壩內部的沉降和大壩外表的沉降。對于大壩外表的沉降主要采用水準測量；而測量大壩內部的沉降方法和監測儀器類型較多，且各型儀器的觀測原理不同，其觀測精度、真實性、可靠性亦不相同，因此，了解其特性就顯得非常重要。筆者介紹了幾種工程中常用的監測儀器。

(1)電磁沉降環。

電磁沉降環觀測用于大壩內部的沉降變形。其作法是：從大壩基礎開始埋設一根沉降管(或將測斜管兼作測斜觀測)，將沉降管底部錨固在大壩基礎上，把磁性沉降環套在沉降管外圓埋設于觀測點位置。當大壩發生沉降時，磁性沉降環隨大壩填筑體一起下沉，沉降管通過伸縮節下沉。在觀測大壩沉降數據時，從管孔中放下磁性探頭并測量磁環的位置，采用外觀測量觀測沉降管口高程并計算出磁環觀測時的高程；用磁環埋設的初始高程減去觀測時的高程，進而計算出大壩填筑體的沉降量。

(2)水管式沉降儀。

水管式沉降測量裝置即靜水溢流管式沉降儀是利用液體在連通管兩端口保持同一水平面的原理制成的。將水管沉降儀測頭埋設在壩體內部觀測位置(測點)并將進水管與大壩下游觀測房內的測量裝置連通，進氣管與大氣連通；沉降儀底部的排水管及時排除測頭內多余的液體。當觀測人員在觀測房內測出連通管一個端口的液面高程時，便可知另一端(測點)的液面高程，前后兩次高程讀數之差即為該測點的沉降量。

(3)分層電位器沉降儀。

長河壩水電站使用的分層電位器式沉降儀是根據大壩填筑土體分層壓縮變形的原理在壩體內按設計分層埋設電位器位移計，使用電位器式傳感器觀測大壩填筑體的分層壓縮量(沉降量)，將同一豎直線上的分層沉降量匯總計算出壩體監測點的總沉降。分層電位器式沉降儀通過鉆孔至分層底部，在每層的底部埋設錨頭、分層的頂部安裝電位器位移計與沉降板連結，錨頭與位移計之間用傳力桿連接。當大壩發生沉降時，沉降板與大壩填筑體一起沉降，沉降板將大壩的沉降量傳遞給電位器位移計，傳感器將沉降量轉換成電信號。電位器式傳感器為直滑式精密儀器，測量時，傳感器采用5芯電纜恒流供電，儀器測值不受傳輸電纜的長度及環境溫度變化等的影響，觀測成果精度高，測值穩定可靠。

(4)振弦式沉降儀。

振弦式沉降儀用于測量不同測點之間的沉降。將儲液罐放置在固定的基準點并用兩根充滿液體的通液管(通液管)把它們連接在沉降測點的傳感器上，傳感器通過通液管感應液體的壓力并將其換算為液柱的高度，據此即可實現在儲液罐和傳感器之間測量出不同高程的任意測點的高度。所使用的典型測量裝置用于測量壩體內部的沉降。傳感器內包含一個半導體溫度計與一個防雷擊保護器，使用通氣電纜將傳感器連接到儲液罐上并使整個系統達到自平衡，以確保傳感器不受大氣壓變化的影響。安裝在通氣管末端的干燥管用來防止傳感器內部受潮。

(5) 智能式沉降儀。

長河壩水電站大壩使用的智能式沉降儀利用電磁感應原理，將與測桿固接的導磁體活塞桿插入螺管線圈(其可來回移動)，線圈的電感量與導磁體活塞桿插入線圈的長度有關。當發生位移時，將引起線圈電感量的變化，電感調頻電路將線圈電感量的變化轉換成頻率信號，通過讀數儀即可顯示位移值。

(6) 水準測量。

長河壩水電站大壩的水準測量使用的是高精度的數字水準儀和銦鋼板尺，按照一、二等水準測量線路觀測大壩表面沉降點的高程，用初始高程減去觀測高程即可計算出壩體表面的沉降量。水準測量主要用于觀測長河壩水電站大壩壩體的表面沉降、水管沉降儀的基點校核、基礎廊道的基礎沉降量。

3沉降成果對比分析

圖1　長河壩水電站大壩沉降量與填筑過程線圖

圖2　大壩基礎水準過程線圖

圖3　分層電位器位移計沉降成果圖

長河壩水電站大壩心墻內埋設的電磁沉降環觀測到的最大沉降量是VE2，為1 530 mm，位于樁號(縱)0+256內的壩軸線處。在長河壩水電站大壩心墻下游過渡料中埋設的水管沉降儀觀測到的最大沉降是C57，為1 461 mm，位于樁號(縱)0+256的反濾區。分層電位器式位移計觀測到的最大沉降量為1 750 mm，位于(縱)0+190樁號上游靠近反濾區。長河壩水電站觀測到的壩體沉降量與填筑呈正相關，沉降量隨壩體填筑高程的增高不斷增大；三種儀器觀測到的沉降成果基本一致。由于儀器埋設日期不同，觀測沉降量有小幅度的差異，但觀測 成果量級一致，沉降量為填筑壩體高度(163.7 m)的1.07%，沉降成果可信。

長河壩水電站大壩基礎水準沉降值最大的是LD9，為86.9 mm，位于基礎廊道河床部位；水準成果規律性一致，基礎沉降分布規律為河床最大，向兩岸逐漸遞減，與設計報告基本一致。水準監測成果精度高，使用水準儀精度達到0.3 mm/km。

長河壩水電站大壩埋設的振弦式沉降儀和智能式沉降儀為科研項目，采用新型儀器，目前觀測到的壩體最大沉降僅為292 mm，明顯小于大壩實際沉降量(圖1～4)。

4監測方法分析

電磁沉降環為傳統的大壩內部沉降監測儀器，性能穩定，技術成熟，能夠觀測施工期的總沉降量，但電磁沉降環的測量精度低，沉降管抗側向變形差，容易損壞，并且埋設電磁沉降環對土建施工干擾大，沉降管周邊人工回填料的密實度影響觀測成果的精度且不能實現自動化監測，故其主要用于施工期的沉降監測。

圖4　智能式沉降儀過程線圖

水管式沉降儀為傳統的大壩內部沉降監測儀器，性能較穩定，產品技術成熟，可以監測施工期的總沉降量，但該儀器觀測精度不高，其監測成果受施工埋設方法和施工工藝的影響大，觀測成果受大氣壓、溫度、操作人員的熟練程度等因素影響。分層電位器式沉降儀用于分層觀測大壩內部的沉降，儀器性能穩定，測值可靠性好。

振弦式沉降儀性能與測值(讀數)穩定，儀器埋設對施工干擾小并能實現自動化監測，但該儀器設計原理不合理，用于觀測長河壩水電站的沉降量時失真。

智能式沉降儀為新型大壩內部沉降監測儀器，儀器埋設對施工干擾小，能實現自動化監測，但該儀器結構設計不合理，外套沉降磁環滑動不靈敏，用于觀測長河壩水電站沉降量時失真。水準測量為成熟的沉降監測技術，觀測成果精度高，成果真實性高；但水準測量只能觀測表面沉降，人工工作量大，不能實現自動化監測。

5結語

通過對采用不同類型監測儀器觀測到的長河壩水電站大壩的沉降資料進行分析得知：水準測量觀測大壩表面沉降和基礎沉降成果精度最高，水準監測成果可靠。電磁沉降環、水管式沉降儀和分層電位器式沉降儀用于觀測大壩內部沉降精度滿足設計要求，但觀測大壩沉降成果與其安裝埋設方法和施工工藝相關，受其影響較大。智能式沉降儀和振弦式沉降儀用于觀測長河壩水電站大壩內部沉降量失真，需要通過優化設計儀器結構來保障沉降成果的真實性。隨著科技水平的不斷發展、儀器可靠性和觀測精度的不斷提高，儀器性能愈來愈趨于穩定成熟，實現大壩內部沉降自動化觀測已成為今后大壩內部沉降監測發展的趨勢和方向。

萬永波(1973-)，男，重慶豐都人，高級工程師，碩士，從事水電水利工程安全監測工作.

(責任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2015-11-05

文章編號:1001-2184(2016)01-0061-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TV222；TV641