龍首一級水電站垂線監測系統評價

陳得鵬

摘要：本文通過對龍首一級水電站大壩垂線監測系統進行現場核查、檢驗和測試的基礎上，評價垂線監測項目是否能達到原設計的監測目的，并對整個垂線觀測系統的完備性、監測設施的可靠性、穩定性等做出評價，提出垂線監相關測工作的改進建議，最后對龍首一級水電站大壩垂線監測系統進行全面的綜合評價，垂線系統的測點布置觀測方法、觀測頻次滿足規范要求，能夠全面、準確反映大壩和壩基的水平位移。

關鍵詞：碾壓混凝土 拱壩垂線監測 評價

中圖分類號：TV698.1文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）5（c）-0000-00

1 工程概況

龍首一級水電站位于甘肅省張掖市西南約30km的黑河中游。工程以發電為主，電站總裝機容量59MW。設計水庫總庫容1320萬m3，為日調節性能，正常蓄水位1748.00m。2001年12月底工程全部完工。樞紐由攔河壩、引水系統和發電廠房組成，為三等中型工程，攔河壩由碾壓混凝土拱壩、左岸碾壓混凝土重力壩和右岸推力墩組成。壩頂高程1751.50m。

2 垂線監測系統布置

為了監測龍首一級大壩和壩肩的水平位移，在拱壩及其拱端共布置有3條垂線。1#垂線布置在右拱端的右岸推力墩，共有2個測點，分布在1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP1和PL1。2#垂線布置在拱冠附近，共有3個測點，分布在1676.5m高程、1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP2、PL2-1和PL2。3#垂線布置在左岸重力壩，共2個測點，分布在1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP3-2和IP3-1。

3 觀測方法及頻次

垂線自動化監測設備采用南瑞大壩公司研制的電容式傳感器。人工比測采用MZ-1型垂線讀數儀，觀測時，從左到右移動游標尺，通過瞄準孔，當瞄準孔、垂線鋼絲和瞄準針三點一線時，分別依次讀取左右標尺的的刻度值，瞄準兩次，兩次讀數構成一個測回，取均值作為該測回的觀測值，每測次觀測兩個測回。自動化觀測每天觀測一次，人工比測目前為每年觀測一次。

4 現場檢查

現場檢查共對龍首一級大壩3條垂線、7個垂線測點進行了現場檢查，檢查結果如下：

（1）倒垂浮體組安裝較好，浮子水平、連桿垂直，浮子活動自由，位于浮筒中心，倒垂線體采用不銹銦鋼絲，直徑1.65mm，倒垂保護管直徑均達到168mm。

（2）正垂懸掛點牢固穩定，保護管直徑168mm以上，線體采用不銹銦鋼絲，直徑1.65mm，線體基本處于保護管中央，阻尼筒內徑和高度比重錘直徑和高度大20cm以上，可以保證重錘在阻尼筒內自由浮動，重錘設有阻尼止動葉片。

（3）正倒垂結合狀態，正倒垂結合點布置在同一觀測墩上，能保證正垂絕對位移的可靠性。

（4）各測點觀測墩與壩體結合牢靠，穩定，能反映大壩位移。所有測點均設有觀測房保護，房內環境較為干燥，測點工況良好。

（5）倒垂線深入基巖的深度在27m～44m之間，滿足規范對于倒垂線“鉆孔深度不宜小于10m”的要求。

（6）垂線受到擾動后的復位效果是檢驗垂線設備安裝質量的重要指標。復位試驗的目的就是檢驗垂線的安裝質量和實際的復位效果。具體方法是在垂線擾動前分別測讀垂線左、右盤讀數，然后將垂線線體向某一方向推動20mm左右后松手，記錄穩定后的讀數和穩定所需時間。經檢測，龍首一級大壩正倒垂的復位時間在3分鐘以內，復位差不大于0.1mm，復位效果較好，垂線安裝質量滿足要求。

（7）垂線浮力復核

倒垂浮力和正垂掛重是影響垂線工作狀態的重要因素，《混凝土壩安全監測技術規范》DL/T5178-2003規定，倒垂浮子浮力應滿足以下條件：

正垂鋼絲應力和鋼絲抗拉安全系數的計算同倒垂。

經計算并結合監測規范（DL/T5178-2003）， IP1和IP2受到的浮力滿足規范要求，而IP3的實際浮力不滿足規范要求值；各條倒垂線鋼絲抗拉安全系數均滿足規范中K≥3的要求，建議提升IP3倒垂浮筒內油位的油位，增加倒垂浮力；各條正垂線的實際掛重均大于規范要求的掛重，且抗拉安全系數均滿足規范中K≥2的要求。

通過現場檢查結果，浮筒內液面均未將浮子全部淹沒。

5 自動化測值穩定性分析

利用自動化監測系統中的定時測量功能，在盡量短的時間內對測點連續測讀n次，利用n次觀測中誤差m估算垂線自動化監測結果的重復讀數精度和測值穩定性。采用該方法對所有垂線測點的重復讀數精度和測值穩定性進行了檢測，檢測結果表明，垂線自動化的測值重復穩定性均達到優秀標準，說明垂線自動化系統短期穩定性較好。

6垂線自動化精度評價

垂線自動化精度評價方法與人工垂線相同，其自動化讀數誤差取垂線儀重復測試成果表中的結果，因此，垂線坐標儀測量中誤差平均為±0.05mm，壩頂、1680.4m和1700.0m高程廊道倒垂自動化觀測精度平均為 ，1700.0m高程廊道正垂自動化監測精度平均為 ，壩頂正垂線自動化監測平均精度為 。因此垂線自動化監測的精度滿足規范要求。

7 垂線監測準確性檢測結果

現場性能標定，使用南瑞公司提供的垂線標定裝置，對垂線每個測點、每個方向的人工讀數和自動化監測結果現場標定。經檢測7臺電容式垂線坐標儀中，在不同的標定量下，所有測點均達到或超過合格標準，其中70%以上能達到優秀標準。故垂線系統的測值整體可靠性較高。

8 結語

（1）正、倒垂線觀測設計布置合理，監測頻次能滿足規范要求。

（2）垂線自動化觀測精度較高，倒垂精度為0.07mm，正垂精度為0.12mm，均能滿足監測規范要求。人工垂線觀測最大中誤差為±0.25mm，能滿足規范要求。

（3）垂線現場檢查和線體應力復核表明，除IP3外，其余倒垂線的實際浮力都能夠達到規范要求，線體抗拉安全系數均滿足規范要求；各條正垂線掛重及線體抗拉安全系數均滿足規范要求，建議提升IP3浮筒內的油位，增加倒垂浮力。

（4）從垂線測點的測值過程線可見，曲線連續性較好，測值整體精度較高，能夠真實反映大壩的變形規律。

參考文獻

[1] 混凝土壩安全監測技術規范，DL/T5178-2003.

[2] 混凝土壩安全監測資料整編規程，DL/T5209-2005.

[3] 大壩安全監測自動化技術規范，DL/T5211-2005.