大型水電工程運行期安全監測重點及難點淺析

張飛躍（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072）

大型水電工程運行期安全監測重點及難點淺析

張飛躍（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072）

本文對以XLD水電站為例，通過對XLD水電站安全監測運行期重點、難點等多方面闡述，提出將監測數據真實可靠性、合理規范的整理整編、分析各工程部位的變形、應力應變、滲流滲壓等相應方面作為不同關注度、關注點。對相類似水電項目運行期監測提供思路。

運行期安全監測；數據真實可靠；整理整編；變形；應力應變；滲流滲壓

1 前言

我國是世界上建壩最多的國家，已建及在建水庫大壩超過9萬座，安全監測作為大壩安全管理的耳目，最早起步于于20世紀50年代，而后和世界各國大壩安全監測技術的發展一致，隨著工程施工完成，安全監測在運行期同樣發揮著至關重要的作用，本文以XLD水電站為例針對水電站運行期安全監測的重點、難點進行簡要分析。

2 對XLD安全監測工程的認識

XLD水電站具有“河谷窄、高拱壩、孔口多、泄洪功率大、高邊坡、大跨度地下洞室群”等特點，工程規模、許多技術指標已經超出現行設計規范的界定范疇，工程難度和復雜性均超越現有的工程認識水平。

國內外許多水電工程，特別是超級水電站的實踐經驗表明，在水電站初期蓄水及以后的3～5年內，近壩區域內的水文地質條件將發生較大的改變。在初期運行階段大壩處于安全考驗期，各項參數指標隨加載歷史和加載路徑而變化，將導致大壩自身強度與周圍實際邊界的相容性與設計預想規律不完全一致。大壩事故統計資料表明，幾乎有60%左右的事故是發生在初期蓄水或初期運行階段。因此對重要監測項目，如壩體變位，應做出快速、準確的監測和分析，以便及時掌握大壩的運行安全狀態，為制定安全運行監控標準和水庫調度運行方式提供決。通過初期運行安全監測工作，加強對重要參數（近壩區域變形、應力、谷幅變形、滲流滲壓等）的不間斷監測，為樞紐建筑物安全鑒定與評價提供可靠、準確、完整、連續的監測成果。

針對相應工程，統計重點、難點及應對措施簡介表見表1。

3 XLD安全監測重點、難點及對策

3.1 項目重點及對策

3.1.1 監測數據的真實、可靠

安全監測工作是確保大壩長期安全運行的重要手段，是水工建筑物工程管理的耳目，而監測數據是建筑物運行性態的最直觀反映，因此監測數據的真實性及可靠性尤為重要。水電站工程監測儀器數量繁多、監測周期較長，歷史數據量較大，為保證監測數據的真實可靠，應進行系統的全面的梳理判定，重點判別儀器的初始值選取是否正確。

對應措施：

（1）收集前期相關資料：包括工程資料、儀器資料、監測資料等。

（2）已有監測數據成等果復核：對歷年來已獲取的監測數據進行梳理，對所有監測儀器初始值選取、計算公式、儀器型號、規格、技術參數、測點布置信息、損壞維修改裝等相關信息進行復核。

（3）聯合驗收觀測：組織人員對工程范圍內的所有監測儀器進行聯合觀測，對儀器的運行狀態進行判定，對觀測異常的儀器數據溝通相應觀測單位收集該儀器部位的施工信息、歷史影響因素等。

表1 重點、難點及應對措施簡介

3.1.2 運行期監測精度

監測數據是建筑物運行性態的最直觀反映，為滿足監測數據的真實性及可靠性的需求因此在觀測過程中減少誤差，提高監測精度尤為重要。

對應措施：

（1）嚴格按照指定的觀測要素進行觀測

觀測要素：人工觀測至少兩人以上操作，做到“四無”（無缺測、無漏測、無不符精度、無違時），“五隨”（隨觀測、隨記錄、隨計算、隨校核、隨分析），“四固定”（人員固定、儀器固定、測次固定、時間固定）。

（2）針對異常值的判斷

記錄全部原始觀測和檢驗資料，及時將觀測資料換算為相應的位移等物理量，并進行資料整理、分析各監測量的變化規律和趨勢，通過考證監測儀器的安裝埋設、量程、精度、監測數據的時空變化趨勢等資料，初步評價監測儀器數據誤差和合理性。判斷有無異常的觀測值。并通過同一部位的不同監測儀器的數據變化的統一分析、不同部位相同監測儀器的數據變化的統一分析或同一物理量變化過程監測儀器的數據變化的分析，初步判斷是否為監測數據異?；蚪Y構異常。

3.1.3 巡視檢查的重要性

水電站施工洞（施工支洞）及交通洞堵頭較多，僅部分部位布設了監測儀器，未布設監測儀器的施工支洞、交通洞堵頭較多，由于部分堵頭連接上游水庫，該部分堵頭的安全也將直接影響電站的安全。

對應措施：

充分理解工作重點，針對工程的特征，劃分巡視檢查重點。

一級重點：帷幕后測壓孔（滲壓計）、異常測點；

三級重點：抗力體變形測點、抗力體滲流滲壓測點、壩體垂直位移測點。

針對以上部位，相應增加巡視檢查力度。

3.2 項目難點及對策

3.2.1 大壩資料分析重點及難點

（1）大壩接縫變形資料分析難點

壩段接縫的工作狀態是拱壩能否正常發揮拱作用的關鍵因素之一。目前XLD水電站的谷幅收斂變形持續，拱壩整體向下游面變形量值較小，均能夠在大壩的接縫得到相應反饋，因此針對大壩接縫變形需綜合多種因素進行評判。

對應措施：

全面收集壩體徑向切向位移、垂直位移、各層廊道沉降數據等各位移變形數據，并形成過程線，通過位移時間過程線對變形的空間分布規律和時間效應，分析不同階段拱壩變形的空間分布、擾度變化和變化規律，通過對相關部位的位移過程線進行類比分析得到變形時間變化規律和空間分布特點，整體分析拱壩接縫情況。

口腔：將一份微球樣品和1 mL 磷酸緩沖溶液(pH7.0， 10 mM)、6 mL純水混合，然后和8 mL的模擬唾液混合，將pH調為6.8，置于37℃條件下攪拌10 min，攪拌速度為100 r/min.模擬唾液的制備如表1所示.

（2）大壩滲流資料分析難點

XLD地質水文條件非常復雜，水庫蓄水后樞紐區的滲流場將發生很大的改變，為了全面掌握整體滲流變化情況，以及驗證灌漿帷幕效果，應針對大壩滲壓、滲流量進行全面的梳理和分析。

對應措施：

針對大壩所有的滲流監測儀器數據過程線應增加上游水位過程性及施工階段性特性節點，并繪制壩區滲流場分布圖，通過壩前水位變化，對壩基滲壓狀態及防滲帷幕效果進行綜合分析。結合類似工程滲流監測實例進行類比分析。

（3）大壩應力與應變資料分析難點

XLD水電站大壩由于受到谷幅收縮變形及庫水位變化導致的庫盆區域沉降對應力分布及變化的持續影響。

對應措施：

①依托試驗研究所在實測應變和徐變試驗資料的基礎之上，對混凝土應力分部位、分階段的分析壩體應力整體分布規律和變化特點。

②根據實測溫度和大壩變形等，根據溫度場分布圖、應力場分布圖，變形分布圖，進行規律性分析，據此評價大壩應力變化規律。

3.2.2 水墊塘資料分析重點及難點

（1）水墊塘邊坡變形分析難點

水墊塘高邊坡蓄水后出現向上游、向河谷的變形，其中順河向最大位移量大于12mm，左岸約為右岸的2倍，橫河向最大位移大于34mm。馬道發現縱縫張開、錯動、輕微擠壓現象，坡腳混凝土局部擠壓破碎。

對應措施：

①由于水墊塘邊坡變形問題顯著，重點加強該部位的巡視檢查，內部變形監測數據結合外部變形監測數據分析邊坡變形的范圍和空間分布；

②對水墊塘淺層基巖監測數據進行時段和累積量變化分析，通過對比分析不同深度范圍的變形分布和時段內的變化過程，掌握淺層基巖的變形特征；

③在對層間層內錯動帶測斜數據進行分析的基礎上，判斷錯動帶是否發生錯動和滑移；

④通過分析測縫計開合度的變化情況，分析水墊塘各廊道裂縫或結構縫的張開、錯動處情況。

（2）水墊塘及兩岸邊坡滲流滲壓分析難點

XLD水墊塘滲流量相比拱壩較大，水墊塘及二道壩止水、各排水廊道、交通廊道、相關施工支洞堵頭、抽排系統等部位的滲漏情況比較復雜。分析水墊塘滲漏水量及滲漏水的來源是分析重點。

對應措施：

①可依托試驗所的對庫區水、滲漏水、降雨、坡體內地下水等相應部位進行水質分析，區分庫區水滲漏和降雨滲流等以判斷滲水來源。

②通過水墊塘和二道壩滲壓計水頭的整理，分析水墊塘整體滲壓分布，研究滲壓水位與上下游水位的關系，明確水墊塘邊坡和底板的揚壓力荷載的大小與分布。

3.2.3 谷幅變形資料分析重點及難點

水電站谷幅收縮變形明顯，尚無明顯收斂趨勢。

對應措施：

①結合內外觀變形監測成果，深入分析谷幅變形產生原因，掌控變形的區域性和時段性。

②谷幅收縮、庫盆沉降目前無明顯收斂趨勢主要反映在外觀變形。內部變形在二道壩及水墊塘邊坡也有一定的擠壓變形等反應，結合邊坡測斜孔、地下水位、錨索測力計監測成果，通過內外觀監測成果印證，對谷幅變形做深入整體分析。

③整理蓄水后滲流場的變化規律和滲流—應力耦合作用下庫岸邊坡及大壩的變形規律。為下一步谷幅變形對大壩應力變形的影響，提供必要的支撐依據。

4 結論及建議

通過對本工程的結構特點、地質情況、前期監測成果等相應信息的了解和分析。總結工程特征、歸納運行期工程重點、難點。更具有針對性的實施安全監測手段，為電站的安全運行提供強有力的數據支撐。

［1］吳中如.中國大壩的安全和管理［J］.中國工程科學，2000，2（6）：36～39.

［2］吳中如.水工建筑物安全監控理論及其應用［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［3］李珍照.大壩安全監測［M］.北京：中國電力出版社，1997.

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2095-2066（2016）29-0099-02

2016-9-30

張飛躍（1978-），男，工程師，大學本科，主要從事工程安全監測、研究等工作。