江蘇溧陽抽水蓄能電站外觀監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄔昱昆,謝新宇,趙元憶

(1.水能資源利用關(guān)鍵技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙410014;2.中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南長沙410014)

1 工程概況

溧陽抽水蓄能電站位于江蘇省溧陽市境內(nèi),電站樞紐建筑物主要包括上水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫等工程項(xiàng)目,屬一等大(1)型工程。

上水庫由1座主壩和2座副壩圍筑而成,水庫正常蓄水位291.00 m,死水位254.00 m,總庫容1 422.9萬m3,主壩、①副壩及②副壩最大壩高分別為165.0、59.6 m和51.6 m,均為混凝土面板堆石壩。下水庫主要建筑物有大壩、泄水建筑物、補(bǔ)水建筑物、電站出/進(jìn)水口、庫岸及庫盆組成。大壩為均質(zhì)土壩,布置在臨沙河水庫側(cè),最大壩高12.60 m；泄洪閘布置在大壩右壩頭庫岸段,孔口寬度4.0 m。水庫呈“L”形,正常蓄水位19.00 m,死水位0.00 m,調(diào)節(jié)庫容1 198萬m3,庫口面面積0.706 km2。

2 監(jiān)測目的及原則

2.1 監(jiān)測目的

(1)通過對(duì)各重要建筑物和重點(diǎn)部位實(shí)施監(jiān)控,及時(shí)掌握其性態(tài)變化和發(fā)現(xiàn)異常情況,隨時(shí)采取相關(guān)措施,防止事故發(fā)生,確保工程安全。

(2)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和施工工藝的正確性,為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,改進(jìn)施工工藝提供依據(jù)。

(3)監(jiān)測和掌握有關(guān)巖土工程巖體的變形趨勢和穩(wěn)定過程,及時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性和安全度作出評(píng)價(jià)。

(4)為工程安全評(píng)估和科學(xué)研究積累資料,為反饋分析提供實(shí)測數(shù)據(jù)。

2.2 設(shè)計(jì)原則

(1)為保證工程安全運(yùn)行,全面反映大壩工作狀況,針對(duì)本工程特點(diǎn),以國家有關(guān)規(guī)程規(guī)范和水庫大壩安全管理?xiàng)l例為依據(jù),以集中布置、兼顧全面為基本原則,采取行之有效、經(jīng)濟(jì)可靠的監(jiān)測方法,精心考慮監(jiān)測儀器及設(shè)備的選擇和布置,做到目的明確,重點(diǎn)突出。

(2)根據(jù)土建工程進(jìn)度安排,對(duì)監(jiān)測工作實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃,分期實(shí)施的基本工作程序。

(3)各部位、各區(qū)域的監(jiān)測項(xiàng)目或儀器設(shè)備,盡量能夠具備相互配合、相互補(bǔ)充,相互校核的功能,確保觀測資料的完整性、準(zhǔn)確性和可靠性[1]。

3 外觀監(jiān)測系統(tǒng)布置

根據(jù)溧陽抽水蓄能電站工程區(qū)的地形地質(zhì)條件、樞紐總體布置形式及各主要建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)等,進(jìn)行安全監(jiān)測系統(tǒng)的布置。其中,外觀監(jiān)測項(xiàng)目主要有：變形監(jiān)測網(wǎng)、大壩及建筑物表面位移監(jiān)測、庫岸邊坡監(jiān)測[2]。

3.1 變形監(jiān)測網(wǎng)

變形監(jiān)測網(wǎng)為工程變形觀測提供工作基點(diǎn),由水平位移監(jiān)測網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測網(wǎng)組成。

3.1.1 上水庫變形監(jiān)測網(wǎng)

(1)水平位移監(jiān)測網(wǎng)。根據(jù)溧陽抽水蓄能電站上水庫的地形特征和樞紐布置的特點(diǎn),水平位移監(jiān)測網(wǎng)共布置網(wǎng)點(diǎn)8點(diǎn),網(wǎng)點(diǎn)分布于庫盆周邊的山體上,1個(gè)過渡點(diǎn)位于主壩頂部。上水庫變形監(jiān)測網(wǎng)布置見圖1。

圖1 上水庫變形監(jiān)測網(wǎng)布置示意

(2)垂直位移監(jiān)測網(wǎng)。上水庫垂直位移監(jiān)測網(wǎng)由1組基準(zhǔn)點(diǎn)、1組工作基點(diǎn)和13座環(huán)庫沉降點(diǎn)及水準(zhǔn)路線歷經(jīng)的測點(diǎn)組成,沉降基準(zhǔn)點(diǎn)沿公路布設(shè)于上庫影響區(qū)外的穩(wěn)定處,環(huán)庫沉降點(diǎn)設(shè)于防浪墻內(nèi)側(cè)。

3.1.2 下水庫變形監(jiān)測網(wǎng)

(1)水平位移監(jiān)測網(wǎng)。下水庫水平位移監(jiān)測網(wǎng)共布置網(wǎng)點(diǎn)5點(diǎn),網(wǎng)點(diǎn)分布于庫盆周邊的山體上。下水庫變形監(jiān)測網(wǎng)布置見圖2。

圖2 下水庫變形監(jiān)測網(wǎng)布置示意

(2)垂直位移監(jiān)測網(wǎng)。下水庫垂直位移監(jiān)測網(wǎng)由1組基準(zhǔn)點(diǎn)和24個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)組成?；鶞?zhǔn)點(diǎn)組布設(shè)在距下水庫環(huán)庫公路約0.6 km的穩(wěn)定基巖處。

3.2 上水庫大壩與岸坡表面位移監(jiān)測

上水庫共布54個(gè)表面位移測點(diǎn)。其中,上水庫主壩壩頂、壩后坡馬道及壩坡腳(與垂直位移觀測共用)37個(gè),環(huán)庫測點(diǎn)和岸坡測點(diǎn)17個(gè)。環(huán)庫測點(diǎn)設(shè)于防浪墻上,對(duì)應(yīng)的垂直位移測點(diǎn)設(shè)于防浪墻內(nèi)側(cè)公路旁。

3.3 下水庫大壩與岸坡表面位移監(jiān)測

下水庫表面變形監(jiān)測分三段(大壩壩頂、進(jìn)出水口邊坡及“岸0+000～岸0+483”段邊坡)共布表面位移測點(diǎn)12個(gè)。其中大壩壩頂環(huán)庫防浪墻外側(cè)每隔約200 m布設(shè)1點(diǎn),共計(jì)4點(diǎn)；進(jìn)出水口邊坡在高程39.6 m馬道上布設(shè)3點(diǎn)；另于庫岸斷層及蝕變帶發(fā)育、巖體完整性較差的部位布設(shè)5點(diǎn)。

下水庫共布置24個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn),均設(shè)于環(huán)庫公路邊。其中12點(diǎn)對(duì)應(yīng)水平位移測點(diǎn)樁號(hào)布設(shè),其他區(qū)段按約200 m間距布置[3]。

3.4 進(jìn)/出水口塔體監(jiān)測

上水庫進(jìn)出水口塔體屬新型擋水結(jié)構(gòu),為了監(jiān)測塔體的沉降與傾斜,在①、②進(jìn)出水塔295 m高程平臺(tái)護(hù)欄內(nèi)側(cè)于進(jìn)出水方向和垂直于進(jìn)出水方向各布2個(gè)嵌入式垂直位移測點(diǎn)。

4 監(jiān)測技術(shù)要求

4.1 水平位移監(jiān)測網(wǎng)

水平位移監(jiān)測網(wǎng)按DL/T 5259—2010《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》之一等邊角測量技術(shù)要求進(jìn)行觀測[4],網(wǎng)點(diǎn)誤差橢圓長半軸值不大于±1.4 mm。

監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)高程原則上按二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行施測,對(duì)險(xiǎn)要地段上水準(zhǔn)測量難以進(jìn)行的或因水準(zhǔn)測量線路過長精度低的網(wǎng)點(diǎn),可用電磁波測距代三等水準(zhǔn)測量觀測。

在監(jiān)測網(wǎng)有周期性觀測成果后,應(yīng)及時(shí)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)分析,以確定監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)間的真實(shí)相對(duì)關(guān)系,為邊坡、建筑物等觀測工程的工作基點(diǎn)及時(shí)提供修正成果。

4.2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)

測(站)段或環(huán)線觀測限差均應(yīng)滿足GB/T12897—2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》有關(guān)一等水準(zhǔn)測量之技術(shù)規(guī)定,利用水準(zhǔn)測段往返測較差求得的單位權(quán)偶然中誤差不大于±0.45 mm/km,全網(wǎng)平差后的全中誤差不大于±1.0 mm/km。

監(jiān)測網(wǎng)水準(zhǔn)路線,在其歷經(jīng)路線修建完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求并經(jīng)驗(yàn)收合格后,按一等水準(zhǔn)測量之測站要求布設(shè)固定立尺點(diǎn)、測站點(diǎn),形成固定水準(zhǔn)路線。

4.3 表面測點(diǎn)監(jiān)測

測點(diǎn)以水平位移監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)為工作基點(diǎn)按一等邊角前方交會(huì)測量方式進(jìn)行,測點(diǎn)位移量中誤差不大于±3.0 mm。測點(diǎn)垂直位移觀測起測于垂直位移監(jiān)測網(wǎng)工作基點(diǎn),按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)規(guī)定進(jìn)行。利用水準(zhǔn)測段往返測較差求得的單位權(quán)偶然中誤差不大于±1.0 mm/km,全網(wǎng)平差后的全中誤差不大于±2.0 mm/km。

5 巡視檢查

為了能夠準(zhǔn)確、全面地分析和預(yù)報(bào)工程各部位的安全情況和發(fā)展趨勢,在工程施工期和運(yùn)行期必須對(duì)水庫及其建筑物和近壩區(qū)各部位進(jìn)行巡視檢查。工程施工期及水庫蓄水期的巡視檢查工作主要包括：日常巡視檢查、年度巡視檢查和專項(xiàng)巡視檢查。

(1)日常巡視檢查。根據(jù)實(shí)際情況,按照監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測部門共同制訂的日常巡視檢查程序,對(duì)所有建筑物、機(jī)電設(shè)備、巖土工程等進(jìn)行例行檢查。

(2)專項(xiàng)巡視檢查。壩區(qū)發(fā)生有感地震或洪水、暴雨及其他特殊情況時(shí),需立即組織巡視檢查。必要時(shí),還需對(duì)可能出現(xiàn)險(xiǎn)情的部位實(shí)施晝夜監(jiān)視。

(3)年度巡視檢查。每年汛前、汛后及高水位、低氣溫時(shí),按規(guī)定的所有檢查項(xiàng)目(包括日常檢查和專項(xiàng)檢查),對(duì)整個(gè)樞紐工程進(jìn)行較全面的檢查。

6 觀測周期

(1)所有監(jiān)測項(xiàng)目或監(jiān)測儀器的監(jiān)測時(shí)間和測次,無特殊要求時(shí)按表1中的規(guī)定執(zhí)行。

(2)當(dāng)受到地震烈度5度以上地震,或相當(dāng)于5度以上的震動(dòng)后,應(yīng)立即對(duì)所有的項(xiàng)目進(jìn)行一次全面的監(jiān)測。

(3)當(dāng)遇到大洪水或水庫水位發(fā)生驟變時(shí),應(yīng)增加測次,以便及時(shí)進(jìn)行險(xiǎn)情預(yù)報(bào)。

(4)當(dāng)監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)異常情況時(shí),應(yīng)增加測次。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目及測次

7 結(jié) 語

溧陽抽水蓄能電站外觀監(jiān)測系統(tǒng)包括變形監(jiān)測網(wǎng)、大壩和附屬建筑物以及庫岸邊坡等的表面位移監(jiān)測,監(jiān)測布置合理,符合國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。與內(nèi)部變形及滲流監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合,共同組成溧陽抽水蓄能電站安全監(jiān)測系統(tǒng),可滿足電站施工期、蓄水期和運(yùn)行期安全監(jiān)測需要。

測點(diǎn)布置以剖面形式為主,重點(diǎn)剖面與一般剖面相結(jié)合,重點(diǎn)剖面選擇在結(jié)構(gòu)性態(tài)復(fù)雜或巖性變化最大的典型區(qū)段和有代表性的部位。

監(jiān)測項(xiàng)目和儀器設(shè)備應(yīng)盡量做到相互配合、相互補(bǔ)充、相互校核,達(dá)到“少而精”。儀器設(shè)備選型應(yīng)滿足工程預(yù)期監(jiān)測要求,重要部位測點(diǎn)或儀器設(shè)備的耐久性、先進(jìn)性須滿足工程長期監(jiān)測要求。在工程實(shí)施過程中,監(jiān)測信息應(yīng)做到及時(shí)分析反饋,用以改進(jìn)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工,保證工程安全運(yùn)行,發(fā)揮監(jiān)測應(yīng)有的作用,并為工程安全評(píng)估和科學(xué)研究積累資料。

[1] 張殳, 朱海龍. 遼寧省桓仁抽水蓄能電站安全監(jiān)測設(shè)計(jì)[J]. 東北水利水電, 2011(3)： 11- 14．

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[3] 彭濤. 十三陵抽水蓄能電站上水庫的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及運(yùn)行監(jiān)測[J]. 水力發(fā)電, 2002(9)： 47- 50．

[4] 岳建平, 許捍衛(wèi). 天荒坪上水庫平面監(jiān)測基點(diǎn)網(wǎng)優(yōu)化討論[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 27(6)： 57- 60．