大型水電工程施工期安全監測管理實踐

王繼剛，湯國慶，陶友棋

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065；2.國電大渡河大崗山水電開發有限公司，四川省石棉縣 625409)

大崗山水電站位于四川省大渡河中游雅安市石棉縣挖角鄉境內，是大渡河干流原水電規劃3庫22級方案的第14個梯級電站，為Ⅰ等大(1)型工程。水庫正常蓄水位1 130.00 m，死水位1 120.00 m，總庫容7.42億m3，調節庫容1.17億m3，具有日調節能力，電站總裝機2 600 MW(4×650 MW)。電站主要樞紐建筑物有：混凝土雙曲拱壩、水墊塘、二道壩、右岸泄洪洞、左岸引水發電建筑物等。拱壩最大壩高210 m，壩頂高程1 135.00 m。

工程安全監測對象主要有：混凝土雙曲拱壩、壩后水墊塘、二道壩、右岸泄洪洞、左岸引水發電建筑物、近壩區工程邊坡等永久建筑物以及導流洞、圍堰等臨時建筑物。

1 管理模式和各方職責

大崗山水電站安全監測工作管理模式為建設公司在監測工作方面的直接管理對象是安全監測管理中心(簡稱“監測中心”)。通過監測中心間接管理整個安全監測工作，公司工程管理部門定期檢查監測中心監測管理工作的執行情況。大崗山水電站安全監測管理架構，如圖1所示[1]。

圖1 大崗山水電站安全監測管理架構圖

在安全監測工作職責劃分方面，大渡河流域公司負責以招標方式選擇有關安全監測參建單位，組織專家開展安全監測項目技術咨詢和安全評價工作。

大崗山建設公司是安全監測管理的核心，對安全監測項目安全、質量、進度、投資實行總負責。主要職責是確定安全監測管理的方針、目標；檢查安全監測質量與進度控制體系貫徹實施情況；協調工程建設中與安全監測相關的重大問題。

監測中心是工程安全監測的管理部門，主要職責包括代表建設公司對安全監測工作進行管理；就安全監測事宜向建設公司提出合理化建議；對監測施工進度和質量進行監督檢查；對工程安全監測成果進行綜合分析，編制安全監測報告。

監測設計單位主要職責是統籌規劃安全監測相關方案；制定工程監測方案、規劃；及時解決監測實施工程中出現的與設計相關的技術問題；利用監測成果進行工程反饋設計，復核是否滿足設計技術要求。

監測監理單位主要職責是建立健全的安全監測監理工作制度；對安全監測質量、進度和投資等實行全過程管理和目標控制；及時發現并解決安全監測工作中存在的問題；協調解決土建和監測單位之間交叉作業中影響安全監測施工進度、質量、施工安全和監測設施維護的問題。

監測施工單位是安全監測現場實施的主體，主要職責是建立健全安全監測質量施工安全保障體系；制定詳盡的儀器采購計劃和施工方案；及時跟進土建施工進度，開展監測施工; 對監測儀器進行有效保護；及時整編、分析監測資料，并通過監理單位反饋至其它參建各方。

土建施工配合單位是安全監測施工的協作單位，其職責主要為配合監測單位開展監測儀器設備安裝和保護工作。

2 主要措施和典型做法

2.1 引入專業的安全監測管理機制

針對大崗山水電工程施工期安全監測的重要性和復雜性，大崗山公司在建設初期便設立了安全監測管理中心，通過公開招標引進了中國國內知名的大型設計院承擔安全監測管理職責，開展安全監測專業化管理工作。其職責定位是大崗山工程安全監測資料整理分析與評價的總責人、監理工作的再監理、設計審查的優化人、技術標準的監督人、安全信息的反饋人、違規活動的處罰人。通過引入專業的監測管理職能機構，最大限度地保證了監測工作得以順利實施。

2.2 建立完善的監測管理體系

一是建立工作例會和專題會制度。由監理單位組織定期召開的監測例會，協調日常工作。根據現場情況不定期召開監測專題會，及時處理突發事件。

二是建立安全監測專項檢查制度。每月由大崗山公司工程管理部門對監測中心、監理單位、施工單位在安全監測人員情況、內業工作、旁站、巡視等方面的工作進行專項檢查，要求未達標單位限期整改。

三是建立設計交底會制度。對于重要部位的永久性、觀測設計藍圖，在監理單位簽發后，監測承包人組織人員研究、熟悉圖紙，理解設計意圖，對可能存在的問題進行匯總，由監理單位組織設計單位技術交底，各相關單位參加進行討論。

四是建立技術交底會制度。對儀器安裝中容易出現的問題，在儀器安裝前必須進行技術交底，提出具體要求，落實安裝方案。承包人組織的交底會邀請監理單位或監測中心參加。

五是建立安全監測預警及應急處理機制。組織各監測單位編制監測方案和應急預案，針對可能出現的監測數據突變、巡視檢查發現異常、突發洪水、地震等情況建立應急響應機制，確保監測工作有條不紊。

六是建立合理的獎罰制度。在完善責任考核制度的基礎上，根據參建各方的工作成績采取適當的獎罰措施，激勵參建單位和個人以認真、負責、積極的態度投入到工程建設中來。

2.3 針對監測項目特點單獨成標

大崗山工程監測系統規模大、技術要求高，因此在進行標段劃分時采取了以下原則：一是考慮到中國國內承包商的技術和管理水平，監測標段不宜分得過大；二是在標段及項目劃分充分考慮安全監測專業化要求，以利于選擇專業化隊伍，發揮專業化優勢，保證實施質量；三是考慮專業技術等因素的影響，將內容相似的項目放在同一標段，避免相關資源的重復浪費[2]。

根據以上原則，大崗山工程主要監測項目劃分為大壩及泄洪消能建筑物監測工程、引水發電系統建筑物監測工程、外部變形監測工程、庫區滑坡體監測工程、安全監測自動化系統建設工程。

通過監測項目單獨成標，吸引了一定數量的承包商參與投標，增強了投標競爭性，降低了工程造價，同時方便了建設公司對現場的統一管理和協調，形成了以建筑物為主要對象的較為統一的監測系統，最大限度保證了工程進度、質量和安全目標的順利實現。

2.4 將安全監測與工程施工有機結合

大崗山工程建設過程中始終重視安全監測的對于工程施工的指導作用。如在地下廠房開挖施工過程中，為了及時有效的捕捉地下廠房圍巖應力應變情況，監測單位結合土建施工進度及時進行了監測儀器安裝埋設，每天進行安全監測數據采集和分析工作，發現數據異常時，及時反饋、加密監測、上報監測簡報，針對特殊情況召開專題會，對監測數據變化原因進行分析，采取應急處理措施。在整個廠房開挖中，曾因安全監測數據發生突變而進行的暫停開挖達到11次，暫停開挖后及時進行支護跟進，局部增設加強長錨桿支護。通過及時支護、加強支護，使地下廠房高邊墻開挖過程中的圍巖變形得到有效控制，避免了塌方、掉塊的發生，加快了施工進度，保證了施工質量[3]。

2.5 開發便于操作的監測信息管理平臺

為便于監測數據及文檔科學化的規范管理，大崗山公司委托監測中心開發了安全監測數據庫信息管理系統[4]軟件，該系統針對大崗山水電站施工期安全監測工作的重點和需求，提供統一的安全監測相關信息的輸入、加工、存儲和初步分析功能，對設計、施工等的各種數據、文字、圖表、圖像等多種類型的信息進行有序的存放和管理。參建各方通過安全監測信息管理系統對安全監測數據實時進行查詢、對比分析、變化趨勢研判、整編匯總、觀測過程線繪制等方面的管理和應用，大幅度提高了工作效率。

2.6 提早開展自動化監測系統建設

一般水電工程安全監測自動化系統建設都是在工程基本完工后開始實施,主要是為運行期監測服務[5-7]。大崗山工程在主體工程施工階段就開展監測自動化系統建設招標工作，水庫初期蓄水前大部分內觀監測儀器已接入自動化系統，實現監測數據自動化采集。大崗山工程各類永久監測儀器多達數千支，蓄水期監測頻次高，常規的人工監測無法滿足要求，自動化系統在工程蓄水過程中發揮了至關重要的作用。通過監測數據、自動化數據采集，大幅提高了觀測工作的效率，減少人員資源投入，為蓄水期快速反饋監測成果和決策打下了務實的基礎，為分析水位抬升過程中大壩變形規律提供了大量的監測資料。

3 安全監測的成效及亮點

大崗山安全監測儀器安裝埋設進度緊隨大崗山各節點目標進行，監測儀器設備綜合完好率達95.4%。通過及時準確報告監測信息，大崗山安全監測體系充分發揮了指導施工和運行、反饋設計、監控樞紐區建筑物安全的作用[8]。

3.1 指導工程施工

在指導施工方面，安全監測為地下廠房大跨度高陡邊墻洞室快速下臥、大壩溫控、橫縫接縫灌漿等施工過程中發揮了重要作用。

大崗山地下廠房開挖過程中，施工單位結合監測數據進行開挖爆破施工及支護方案調整，使廠房整體變形得到了有效的控制，大崗山地下廠房的最大變形量小于49 mm，在中國國內同類型工程中最小，達到中國國內領先水平[3]。

通過對各倉混凝土溫度的實時監測，以設計理論曲線為參照，指導施工單位進行精細化冷卻通水。大壩共澆筑混凝土1 547倉，最高溫度合格率達92.4%，各階段降溫速率合格率達96.4%以上，各項檢測結果合格率均滿足設計要求，并達到優良標準，大壩未發生因溫控原因產生的危害性裂縫[9]。

通過對壩體橫縫接縫灌漿過程中橫縫開合度的實時監測信息反饋及灌漿后及時的分析總結報告，施工單位對灌漿工藝進行改進[10]，使橫縫灌后增開問題得到了基本控制，灌漿質量明顯提高。截至目前，大崗山水電站混凝土雙曲拱壩98.4%的橫縫測點灌后增開度小于0.3 mm，其中87.5%的橫縫測點處于壓緊狀態。工程蓄水后，壩體混凝土無滲漏。

安全監測也為廠房塌方段加固施工[11]、泄洪洞爆破開挖[12]、大壩混凝土澆筑提供了有力的技術支持。

3.2 反饋論證設計

大崗山右岸壩肩邊坡高度達400 m，邊坡巖體中發育有傾向坡外的小斷層及卸荷裂隙密集帶，構成影響右岸邊坡穩定的控制性地質結構面。2009年4月之后，隨著邊坡下挖施工，邊坡混凝土噴層沿部分巖脈開裂、剝離，PD314探硐內f231斷層局部松弛，硐底水泥結石輕微裂縫錯臺等變形跡象，一度造成工程停工。監測數據顯示，邊坡變形與開挖施工活動關系密切。2009年8月中旬開挖至1 070.00 m高程后右岸邊坡暫停開挖施工，設計相繼對f231斷層、XL316-1泄洪裂隙密集帶采取錨索加固、抗剪洞+錨固洞+斜井等加固處理措施，有效地抑制了邊坡變形。多種手段監測成果表明，2010年6月恢復開挖后，右岸邊坡未出現變形突變的整體下滑跡象，也進一步論證了設計對加固處理措施的合理性[13-14]。

2010年8月正值工程開挖階段，監測單位發現左岸電站進水口邊坡巖體變形量較大，經過跟蹤觀測確認后，及時分析預警，設計據此及時調整方案，加強了該部位的支護措施，使開挖工程安全進展。

3.3 監控樞紐區建筑物運行狀態

通過對監測數據的綜合分析，掌握了樞紐區各部位運行狀態和變化規律。如大壩澆筑階段，壩基多種監測數據表明，隨著壩體澆筑上升，大壩整體呈向壩踵傾斜變化趨勢。通過采取向壩前基坑充水的措施，這一趨勢得到了控制。而對監測數據顯示處于不穩定狀態的新滑坡體，在發現異常后，第一時間向石棉、瀘定縣政府報告，加強巡視和監測，制定應急預案，保障了周圍人民群眾的生命和財產安全。

3.4 指導工程蓄水

蓄水前，設計根據前期監測資料對各典型高程水位時大壩變形規律及位移值進行了反演分析，并結合分析資料對蓄水速率提出要求。蓄水期間，各監測單位嚴格按照設計要求，及時開展了樞紐區及庫岸邊坡的巡視檢查和數據采集工作，每天對幾千組監測儀器數據進行分析判斷，對水位抬升過程中大壩變位、滲流等數據進行重點追蹤，為蓄水決策提供了重要依據。通過對蓄水后的監測成果分析表明，蓄水后壩體徑、切向變位整體對稱、變形協調、規律正常，量值與設計預測值基本吻合[15]。

4 結 語

(1) 大崗山工程實踐表明，完善的安全監測體系對于水電工程建設具有至關重要的作用。施工過程中，及時、準確的安全監測信息反饋對于保證施工質量和安全具有重要的指導意義。由于大型水電工程中存在諸多不確定因素[16]，通過對監測數據的分析，可以進一步論證設計方案的合理性，為優化設計方案，實施動態設計提供依據；安全監測是檢驗工程質量的重要手段，如通過對壩基滲流滲壓監測數據的分析，可以了解帷幕灌漿效果；對于工程蓄水而言，安全監測既對蓄水決策具有指導意義，又是蓄水后進行安全評估的重要依據。因此，水電建設過程中，必須高度重視安全監測工作，保障安全監測管理體系的有效運轉。

(2) 能否進行有序高效并具有前瞻性的管理，是安全監測工作成敗的關鍵。因此應在公司層面加強對安全監測工作的重視，在工程建設管理部門配置專業的安全監測人才，加大管理、協調力度。鑒于安全監測工程實施的時效性與特殊性，工程建設之初，需盡早引進安全監測專業管理機構，同設計及土建施工單位，根據工程特點及工序安排，制定詳盡的監測工程實施方案，確保安全監測工程與土建工程有序銜接，減少干擾。同時應加強各方溝通協調，強化監測設施保護意識，以保證各類安全監測設施滿足工程監測需要。

參考文獻:

[1] 王鳳蓮,劉峰.大崗山水電站施工期安全監測管理[J].人民長江,2014(22):30-33.

[2] 廖勇龍,劉祖強,王志旺.三峽工程安全監測管理與監理的實踐[J].湖北水力發電,2005(02):58-61.

[3] 謝長水,趙瑞,古茜倩.大崗山水電站地下廠房開挖施工技術[J].人民長江,2012(22):60-64.

[4] 余學農.大崗山水電站工程建設管理數字化系統設計、集成與實現[D].電子科技大學,2013.

[5] 張群,陳樹聯,顧永明.拉西瓦水電站安全監測自動化系統設計綜述[J].西北水電,2011(S1):142-145.

[6] 劉德軍,葛培清,何濱.瀾滄江糯扎渡水電站樞紐工程安全監測自動化系統綜述[C]//高壩建設與運行管理的技術進展——中國大壩協會2014學術年會論文集.2014:8.

[7] 張勤勞,趙謐,楊鵬.白楊河水庫大壩變形自動化監測系統[J].西北水電,2007(03):86-88,93.

[8] 張建勝.水庫大壩安全監測的實踐與思考[J].大壩與安全,2009(05):6-8.

[9] 李方平,廖勇,王愛玲.大崗山水電站雙曲拱壩質量管理[J].水利發電，2015，41(07)：23-25.

[10] 于真真,鄭文霞,卞小草,李仁偉,嚴君漢.大崗山水電站預防接縫灌漿下層灌區增開的改進工藝[J].水力發電,2015(07):74-76.

[11] 朱家林,田帥領,謝長水.大崗山水電站主廠房頂拱塌方處理實踐[J].人民長江,2013(23):45-47.

[12] 李朝斌.大崗山水電站泄洪洞頂層大斷面爆破開挖[J].工程爆破,2012(04):46-48.

[13] 劉峰,王鳳蓮,陶友棋,鄭樹俊.右岸壩頂以下邊坡施工期安全監測成果淺析[J].人民長江,2011(14):64-68.

[14] 鄧忠文,黃春,李思嘉.大崗山水電站右岸邊坡穩定性研究[J].人民長江,2012(22):51-53.

[15] 袁文熠,張業輝,王滔.大崗山拱壩初期蓄水變形監測成果分析[J].大壩與安全,2016(06):33-39.

[16] 陳進.大型水利工程的風險管理問題[J].長江科學院院報,2012(12):15-19.