景洪大壩安全監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定與應(yīng)用

張禮兵，張 帥，許后磊

(1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051；2.國(guó)家能源水電工程技術(shù)研發(fā)中心高土石壩分中心，云南昆明650051)

景洪水電站是瀾滄江中下游河段兩庫(kù)八級(jí)中的第六級(jí)電站，位于云南省景洪市上游，電站由碾壓混凝土重力壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、水力式升船機(jī)等組成。其大壩壩頂高程612 m，最大壩高108 m，水庫(kù)正常蓄水位602 m，總庫(kù)容11.39億m3，電站總裝機(jī)容量1 750 MW。

電站已投產(chǎn)運(yùn)行8年，積累了豐富的大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)國(guó)家監(jiān)管部門的要求及電站安全運(yùn)行的實(shí)際需要，有必要結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提出符合大壩實(shí)際運(yùn)行情況的監(jiān)控指標(biāo)，以滿足工程運(yùn)行安全管理及性態(tài)評(píng)價(jià)的需求。

1 監(jiān)控點(diǎn)選取

監(jiān)控點(diǎn)的選取應(yīng)遵循以下原則：

(1)根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件及工程特點(diǎn)，對(duì)各主要建筑物及基礎(chǔ)等監(jiān)控對(duì)象，選擇具有代表性的、最易出現(xiàn)危及安全征兆的部位。

(2)選擇對(duì)建筑物安全評(píng)價(jià)最重要和直觀的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)于混凝土重力壩，選取變形和滲流監(jiān)測(cè)項(xiàng)目作為主要監(jiān)控指標(biāo)。

(3)應(yīng)力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇直接測(cè)量且對(duì)建筑物變化較為敏感的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，如壩基壓應(yīng)力計(jì)、閘墩錨索測(cè)力計(jì)等。

(4)超規(guī)程規(guī)范中的允許值的測(cè)點(diǎn)。

(5)主要工程部位中測(cè)值較大，但不超過儀器量程測(cè)點(diǎn)。

依據(jù)上述原則，選取順河向位移、橫河向位移、垂直向位移、滲流、應(yīng)力、溫度等41個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為景洪水電站主控指標(biāo)測(cè)點(diǎn)。

2 監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定

2.1 基本步驟

監(jiān)控指標(biāo)通過統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)模計(jì)算、定性評(píng)價(jià)后結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算成果、規(guī)范允許值等進(jìn)行綜合擬定，基本步驟為：

(1)在原有設(shè)計(jì)成果、資料分析等成果的基礎(chǔ)上，按照最有代表性壩段、最關(guān)心監(jiān)控部位、發(fā)現(xiàn)異常征兆最敏感監(jiān)測(cè)項(xiàng)目等篩選原則，初步選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(2)評(píng)價(jià)初選測(cè)點(diǎn)，選定通過誤差評(píng)價(jià)的測(cè)點(diǎn)為監(jiān)控指標(biāo)擬定測(cè)點(diǎn)。

(3)采用置信區(qū)間估計(jì)法和典型小概率法兩種數(shù)學(xué)方法計(jì)算監(jiān)控指標(biāo)，獲取數(shù)學(xué)方法下監(jiān)控指標(biāo)擬定的初步成果。

(4)結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算成果、規(guī)范允許值、材料允許值，根據(jù)監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定原則擬定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)。

(5)按照已擬定的監(jiān)控指標(biāo)，指導(dǎo)電廠開展安全監(jiān)測(cè)工作。

2.2 數(shù)學(xué)方法

2.2.1 置信區(qū)間估計(jì)法

置信區(qū)間估計(jì)法將具有較高精度的計(jì)算模型(一般要求測(cè)點(diǎn)復(fù)相關(guān)系數(shù)R>0.8)置信區(qū)間(置信帶)和變化趨勢(shì)作為判斷測(cè)值異常和安全的依據(jù)，由此擬定相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控指標(biāo)。根據(jù)景洪水電站實(shí)際情況及類似工程經(jīng)驗(yàn)，顯著性水平α取5%，i取1.96，即Δ=±1.96S，相應(yīng)監(jiān)測(cè)量的監(jiān)控指標(biāo)為

(1)

2.2.2 典型小概率法

(2)

(3)

用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法(如A-D法、K-S法)對(duì)其進(jìn)行分布檢驗(yàn)，確定其概率密度f(x)的分布函數(shù)F(x)(如正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布以及極值I型分布等)。

令Xm為監(jiān)測(cè)效應(yīng)量的極值，當(dāng)X>Xm時(shí)，大壩將要出現(xiàn)異常或險(xiǎn)情，其概率為

(4)

2.3 綜合擬定

2.3.1 綜合擬定原則

(1)變形。變形項(xiàng)目監(jiān)控指標(biāo)主要從置信區(qū)間估計(jì)法、典型小概率法、時(shí)段極值3個(gè)方面進(jìn)行綜合擬定，在滿足3種方法適用條件的前提下，原則上為上述數(shù)值中的最大或最小值，設(shè)計(jì)計(jì)算值作為參考。

(2)滲流。當(dāng)采用的置信區(qū)間估計(jì)法、典型小概率法、時(shí)段極值(蓄水至正常蓄水位后至今)、設(shè)計(jì)計(jì)算值擬定的結(jié)果均未超過規(guī)范允許值時(shí)，滲流監(jiān)控指標(biāo)原則上為上述數(shù)值中的最大值；當(dāng)超過規(guī)范允許值時(shí)，以規(guī)范允許值為主要依據(jù)，根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的測(cè)壓管揚(yáng)壓力強(qiáng)度系數(shù)推算揚(yáng)壓力允許值作為監(jiān)控指標(biāo)。

(3)應(yīng)力。①壩基壓應(yīng)力。當(dāng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算、歷史極值擬定結(jié)果未超過規(guī)范允許值或材料承載力時(shí)，采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算歷史極值中的最大值或最小值；當(dāng)超過時(shí)，監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定以規(guī)范允許值或材料承載力為主要依據(jù)。②錨索荷載。當(dāng)實(shí)測(cè)荷載與設(shè)計(jì)荷載比在0.9～1.15之間時(shí)，采用數(shù)學(xué)模型和歷史極值中的最大值或最小值作為監(jiān)控指標(biāo)；當(dāng)荷載比不在0.9～1.15之間時(shí)，以設(shè)計(jì)荷載的9/10作為監(jiān)控指標(biāo)小值、以1.15倍設(shè)計(jì)荷載作為監(jiān)控指標(biāo)大值。

(4)溫度。當(dāng)數(shù)學(xué)方法、時(shí)段極值等方法擬定結(jié)果未超過溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用數(shù)學(xué)方法或時(shí)段極值等方法擬定結(jié)果中的最大值或最小值；當(dāng)數(shù)學(xué)方法、時(shí)段極值等方法擬定結(jié)果超過溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定以溫控標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)。

綜上所述，針對(duì)各擬定測(cè)點(diǎn)的具體情況，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算值、時(shí)段極值統(tǒng)計(jì)值、設(shè)計(jì)允許值和規(guī)范允許值等進(jìn)行監(jiān)控指標(biāo)的綜合擬定。

2.3.2 景洪大壩監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定成果

景洪大壩監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定成果見表1～表4。

表3 基礎(chǔ)壓應(yīng)力監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定 MPa

表4 錨索荷載監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定 kN

表5 滲流監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用

表1 大壩變形監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定 mm

注：表中帶*數(shù)據(jù)表明該數(shù)學(xué)方法不滿足適用條件，計(jì)算的監(jiān)控指標(biāo)僅供參考，下同。

3 監(jiān)控指標(biāo)的應(yīng)用

3.1 變形監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用

變形是綜合反映建筑物物理力學(xué)性態(tài)的一種效應(yīng)量，是建筑物剛度和穩(wěn)定性的直觀表現(xiàn)，因此它是監(jiān)控建筑物安全運(yùn)行的主要監(jiān)測(cè)量。當(dāng)實(shí)測(cè)變形值A(chǔ)≤監(jiān)控指標(biāo)，評(píng)判為正常；當(dāng)A>監(jiān)控指標(biāo)，評(píng)判為預(yù)警，應(yīng)對(duì)應(yīng)采取的措施為：①進(jìn)行測(cè)值復(fù)測(cè)，關(guān)注測(cè)值變化；②如測(cè)值出現(xiàn)趨勢(shì)性變化，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查與巡視，開展監(jiān)測(cè)資料分析評(píng)價(jià)；③必要時(shí)編制專題分析報(bào)告，召開專題會(huì)議并提出大壩運(yùn)行控制要求。

表2 大壩滲流監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定 m

3.2 滲流監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用

滲流包括壩基揚(yáng)壓力和滲流量，均是監(jiān)控大壩安全重要的指標(biāo)，滲流監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用見表5。

3.3 應(yīng)力及溫度監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用

應(yīng)力及溫度監(jiān)控指標(biāo)包括壩基壓應(yīng)力、錨索荷載和壩體溫度，應(yīng)力及溫度監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用見表6。

表6 應(yīng)力及溫度監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用

4 結(jié) 論

通過對(duì)景洪大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算及綜合評(píng)價(jià)提出了水電站大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控指標(biāo)測(cè)點(diǎn)選取的原則；提出了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控指標(biāo)綜合擬定基本步驟、數(shù)學(xué)計(jì)算方法、綜合擬定方法，開展了景洪大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控指標(biāo)的研究；提出了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控指標(biāo)在水電大壩運(yùn)行階段的應(yīng)用方式。