拉西瓦水電站大壩及基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)分析與評(píng)價(jià)

王春國(guó)，趙 斐

(1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710065；2.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司，陜西鎮(zhèn)安710061)

0 引言

大量的工程實(shí)踐告訴我們，需要建立恰當(dāng)合理的安全監(jiān)測(cè)措施以確保大壩可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行。目前大壩的安全監(jiān)測(cè)主要對(duì)大壩變形、滲壓、應(yīng)力變形、滲流以及溫度等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，多采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法。這主要是由于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)容易受多種因素的干擾如人員素質(zhì)、認(rèn)為誤差、工作環(huán)境等。隨著機(jī)械技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，高精度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)逐漸運(yùn)用于實(shí)際工程中，自動(dòng)監(jiān)測(cè)具有高精度、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被世界上的所有國(guó)家所采用，和它相對(duì)于的安全監(jiān)測(cè)理論也日漸成熟[1-4]。大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以反映大壩的實(shí)時(shí)工作性態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，可以有效地修正設(shè)計(jì)中的不完善，進(jìn)而可以指導(dǎo)大壩的施工、運(yùn)行和維護(hù)。做好大壩的安全監(jiān)測(cè)工作，對(duì)大壩的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、防震減災(zāi)以及安全預(yù)警等具有重大意義。

1 工程概況

拉西瓦水電站為I等大(一)型工程，是黃河上游龍青段的第二個(gè)梯級(jí)電站，位于青海省貴德縣與貴南縣交界的龍羊峽谷出口段，上距龍羊峽水電站32.8 km，下距李家峽水電站73 km。拉西瓦水電站主要任務(wù)是發(fā)電，總裝機(jī)4200MW，多年平均年發(fā)電量102.23億kW·h，為黃河上規(guī)模最大的水電站。水庫正常高水位是2452 m，相應(yīng)庫容為10.79億m3。主要建筑物包括雙曲拱壩，壩身泄洪建筑物和右岸全地下引水發(fā)電系統(tǒng)。主體工程混凝土澆筑總量373.4萬m3，大壩混凝土于2006年4月15日開始澆筑，主廠房于2003年11月9日開始開挖。

拉西瓦壩址區(qū)多年平均流量659 m3/s，電站正常蓄水位2452 m，相應(yīng)庫容10.06億m3。50 a水庫壩前泥沙淤積高程2286.2 m；100 a水庫壩前泥沙淤積高程2296 m。拉西瓦地處中緯度內(nèi)陸高原，屬典型的大陸性氣候，氣溫日差較大，無霜期短，多年平均氣象要素為：氣溫7.2℃，最高氣溫15.3℃，最低氣溫0.3℃，降雨量259 mm，蒸發(fā)能力2004 mm，最大風(fēng)速15.2 m/s；多年絕對(duì)最高和最低氣溫為34℃(7月)及-23.8℃(1月)。

2 大壩及基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

溫度監(jiān)測(cè)包括壩基，壩體和庫水溫度。庫水溫度利用測(cè)溫光纖和溫度計(jì)布設(shè)而成的測(cè)溫垂線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度計(jì)2452 m～2430 m高程之間每5 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以下每15 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。此外上游壩面混凝土溫度測(cè)點(diǎn)兼作庫水溫的監(jiān)測(cè)。在壩體泄水孔口附近利用鋼筋計(jì)等監(jiān)測(cè)溫度，以準(zhǔn)確了解這些部位的局部水溫。下游壩面低高程的溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)兼作下游水溫監(jiān)測(cè)。水溫監(jiān)測(cè)的所有傳感器接入自動(dòng)化系統(tǒng)。

壩體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要采用銅電阻溫度計(jì)。選擇4#、7#、11#、16#、19#壩段作為壩體溫度監(jiān)測(cè)典型斷面，立面上每隔20 m布置一層溫度計(jì)。由于差動(dòng)電阻式儀器均可以測(cè)量溫度，因此壩內(nèi)埋設(shè)的電阻式儀器，如測(cè)縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)、無應(yīng)力計(jì)等均作為壩體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的組成部分。同時(shí)為了測(cè)量施工期壩體溫度并為接縫灌漿服務(wù)，結(jié)合施工期溫度測(cè)量，在每個(gè)壩段內(nèi)部相鄰灌區(qū)高程之間埋設(shè)一支溫度計(jì)。為了實(shí)測(cè)壩體混凝土導(dǎo)溫系數(shù)，在4#、19#壩段2400 m高程上、下游壩面布置溫度計(jì)組，每組含5支溫度計(jì)，距壩面分別為0 m，0.1 m，0.2 m，0.4 m，0.6 m。此外，在11#壩段2270 m高程下游壩面也設(shè)置一組溫度計(jì)組?；A(chǔ)巖石溫度監(jiān)測(cè)采用鉆孔溫度計(jì)組監(jiān)測(cè)，共布置6組，在拱壩2400 m、2320 m、2210 m高程兩岸壩基各布置一組，河床基礎(chǔ)在壩踵、壩趾和壩段中間部位各布置一組。每組含5支溫度計(jì)，距建基面分別為0.15 m、1.0 m、3.0 m、7.0 m、15 m。拱壩及其溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)共布置溫度計(jì)410支，包括基巖溫度計(jì)組6組。

3 大壩及基礎(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)資料分析

本文主要對(duì)拱壩及基礎(chǔ)部位在首次蓄水期的溫度場(chǎng)特性進(jìn)行分析。拱壩及基礎(chǔ)初期蓄水期溫度場(chǎng)重點(diǎn)以拱冠11#壩段、邊坡7#壩段和2240 m高程、2280 m高程平切面為主進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度資料，繪制7#壩段、11#壩段和224 m高程、2280 m高程平切面的溫度場(chǎng)等值線圖。

3.1 11#壩段溫度場(chǎng)

根據(jù)11#壩段埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行11#壩段溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份、12月份為典型分析時(shí)刻。2009年中旬溫度場(chǎng)見圖1。

根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：壩體基礎(chǔ)溫度變化較平穩(wěn)，基本在15.35℃～17.61℃，整體受上部水位變化影響較小。壩體蓄水前，壩體內(nèi)部混凝土溫度在接縫灌漿以前受人工冷卻作用，形成兩個(gè)臺(tái)階狀溫降過程，并最終基本降至5℃～10℃。蓄水以后，中部混凝土受壩前庫水溫度影響不大，溫度變幅不超過2℃。壩體表面溫度計(jì)在蓄水以前主要受外界氣溫影響，下游面測(cè)值基本在3℃～18℃，上游面溫度基本在5℃～17℃；蓄水以后上游面溫度主要由壩前庫水溫度影響，下游面依然由外界氣溫控制。目前壩體溫度上游面與庫水溫度相同，下游面與外界氣溫接近，2260 m高程以下壩體中部溫度基本在15℃～10℃(高程越低溫度越高)，2260 m～2417 m高程壩體中部溫度基本在10℃～8℃(高程越低溫度越高)，2417 m～2430 m高程壩體中部溫度基本在8℃～6℃(高程越低溫度越高)，2430 m～2440 m高程壩體中部溫度基本在11℃～12℃。

3.2 7#壩段溫度場(chǎng)

根據(jù)7#壩段埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行7#壩段溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻。7#壩段的溫度計(jì)測(cè)值變化曲線簇見圖2，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)及變化過程線分析可知：

圖2 7#壩段的溫度計(jì)測(cè)值變化曲線簇

(1)壩體基礎(chǔ)溫度變化較平穩(wěn)，基本在11℃～13℃，整體受上部水位變化影響較小。

(2)壩體蓄水前，壩體內(nèi)部混凝土溫度在接縫灌漿以前受人工冷卻作用，形成兩個(gè)臺(tái)階狀溫降過程，并最終基本降至5℃～10℃。蓄水以后，中部混凝土受壩前庫水溫度影響不大，溫度變幅不超過2℃。

(3)壩體表面溫度計(jì)在蓄水以前主要受外界氣溫影響，下游面測(cè)值基本在3℃～18℃，上游面溫度基本在5℃～17℃；蓄水以后上游面溫度主要由壩前庫水溫度影響，下游面依然由外界氣溫控制。

(4)目前壩體溫度上游面與庫水溫度相同，下游面與外界氣溫接近，2300 m高程以下壩體中部溫度基本在13℃～10℃(高程越低溫度越高)，2300 m高程壩體中部溫度基本在10℃～12℃。

3.3 2240 m高程溫度場(chǎng)

根據(jù)2240 m埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行2240 m高程溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻。拱壩2240 m高程2008年7月中旬溫度場(chǎng)見圖3，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：

圖3 拱壩2240 m高程2008年7月中旬溫度場(chǎng)

在蓄水以前壩體上下游混凝土溫度主要由外界氣溫控制，拱端處溫度主要由該部位建基面巖石溫度控制，混凝土內(nèi)部溫度基本維持在接縫灌漿時(shí)的溫度。在蓄水以后上游面和拱端建基面溫度受壩前庫水溫度的影響慢慢開始變化，下游面溫度依然由外界氣溫控制。對(duì)比以下四個(gè)典型時(shí)刻的溫度場(chǎng)，可以看出受上游水位抬升影響，壩體內(nèi)部溫度由原來的9℃左右變化為目前的12℃左右，拱端建基面巖石溫度也由最初的9℃左右變化為目前的12℃左右。

3.4 2280 m高程溫度場(chǎng)

根據(jù)2280 m埋設(shè)的溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)組等差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的溫度測(cè)值，進(jìn)行2280 m高程溫度場(chǎng)的繪制，蓄水前分別選取2008年7月中旬及12月中旬為典型時(shí)刻，蓄水以后選取2009年10月初、2010年10月底、2011年6月份和12月份為典型分析時(shí)刻，根據(jù)各個(gè)時(shí)期的溫度場(chǎng)分析可知：在蓄水以前壩體上下游混凝土溫度主要由外界氣溫控制，拱端處溫度主要由該部位建基面巖石溫度控制，混凝土內(nèi)部溫度基本維持在接縫灌漿時(shí)的溫度。在蓄水以后上游面和拱端建基面溫度受壩前庫水溫度的影響慢慢開始變化，下游面溫度依然由外界氣溫控制。對(duì)比以下四個(gè)典型時(shí)刻的溫度場(chǎng)，可以看出受上游水位抬升影響，壩體內(nèi)部溫度由原來的7.5℃左右變化為目前的9℃左右，拱端建基面巖石溫度也由最初的7℃左右變化為目前的11℃左右。

4 結(jié)論

本文介紹拉西瓦高程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：基巖溫度由淺入深(15 m)，測(cè)點(diǎn)溫度范圍在10℃～19℃，可見河床部位基礎(chǔ)巖石溫度高于兩岸壩肩部位，主要原因是受到上游庫水溫度的影響。庫水溫度上部受氣溫影響，下部受地溫影響，沿高程分布隨季節(jié)變化。目前壩體及基礎(chǔ)溫度分布良好，低高程部分溫度基本穩(wěn)定。