黔中水利樞紐一期工程安全監測系統評價

王 芳，孫傳勝

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴陽 550000)

1 工程及監測概況

黔中水利樞紐工程包括水源樞紐工程及灌區工程，水源樞紐平寨水庫大壩位于三岔河中游平寨河段，大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高157.5m、壩頂長355m、壩頂寬10.3m、正常蓄水位1331.00m、總庫容10.89億m3，工程總體等別為Ⅰ等，屬大(1)型水庫。灌區工程包括總干渠工程、桂松干渠工程及支渠工程，其中總干渠隧洞、渡槽及倒虹管總長41.82km，占總干渠長度的比例約66%。

結合工程地質條件及結構特性，平寨水庫大壩安全監測系統監測范圍包括大壩外部及內部位移監測、面板接縫、脫空、撓度變形監測、面板應力應變、溫度監測及滲流滲壓監測。灌區工程監測系統包括13座高大跨渡槽設置結構應力應變、結構及基礎變形等監測項目。

2 監測系統評價方法

監測設施是監測大壩運行狀況，及時發現工程隱患的重要設施，監測設施運行是否正常、可靠、有效，是能否發揮其“耳目”作用的關鍵，監測設施的工作狀態直接關系到監測數據的準確性和可靠性。

監測設施評價主要包括儀器設備工作狀態評價和歷史測值評價。其中，儀器工作狀態主要通過現場檢查與測試進行評價，檢查與測試內容主要包括：依據相關規范規程，采用專用的讀數儀表、測試儀表，對現場埋設的儀器設備進行現場測試，并根據儀器類型計算相應的技術參數，評價其工作性能。

2.1 監測設施工作狀態評價

2.1.1 現場檢查

現場檢查包括監測項目布置檢查、監測設施工作環境檢查、監測方法和頻次檢查。監測項目布置檢查主要通過查閱設計報告、圖紙，并結合工程各建筑物的實際運行情況，評價現有監測系統的布置能否滿足工程安全監測的需要。監測設施工作環境檢查主要通過現場查看測點的布置形式、工作環境和保護情況等，評價監測系統是否具備反映建筑物性態的能力[1]。

2.1.2 現場測試

針對不同的監測設施采用相應的測試方法，對監測設施的安裝質量、工作狀態以及對建筑物工作性態等進行測試和評價。

1)水管式沉降儀：

主要檢查觀測房內的測量板基座應與觀測房底板連接牢固，讀數尺刻度清晰，垂直地面，壓力水室、閥門等的布置是否合理，檢查水箱、管路(進水管、排水管、通氣管)進出口以及測量板上帶刻度的玻璃管暢通，無異物。平行進行2次測讀，其測量誤差應在儀器標稱精度范圍內。

2)引張線式水平位移計：

現場檢查時，主要檢查引張線式水平位移計的線體、法碼重量、讀數尺(游標卡尺)設置是否完好、合理。固定砝碼和測量加重砝碼比例是否合理。平行進行3次測讀，測量誤差應在儀器標稱精度范圍內。

3)差阻式儀器：

采用水工比例電橋進行測試，現場測試方法如下：

按五芯測法測定電阻比Z正、反測電阻比Z反、電阻值和儀器絕緣電阻4個數據，控制標準：

△Z=1-Z正×Z反

|△Z|≤3-5×10-4 合格

|△Z|>3-5×10-4 不合格

4)溫度計：

儀器接長電纜為三芯電纜的電阻式溫度計，平行進行三次測讀，計算其相互之間的較差，根據測值的一致性和評價標準來判斷傳感器的工作狀態。

5)振弦式儀器：

鋼弦式等儀器的現場測試主要采用簡易的測試方法，即采用標定合格的讀數儀進行測試，在短時間內(5min以內)對每支儀器重復測讀3次，計算其相互之間的較差，根據測值的一致性和評價標準來判斷傳感器的工作狀態。

6)絕緣電阻：

對于差阻式儀器、電阻式溫度計、振弦式儀器以及其他接入監測自動化儀器需檢測其絕緣電阻，控制標準如下：

R絕≥0.1 MΩ 合格

R絕<0.1 MΩ 不合格

7)其他類型儀器：

對于本工程采用的不屬于以上幾種類型的其他監測儀器，按照有關規范規程的要求進行現場檢測與性能評估。

2.1.3 外觀測量檢查與評價

按照《工程測量規范》等有關規范規程，依據設計文件對本工程外觀測量提出的詳細要求，外觀測量檢查與評價主要有以下內容：

1)變形監測控制網網形分析、精度評估，現場控制點穩定性評估。

2)外觀基準點穩定性評估，觀測方法檢查與精度評估。

3)檢查外觀測量所采用的儀器設備，判斷其技術指標是否滿足規范要求的測量精度，儀器檢定是否滿足設計及規范要求。

2.2 監測儀器歷史測值評價

歷年監測數據是鑒定評價儀器設備工作狀態的重要依據之一，通過對歷年監測資料的測值過程線和測值精度分析，可發現一些現場檢查和測試中不易發現的問題。

對測值過程線分析評價主要以定性評價為主，評價標準主要按以下3種情況確定。

1)過程線平順，變化合理，與建筑物工況、環境量變化符合性較好，規律性較強。

2)過程線大體平順，變化合理，具有一定的規律性，雖存在個別測次誤差較大，但總體精度尚可。

3)過程線跳動突變頻繁，測值凌亂，無規律，有粗差，測值不可靠。

上述第1、2種情況，評定儀器設備工作狀態為合格，第3種情況，評定儀器設備工作狀態為不合格。

測值精度主要通過對歷年監測資料進行物理成因分析，并輔以數理統計的手段，進行測值精度評價。

3 安全監測系統評價結果

3.1 平寨水庫大壩安全監測系統評價結果

1)大壩表面變形監測：

大壩表面變形位移測點布置合理，觀測方法可行，觀測頻次滿足規范要求。各測點運行工況良好。各測點表面變形位移測值過程線可靠，總體能真實反映大壩的變形情況，可作為表面變形分析依據[2]。

2)大壩內部變形監測：

內部沉降及水平位移測點設置全面，位置選擇合適，布置合理，絕對位移均由觀測房附近的表面變形測點換算，滿足規范要求。已有觀測資料表明：壩體填筑期間大壩沉降速率最大，2013年10月大壩基本完工后，內部沉降速率大多趨緩，符合面板堆石壩內部沉降的一般規律；大壩內部水平位移主要發生在施工期，水庫蓄水后表現為向下游變形，受水庫蓄水影響較明顯，下游側受庫水位影響較小，過程線表現出壩體整體向下游變形的趨勢，符合面板堆石壩一般變形規律。大壩內部變形監測設施評價見表1。

表1 大壩內部變形監測設施評價匯總表

3)面板接縫、脫空、撓度變形監測：

大壩測縫計(含脫空計)觀測方法合適，頻次滿足規范要求。目前完好儀器測值正常，歷史過程線可靠，能真實反映所在部位接縫變形、脫空變形情況。綜合評價見表2。

表2 面板測縫計、脫空計綜合評價匯總表

4)大壩應力應變及溫度監測

大壩應變計、無應力計、鋼筋計、溫度計和土壓力計完好儀器歷史測值過程線可靠，實測精度總體較好，鋼筋計應力、土壓應力、混凝土自由體積變形及壩體混凝土應力及溫度運行狀態正常。綜合評價見表3。

表3 大壩應力、應變及溫度監測設施現場綜合評價結果匯總表

5)大壩滲流滲壓監測

壩基、趾板及過渡料滲壓計布置合理，滲壓計歷史測值過程線可靠，能反映相應部位的滲透壓力狀況；兩岸帷幕滲壓計布置位置合理，歷史測值過程線可靠，能反映兩岸帷幕后滲壓水位及兩岸壩后地下水位情況；兩岸帷幕及壩體量水堰運行正常，能反映相應部位的運行狀況。綜合評價見表4。

表4 大壩滲流滲壓監測設施現場綜合評價結果匯總表

3.2 灌區高大跨渡槽安全監測系統評價結果

灌區工程13座渡槽的監測儀器主要集中在變形監測、應力應變及溫度。目前各渡槽關鍵截面上仍有監測項目，仍能反映渡槽的工作狀態，13座渡槽監測系統能滿足渡槽安全監測的需要。各渡槽監測系統評價結論見表5。

表5 灌區高大跨渡槽監測設施現場綜合評價結果匯總表

4 結論及建議

4.1 評價結論

通過對黔中水利樞紐各個建筑物的各種儀器進行現場測試及檢查，結合歷史數據分析評價，得出以下幾點結論：

4.1.1 水源樞紐工程監測系統評價結論

1)水源工程布置的監測儀器主要集中在變形監測、面板結構受力監測和滲流監測項目中；在地下洞室(溢洪道、泄洪洞、放空洞)主要布置了圍巖變形監測、襯砌結構應力應變監測、襯砌混凝土與圍巖接縫變形監測和隧洞外水壓力監測的儀器；導流洞封堵的監測儀器主要為監測堵頭混凝土溫度、堵頭混凝土自生體積變形、堵頭混凝土與襯砌混凝土接觸變形和堵頭外水壓力等；邊坡布置的監測儀器主要為監測邊坡穩定及支護受力；就整個工程而言，監測系統設置合理、監測重點突出，總體上是全面、有效、實用的，能滿足大壩安全監測的需要。

2)本工程大壩監測儀器保存總體較為完好，當前儀器完好率為88.20%；放空洞、邊坡儀器完好率分別為81.82%、97.30%；溢洪道、泄洪洞、導流洞堵頭儀器完好率分別為25.00%、72.84%、74.29%。溢洪道儀器損壞率較高，這部分失效儀器在施工過程中最重要或最關鍵階段(溢洪道過水時段)已經充分發揮效用，有效觀測期間測值合理，目前規范要求的監測項目仍有對應的監測儀器。目前水源工程各工程部位監測項目基本全面，測點布置合理，監測系統完備性滿足規范要求，完好的儀器尚可以監控相應部位的工作性態。

3)大壩及邊坡表面沉降及表面水平位移觀測方法可行，實測精度及頻次基本滿足規范要求，測值基本能反映相應部位的變形規律。

4.1.2 灌區工程監測系統評價結論

1)灌區工程13座渡槽的監測儀器主要集中在變形監測、應力應變及溫度。就13座渡槽而言，監測系統設置合理、監測重點突出，總體上是全面、有效、實用的，能滿足渡槽安全監測的需要。

2)13座渡槽當前儀器完好率在67.39%-98.86%之間，目前灌區工程各渡槽監測項目基本全面，測點布置合理，監測系統完備性滿足規范要求，完好的儀器尚可以監控相應部位的工作性態。

3)現場檢查各渡槽變形監測設施完好，測點布置合理，觀測方法合適。

4.2 建議

1)根據《大壩安全監測儀器報廢標準》(SL621-2013)，對于本次評價為異常的儀器建議報廢。施工期結束后，溢洪道、泄洪洞、導流洞儀器失效較多，儀器完好率較低，尤其溢洪道儀器完好率僅為25%，與規范要求的不可更換儀器完好率高于80%相差較大，考慮洞室部分監測儀器是為了監測施工期圍巖穩定，故建議結合設計及儀器功能(是否屬于施工期臨時監測儀器)要求，對用于施工期的臨時監測儀器進行封存。

2)根據《水利水電工程安全監測設計規范》(SL725-2016)，渡槽的垂直位移是監測的必設項目，目前渡槽的垂直位移均使用人工幾何水準法觀測，不能滿足監測自動化及工程管理信息化要求，建議采用靜力水準系統代替人工觀測進行渡槽垂直位移觀測，以便實現自動化觀測。