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龍江水電站大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)綜述

文檔作者：韓琳，徐巖，任建欽文檔來源：中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月13日
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規(guī)劃設(shè)計(jì) 東北水利水電 2012年第l1期
[文章編號】1002一o624(2o12)11—0012—03
龍江水電站大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)綜述
韓琳，徐巖，任建欽
(中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130061)
[摘要]文章對混凝土雙曲拱壩研究的主要問題以及所采取的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)作了綜合論
述，并根據(jù)混凝土雙曲拱壩運(yùn)行條件闡述了原型監(jiān)測的目的和內(nèi)容。按變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、
應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測、地震反應(yīng)監(jiān)測、監(jiān)測自動化系統(tǒng)等，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)布置。
【關(guān)鍵詞]混凝土雙曲拱壩；安全監(jiān)測；龍江水電站
[中圖分類號】TV698 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B 。
1 工程概況
龍江水電站樞紐由混凝土雙曲拱壩、左岸引
水系統(tǒng)及地面式廠房組成，為大(1)型I等工程。
壩頂高程875．00 1TI，最大壩高110 m，壩頂中心線
弧長(包括溢流、重力墩壩段)472．00 m。
2 大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)
安全監(jiān)測設(shè)計(jì)主要監(jiān)測項(xiàng)目：變形監(jiān)測控制
網(wǎng)；變形監(jiān)測；滲流監(jiān)測；應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測；地
震反應(yīng)監(jiān)測；監(jiān)測自動化系統(tǒng)。
根據(jù)地質(zhì)條件、科研計(jì)算成果和壩體廊道布
置，選擇10號、14號和17號共3個壩段為重點(diǎn)監(jiān)
測壩段，6號、21號兩個壩段為輔助監(jiān)測壩段，形
成5個觀測基面；在平面上選擇769 m、795 m、
815 m、835 m 和855 m 拱圈，形成5個觀測截面，
構(gòu)成外部監(jiān)測5梁5拱、內(nèi)部監(jiān)測5拱5梁的監(jiān)
測體系。
2．1 變形監(jiān)測
2．1．1 大壩水平位移監(jiān)測
1)邊角交會法。根據(jù)龍江水電站樞紐大壩的
具體情況，利用平面監(jiān)測控制網(wǎng)中的控制點(diǎn)作為
壩體水平位移監(jiān)測的工作基點(diǎn)，用前方交會法觀
測。壩體表面變形測點(diǎn)主要布置在壩頂下游側(cè)及
下游壩后棧橋上，共計(jì)45個測點(diǎn)。
2)垂線。由于受壩體剖面形狀及結(jié)構(gòu)的限制，
在10號、14號、17號壩段3個壩段觀測基面設(shè)置
垂線，垂線均采用正、倒垂相結(jié)合的方式。3個壩段
· 12 ·
布設(shè)正垂線7條(12個測點(diǎn))，倒垂線3條(3個測
點(diǎn))，以此對壩體、壩基的水平位移及壩體撓度進(jìn)
行觀測。
3)谷幅測線長度、拱壩弦長變化監(jiān)測。利用大
壩監(jiān)測平面控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，在近拱壩弦線附近、
上下游壩肩上部巖體布置3條谷幅監(jiān)測線，監(jiān)測
大壩蓄水后上下游岸坡之間的相對變形，研究其
變化規(guī)律，分析壩肩穩(wěn)定性。
2．1．2 大壩垂直位移監(jiān)測
1)精密水準(zhǔn)測量。大壩的垂直位移在壩頂及
備層廊道內(nèi)分別設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。壩頂測點(diǎn)設(shè)在1～26號
壩段、基礎(chǔ)廊道測點(diǎn)設(shè)在12—15號壩段、803 rll高
程廊道測點(diǎn)設(shè)在9—18號壩段、842 m高程廊道測
點(diǎn)設(shè)在6—21號壩段，每個壩段分別設(shè)1個測點(diǎn)，
共設(shè)置測點(diǎn)56個。
2)高程傳遞。由于兩岸壩段基礎(chǔ)廊道坡度較
大，水準(zhǔn)通視困難：同時雙金屬標(biāo)需進(jìn)行校核，因
此通過高程傳遞將壩外水準(zhǔn)引入大壩廊道內(nèi)。通
過10號、14號、17號壩段的正垂線保護(hù)管，利用
銦鋼帶尺進(jìn)行高程傳遞，共布設(shè)9條銦鋼帶尺。
3)雙金屬標(biāo)。在10號、14號、17號壩段的基礎(chǔ)
廊道內(nèi)布設(shè)的倒垂管內(nèi)埋設(shè)雙金屬標(biāo)，雙金屬標(biāo)
在進(jìn)行基礎(chǔ)垂直位移監(jiān)測的同時，為基礎(chǔ)廊道內(nèi)
水準(zhǔn)觀測提供基準(zhǔn)。 一
2．1．3 傾斜監(jiān)測
傾斜監(jiān)測利用壩頂和壩體內(nèi)的橫向觀測廊
道，成對布設(shè)測點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀觀測測點(diǎn)的相對變
2012年第11期 東北水利水電 規(guī)劃設(shè)計(jì)
化，得到壩體傾斜位移量。在橫向觀測廊道沿上、
下游方向各設(shè)1個水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)，共布設(shè)18個測點(diǎn)。
2．1．4 壩體接縫和裂縫
測縫計(jì)的布置以13—14號壩段分縫為中心，
沿左、右岸方向隔縫布設(shè)，以河床壩段的橫縫為
主，共選擇7條橫縫，分4個高程布置3支單向埋
入式測縫計(jì)，即上、下游面及壩中各1支，總共60
支。
2．2 滲流監(jiān)測
2．2．1 揚(yáng)壓力
為了解大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力的變化，判斷大壩是
否有滑動、傾覆等危險(xiǎn)，并校核設(shè)計(jì)?？v向揚(yáng)壓力
選擇9個壩段各布設(shè)1個測點(diǎn)；橫向揚(yáng)壓力主要
布設(shè)在10號、14號、17號壩段3個壩段的觀測基
面內(nèi)，沿上下游方向分別布設(shè)3個測點(diǎn)，其中第一
個與縱向揚(yáng)壓力共用。
2．2．2 滲漏量
為觀測滲漏量，在排水廊道、803 m和842 m
高程廊道的排水溝內(nèi)分左、右區(qū)，共布置8個量水
堰。在基礎(chǔ)廊道集水井內(nèi)設(shè)置1臺集水井測量儀，
以量測總的漏水量。
2．2．3 繞壩滲流
在灌漿帷幕前后備設(shè)1孔，以了解灌漿帷幕
的效果，其它根據(jù)可能產(chǎn)生滲流的流線和梯度方
向布設(shè)滲流監(jiān)測孔，共計(jì)18個繞壩滲流監(jiān)測孔。
2．2．4 水質(zhì)分析
在壩區(qū)有代表性部位取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，
監(jiān)測壩體、壩基及岸坡水質(zhì)變化。分析滲漏水及析
出物的物理和化學(xué)性質(zhì)，了解滲透水及析出物來
源及其發(fā)展趨勢，綜合滲流和變形等成果，分析評
價(jià)壩體混凝土和防滲帷幕的溶蝕及其防滲效果，
為工程處理提供必要的信息。
2．3 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測
2。3．1 壩體應(yīng)力應(yīng)變觀測
壩體的應(yīng)力、應(yīng)變主要采用在壩體內(nèi)埋設(shè)混
凝土應(yīng)變計(jì)組的方法進(jìn)行觀測。應(yīng)變計(jì)組主要布
置在10號、14號、17號壩段3個觀測斷面內(nèi)，分
別為距建基面5 m或10 m(10號壩段高程為790
m、14號壩段高程為765 m 和17號壩段高程為
790 m)、803 m 高程和842 m高程；每個高程面上
布設(shè)2組，在距壩上、下游面2 m的部位，3個壩
段共計(jì)22組(154支應(yīng)變計(jì))。由于拱壩的應(yīng)力情
況較為復(fù)雜，在布設(shè)應(yīng)變計(jì)組時按空間應(yīng)力狀態(tài)
考慮，由7支應(yīng)變計(jì)組成七向應(yīng)變計(jì)組。為扣除應(yīng)
變計(jì)組觀測結(jié)果中混凝土的非應(yīng)力應(yīng)變，在每個
應(yīng)變計(jì)組旁邊各布設(shè)1支無應(yīng)力計(jì)，3個壩段共
22支。
2．3．2 壩體、庫水溫度觀測
壩體的溫度監(jiān)測主要采用在埋設(shè)溫度計(jì)的方
法觀測。溫度計(jì)主要布置在10號、14號、17號壩
段的不同高程處，主要設(shè)在距混凝土表面70 mlTl
和梁剖面中心線上。每個高程面上沿上、下游方向
分別布設(shè)3支。共計(jì)64支。
2．3．3 壩基巖體應(yīng)力應(yīng)變及變形觀測
拱壩在水庫蓄水后，大部分荷載將通過拱的
作用傳遞到兩岸壩肩山體上，兩岸壩肩山體將承
受較大的推力，同時在左岸壩肩有R01、R02、
R15、R16軟巖和F30斷層，右岸壩肩有R19、R20
軟巖和F8、F37、F42斷層，壩體基礎(chǔ)巖體的變形模
量偏低，因此需要對壩基的巖體加強(qiáng)監(jiān)測。
1)壩基應(yīng)力應(yīng)變觀測。根據(jù)工程的實(shí)際情況，
結(jié)合變形觀測布置，選擇拱冠14號壩段和10號
壩段為主要觀測梁向斷面，用滑動測微計(jì)觀測沿
鉆孔軸線方向不同深度基礎(chǔ)附近混凝土和巖體的
應(yīng)變分布。
2)壩基拱座巖體變位與拱推力觀測設(shè)計(jì)。為
觀測壩基拱座巖體變位與拱推力，選擇2個高程
拱圈與兩岸相交的拱座為主要觀測部位，分別布
設(shè)滑動測微計(jì)對巖體變位進(jìn)行觀測；布置壓應(yīng)力
計(jì)和滲壓計(jì)進(jìn)行拱推力觀測。
壓應(yīng)力計(jì)儀器方向沿拱座推力方向布設(shè)，每
個拱座沿上、下游方向各設(shè)1支，選擇4個拱座共
8支。
滑動測微計(jì)鉆孔方向一般垂直開挖面，具體
方向應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮，選擇3個拱座(6號、18
號、21號)各設(shè)1孔，同時各布置1套多點(diǎn)位移計(jì)，
用于觀測基巖變位并與滑動測微計(jì)互相校核。
滲壓計(jì)布置在基礎(chǔ)混凝土與巖石接縫處，每
個拱座沿上、下游方向各設(shè)1支，共布設(shè)6支。
為監(jiān)測大壩重力墩變形情況，在3號和24號
壩段各布設(shè)1個雙軸測斜孔，利用高邊坡已有的
滑動測斜儀進(jìn)行觀測。
· 13 ·
規(guī)劃設(shè)計(jì)
3)壩體混凝土與基巖接觸縫觀測設(shè)計(jì)。壩體
混凝土與基巖接觸縫的開度變化是評價(jià)壩體和巖
體整體作用的十分重要的觀測項(xiàng)目，因此在14
號、10號、17號壩段3個梁向斷面的壩基布置單
向測縫計(jì)和滲壓計(jì)進(jìn)行觀測。測縫計(jì)主要布置在
壩踵、壩趾，距壩面2．0 m處，每個斷面兩支，共6
支；滲壓計(jì)主要沿上下游方向布設(shè)，每個斷面3
支，其中帷幕前1支，壩中及距下游面3．0 m處各
1支，3個斷面共計(jì)9支。
2．4 地震反應(yīng)監(jiān)測
由于龍江水電站工程屬于地震高烈度區(qū)，地
區(qū)基本烈度為8度，樞紐大壩最大壩高110 m，為
1級建筑物，因此，需要設(shè)觀測臺對大壩進(jìn)行強(qiáng)震
觀測。
選擇最大壩高的14號壩段為基本觀測基面，
選擇基礎(chǔ)地質(zhì)條件較好的10號壩段和20號壩段
作為校核基面。
在14號壩段基礎(chǔ)廊道770 m高程、806 m高
程、842 nl高程和壩頂分別布置1個測點(diǎn)(4個)；
在10號壩段的基礎(chǔ)廊道、842 m高程和壩頂分別
布置1個測點(diǎn)(3個)作為校核點(diǎn)；在20號壩段
842 m高程和壩頂分別布置1個測點(diǎn)(2個)作為
校核點(diǎn)；同時在左、右壩肩、下游距壩趾500 m的
自由場測點(diǎn)，各設(shè)1個測點(diǎn)(3個)，共設(shè)12點(diǎn)。每
個測點(diǎn)安裝一套3向加速度傳感器和1套強(qiáng)震
儀，通過強(qiáng)震儀之間的組網(wǎng)進(jìn)行自動觀測地震動
力加速度變化的瞬間過程。
2．5 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)目前水電站運(yùn)行管理技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)
主要監(jiān)測項(xiàng)目的自動化觀測，高速、及時地提供大
壩變形資料，有利于大壩的安全監(jiān)控。
根據(jù)安全監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測儀器分布情況，監(jiān)
測自動化系統(tǒng)布設(shè)1個監(jiān)測中心站，1個強(qiáng)震觀測
站，13個DAU數(shù)據(jù)采集站。自動化監(jiān)測系統(tǒng)的
DAU數(shù)據(jù)采集站根據(jù)各觀測項(xiàng)目測點(diǎn)的分布情
況，共布置28臺DAU。
監(jiān)測中心站布設(shè)在永久辦公區(qū)。DAU數(shù)據(jù)采
集站與監(jiān)測中心站連接，接受監(jiān)測中心站控制?？?
慮到監(jiān)測中心站與數(shù)據(jù)采集站有一定的實(shí)際距
離，網(wǎng)絡(luò)的防雷問題十分重要，所以其連接采用的
方式有：在大壩內(nèi)部布置的DAU數(shù)據(jù)采集站采用
· 14 ·
1LS-ILS485總線進(jìn)行連接，并加信號防雷器；引水
發(fā)電洞及消能塘根據(jù)各DAU的分布情況，采用光
纖進(jìn)行連接。各DAU的供電就近取用，在進(jìn)入
DAU前加電源防雷器。防雷器的地線就近并入工
程接地網(wǎng)，如就近無工程接地網(wǎng)，需自建接地裝
置，所有接地的電阻小于4 Q。
數(shù)據(jù)采集站主要完成數(shù)據(jù)采集工作，可獨(dú)立
工作，可接受總站的控制命令。
監(jiān)測中心站主要完成對各數(shù)據(jù)采集站的管
理，保存觀測數(shù)據(jù)，分析觀測數(shù)據(jù)，管理觀測數(shù)據(jù)。
3 結(jié)語
安裝于大壩、廠房、近壩邊坡及其他相關(guān)建筑
物的各類監(jiān)測儀器自始測日至今均工作正常，且
各測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列的時間跨度較長，已有監(jiān)測
資料可較為準(zhǔn)確地反映各儀器安裝位置邊坡的真
實(shí)性態(tài)。
1)根據(jù)埋設(shè)于大壩內(nèi)部的監(jiān)測儀器成果分
析，各內(nèi)觀監(jiān)測儀器測值變幅較小，大壩安全性態(tài)
基本正常。
2)左岸繞壩滲流變化受庫水位變化與降雨的
綜合影響，右岸靠近庫區(qū)測值變化受庫水位與右
岸山體的共同作用，與左右岸近岸壩坡巖質(zhì)條件、
裂隙發(fā)育等地質(zhì)因素有關(guān)；揚(yáng)壓力孔觀測結(jié)果表
明，在主帷幕后揚(yáng)壓力孔測點(diǎn)水頭均不高，大壩運(yùn)
行期揚(yáng)壓力測點(diǎn)整體變化規(guī)律正常；大壩總滲漏
量超出已安裝量水堰最大量程，左右岸平洞內(nèi)滲
漏量相對較小。
3)消能塘總體工作性態(tài)正常，但個別測點(diǎn)接
縫開合度、滲透壓力較大。
4)大壩強(qiáng)震動安全監(jiān)測臺陣進(jìn)入正常運(yùn)行狀
態(tài)，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，可以有效監(jiān)測大壩及相關(guān)
附屬建筑物的地震響應(yīng)情況。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范，龍江水電站樞紐工程大壩安
全監(jiān)測資料分析結(jié)果表明，大壩主體及左右壩肩
整體穩(wěn)定，各建筑物運(yùn)行性態(tài)正常，滿足竣工驗(yàn)收
條件。
【收稿日期】2012-07-兒

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