葠窝水库大坝安全监测系统改造探析.pdf

2 0 1 5年第 8期 ( 第 4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n cy No 8 2 O1 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 5 ) 0 80 1 0 8 0 3 硬 窝水库大坝 安全 监测 系统 改造探析 孙延芬 ( 辽宁省莅窝水库管理局， 辽宁 辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要： 覆窝水库大坝设计以大坝安全监测为骨干， 以当代先进 、 应用成熟的监测设备及信息 技术为支撑 ， 以确保水库防洪安全和高效运行为目的， 对在役资源整合， 对报废部分论证改建 ， 对陈久 、 陈旧资源升级， 对局部缺失且必要的部分做增补建设 ， 通过强化非工程措施， 以自动化 的高效信息模式 ， 辅以人工巡视和巡查检验； 在集中巡测过程中， 重视单项校验； 由基于数据库 的软件体系、 多任务操作系统和在线监测、 离线分析、 异地备份的技术手段， 建成确保水库大坝 安全与高效运行的国内先进系统。 关键词： 监测 ； 系统改造； 大坝； 蔓 窝水库 中图分类号 ： T V 6 9 8 1 文献标识码 ： B l 监测 系统概况 蔑窝水库大坝安全监测系统 ( 即原原型观测 ) 随 筑坝工程始建于 1 9 7 2年， 包括位移、 渗流 、 内观等几 个相对简易的人工观测项 目， 1 9 8 9年 随( 第一次 ) 除 险加 固工程建设改造成了 自动化系统 ， 成 为国 内水 利系统最早实施混凝土重力坝安全监测 自动化 的大 坝之一 。 在 2 0 0 3年第二次 除险加 固中安装 了坝 顶真空 激光准直 自动监测设备 。 目前 ， 稷窝水 库大坝安全 监测系统的真空激光准直系统 已运行1 0 a ， 其他 自动 监测系统及 内观 系统业 已失效 ， 仅有部 分外观 由人 工维持观测 ， 亦亟待改造【 1 1 。 2 控制 网加 固改造 控制网加固改造 的主要任务是对原 网加 固、 补 点和 固形 。总工 程量 为： 加 固 5点 ， 增 补永 久点 4 个 ， 过渡点 1 7 0个 ， 做引校测 。加 固的 5个现状 点位 于南沙( 原点 ) 、 山门、 警卫楼 、 北 山下 下 、 北 山下上 ( 空压 ) 。拟补的 4个永久点位于南沙桥西 、 南沙桥 东 、 南北沙大桥南 、 南北沙大桥北。拟补过渡点 1 7 0 个， 位于坝外 1 4 0个， 坝内 3 O个。引校测 自南沙原 点经各廊道门至坝 内形成环线 ， 经过渡点至基 点和 双标点。提供对坝体水平位移、 垂直位移和坝后冲 刷坑测控基准 。与拟建廊 道 内起 测基点 、 引测点 和 双金属标 点 ( 灌浆廊 道 8 和 2 2 ) 共 同组成 稳 固的 网形。 原来的大坝安全监测系统建设于特殊时期， 改 造后又过分的依靠 自动化 ， 没有在坝 区的周 围构成 足够的人工观测 网， 这给用人工 比测 和在 自动化系 统暂时停止工作时由人工替代的可能性带来极大 的 困难。 建库初期虽然建 了控制 网， 但 由于当时的 网主 要侧重于建坝 ， 加上莅 窝地 区近年来南沙 和北沙地 区城镇化建设迅猛发展对覆窝地 区环境 的影 响 ， 周 边快速增长的建筑群及上坝公路 经过 的火车头山常 有巨大滚石等对网形 的影 响， 需要对原网进行改造 和强化 ， 构成完整的监测系统 J 。 控制网为永久监测 网， 分为大坝水平变位控制 网和垂直变位 控制网两部分 ， 变形控制 网设计 的主 要任务是补点 、 维护和复测 J 。在 坝址 下游2 7 k m 外的南沙土坎 处的最原始 、 最重要 的基点被周 围的 建筑群和商业网点包围和遮挡， 需要进行维护， 并为 了观测的准确性和系统长期 运行的稳定性 ， 需要 把 原来 的普通点改为双金属标点 ， 并实施加 固和保护 ， 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 2 8 作者简介 孙延芬( 1 9 6 8一) ， 女 ， 辽宁辽 阳人 ， 工程师， 从事水利工程管理研 究。 - 1 08 - 孙延芬： 莅窝水库大坝安全监测系统改造探析 第 8期 使各新老网点构成完整的工程控制网。 水平位移控制 网按现 有网形和通视条件 ， 补建 大坝下游控制点 ， 选取 4个拟建在稳定基础上 的永 久监测点 ， 即南沙桥西点 、 南沙桥东点、 南北沙 大桥 南点和桥北点 ， 与原有各 点组成监测 网。该 网的主 要作用是保证各监测点相对稳定， 以便对变形监测 点数据处理时有充分的变形分析依据。该 网用常规 的大地 测量 方法 来监 测 ， 组 网原 则 为各 测 点相 互 通 视 。 即根据地形、 网形及仪器特点， 由于控制网范围 较大 ， 总监测点较多 ， 需要补建部分控制点。在坝下 桥两端各建一补充基点， 其中B J D 2位于左岸， 建在 火车头山下至老油库变电站之间选点； B J D 3建在北 沙机械厂外； B J D 4建在电厂警卫室外， 与其它点配 合对冲刷坑的校测控制 ； B J D 1建 在老水文站外 ， 用 于对水尺校测。同时， 这些点的共同作用是为了有 效控制 稷 窝 大 坝 的 网形 。需 要 复 测 B J D 1 、 B J D 2 、 B J D 3 、 B J D 4与原控制点组成的控制 网。由补建点形 成通视条件， 并为过渡点， 起到传递作用， 便于作廊 道 内的沉陷监 测和坝下冲刷 坑监测 ， 并能兼顾 网形 的稳定性 。设计保证每一个设站点至少有一个定 向点便于定向。 垂直位移控制 网依据莅窝水库改造后 网的控制 来完成对工程的控制， 采用的仪器为数字电子水准 仪和全站仪。 补过渡点 1 7 0个。其中： 坝外 1 4 0个， 坝内 3 O 个。对全部测点和网形进行引测和校测。同时提供 对坝后冲刷坑的测控基准 。 3 坝顶真空激光准直系统改造 坝顶真空激光准直系统建于2 0 0 3 年， 目前已运 行1 0 a ， 经 2 0 1 3年 1月 3 0日辽宁省莅窝水库大坝安 全鉴 定 会 结 论 ， “ 复 核 坝 顶 设 计 高 程 1 0 5 2 8 m。 ( 1 0 4 9 9 m) 。需将现状1 0 3 5 m高程激光线上移 ， 系 统重建。 设计激光轴线长5 6 6 m， 测点 3 1个 ， 两岸洞子进 深均为1 7 m。 4监测系统改造 4 1 坝基位移监测系统改造 监测区位于基础灌浆廊道 7 一 2 2 坝段， 高程 5 4 7 0 0 m， 坝段 1 6个。拆 除旧引张线 系统 ， 在原建 筑结构基础上改造 。从真空激光准直或双 向引张线 2 方案中选定其一， 改造成自动化监测系统。 莅窝水库灌 浆廊道潮湿沥水 的环境 ， 采用真 空 激光准直方案 ， 系统维护量小 ， 与坝顶真空激光共 同 应用 ， 便于技术人员掌握。 建议采用真空激光准直方案。 4 2 挠度监测改造 拆除 4 和 2 2 倒垂 ， 扫孔检测 ， 更新设备。7 和 2 3 需详细检测以确定是否更换 ， 因此 ， 在可研 阶段 ， 按全部更新 4条倒垂考虑 ， 包括 9个测点。该 4条倒 垂所在处均有淋水， 因此要做防淋设计， 改造垂线所 在 的竖井 ， 安装防护门等 。 4 3 坝基础变位监测改造 现状在 2条廊道布有基岩变位计， 分别是 5 廊 道 6处 ， 2 3 廊道 4处 ， 共 1 0处基岩多点变位计 。均 已报废。 改造方案 ： 拆除 1 0套 旧设备 ， 选 4处改造 ， 即 5 廊道 2处 、 2 3 廊道 2处。扫孔清理 ， 更新多点基岩变 位计， 其余封盖孔口保护留存。 4 4 裂缝监测改造 拆除 4 、 5 、 6 、 1 7 和 2 3 坝段报废 的 2 5支裂缝 监测设备 ， 做裂缝评价 ， 测区处理 ， 安装新设备 。 选定 的裂缝监测区 5 0处 ( 含裂缝和接缝 ) 。包 括坝体常态表面重点裂缝 ， 水平贯穿缝 ( 1 8 2 2 坝 段) 其上、 下游对等监测位， 接缝监测。对裂缝重新 核定后纳入监测 网络， 实施 网络远程 自动监测。对 于水平贯穿裂缝因其上游常年位于水下， 布设测缝 仪器时需要做特殊处理 j 。 4 5 倾斜监测改造 新建倾斜 监测 3处 ， 选定 在 5 、 1 1 和 1 7 坝段 1 0 5 2 8高程 ， 安放弦式遥测倾斜仪 ， 实施网络远程 自 动监测。坝顶沉陷测点保 留， 由数字 电子水 准仪辅 助校 测 。 4 6 位移沉陷校测改造 坝面抬高 后 ， 新建人工校测 系统。坝顶建设 沉 陷点 6 2处 ( 3 12 ) ， 兼做倾斜。水平点 3 1个 ， 由电 子水准和全站仪施测。 4 7 坝基扬压力监测 共有 3 9个监 测点 ， 基 中有压 3 4个 ， 无压 5个。 现状测压孔经过近 4 0年运行 ， 有必要清孔 。工程 内 容包括扫孔 、 拆除旧设备 、 孔 口改造 、 安装新设备 。 4 8 坝基坝体渗流监测改造 主要工程量有扫孔 ， 孔 口改造 ， 排水沟清理及维 一 1 0 9 2 0 1 5年第 8期 ( 第4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j ia n g S cie n ce a n d T e ch n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n cy No 8 2 0 1 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 护 ， 堰区改造 ， 设备安装 。总数量为泄流孔 3 0 6个 ， 堰 区4个 ， 排水沟清理及维护1 0 0 0 m。包括坝基泄 压孔 2 4 0个 。坝体泄压孔 5 0个 。局部泄压孑 L l 6个。 堰区 4个 。 4 9 集水井监测改造 集水井 4个 ， 进 行井 池清理 ， 安 装 自控设 备 4 套 ， 引水箱 4个。 4 1 0 绕坝渗流监测改建 共 2 0个孔 ， 其 中左岸 1 0个 ， 右岸 l 0个。主要工 程为扫孔 ， 孔 口改造 ， 安装设备， 有线 自动监测。 4 1 1 内观系统改造 共有 2 0 5个测 点 ， 差 阻式仪器 ， 包括 应力 、 应变 及温度测点。经过 4 0年的运行 ， 内部温度场 已经稳 定， 其他场也基本稳定， 设备也基本失效。改造过程 将全部设备检测分类后接入集线箱备查备用。 这些仪器主要分布在 l 5 和 2 3 坝段 中面 ， 包括 温度计 、 应变计 、 钢筋计 、 渗压计 、 测缝计。原 2 1支 差阻式水温计 ， 分布在 1 5 坝段 7支 、 2 3 坝段 1 4支。 原7支钢筋计， 分布于 1 6 坝段 ， 监测底孔的顶拱和 底板钢筋应力状态。原3 套 1 组2 支钢筋计， 分布在 1 5 、 1 6 、 l 8 闸墩饺座受力筋上， 监测铰座应力状态。 原测点 4 2 个( 5 、 l 5 、 2 3 坝段) ， 报废 l 9 个封存， 余 2 3个 。 4 1 2 应力 、 应变监测 配合坝体整体结构 的改造 ， 新建应力 、 应变监测 系统， 实施应力、 应变及温度监测。布置4个横向监 测剖面， 滚水坝 2个， 左侧挡水坝 2 个( 其中 1 个位 于电厂后) 。沿坝高 间隔5 m布置 1个水平监测 截面。 其中： 1 ) 挡水坝段 ： 下游坝坡贴混凝土后 ， 需要做新老 混凝土之间的变形监测 、 应力观测 。布置 2个监测 断面 ， 其 中 1个 位于电厂后 ， 每个 断面竖 向布置 1 0 个水平监测截面， 每个截面布置测缝计 1个 、 坝基压 应力计 1 个 ， 5向应变计组 3个 ， 无应力计 3个 ， 2向 应变计 7组。 2 ) 溢流坝段 ： 堰面加高2 i n ， 新老坝体之间变形 一 l l 0 一 监测 、 应力监测。布置 2个横 向监测断面 ， 每个断面 竖向布置 4个水平监测截面 ， 每个截面布置测缝计 1 个、 沿溢流面每个监测断面布置 3个压应力计， 5向 应变计组 1 个 ， 无应力计 1 个 ， 2向应变计 3组。 闸门开启时 ， 在牛腿受力范 围内， 新老混凝土结 合部位( 闸墩处 ) 应力观测。布置 2孔 闸门， 即 4个 受力区。每 区布置 1 个 7向应变计组 ， 3个钢筋计。 3 ) 上游坝面贴沥青混凝土， 此处的温度应力 ， 变 形等监测。沿前述 4条监测断面布置 面板 温度计 ， 设置 l 0个水平监测截面， 间隔5 m， 共 4 0点。每点 布置 1 组两向应变计和测缝计 。 5 结论 萑窝水库信息化系统改造工程是经多方面对原 监测手段和废遗系统 的全面论证 ， 应用现代技术 与 工程手段 ， 侧重建设 以大坝挡水建筑物 、 岸坡 、 滚水 坝段、 重要断层区域安全监测为主体 ， 不忽视相关水 工要素； 以外部监测 为主， 内部监测为辅 ； 以 自动化 监测为主， 辅以人工巡视和巡查检验； 在集中巡测过 程中， 重视单项校验分析； 基于数据库的软件体系， 多任务操作系统在线监测、 实时采集存储 、 传输入 库 、 离线分析的大坝安全监测系统 。 最终实现设计先进 、 经济合理 、 性 能稳定 、 维护 方便 、 功能实用的目标 ， 达到国内同类 大坝安全监测 同期建设的先进水平。 参考文献 ： 1 张进平 大坝安全监测资料分析方法及信息处理技术的 若干进展 J