固定式傾斜計(jì)在蘇丹麥羅維水電站大壩面板撓度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

帥永建

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 科研設(shè)計(jì)院,四川 成都 611730)

1 概 述

蘇丹麥洛維大壩工程位于尼羅河中下游地區(qū)的蘇丹北部麥羅維市附近。

該工程以發(fā)電為主,兼顧灌溉和防洪,最大壩高 82m,大壩總長(zhǎng) 9789 m,總裝機(jī)容量為 1250 MW。麥洛維大壩工程由 2A、2B、2C三部分組成,其中:左岸建筑物由土石壩、灌溉渠首工程、混凝土面板堆石壩組成(2A);電站廠房和附屬建筑物由溢流壩段、非溢流壩段、電站廠房組成(2B);左岸建筑物由粘土心墻壩、面板堆石壩、灌溉渠首工程組成(2C)。

麥洛維水電站于 2003年 9月 20日開(kāi)工,2004年 10月大江一期截流,2009年 3月底首臺(tái)機(jī)組發(fā)電,2010年底工程將全部竣工發(fā)電。

2 面板撓度監(jiān)測(cè)布置

整個(gè)工程面板壩總長(zhǎng)度約為6700m,混凝土面板面積約 20萬(wàn) m2。設(shè)計(jì)分別在左右岸面板壩布置了 4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,采用固定式傾斜計(jì)監(jiān)測(cè)面板撓度變形。

在右岸面板壩布置了兩個(gè)撓度監(jiān)測(cè)斷面,分別在 4+610,4+716、從高程 258 m至壩頂高程295m。在左岸面板壩同樣布置了兩個(gè)撓度監(jiān)測(cè)斷面,分別在 6+309,6+445、從高程 263 m至壩頂高程 295m。每個(gè)斷面布置了 4支固定式傾斜計(jì)。其典型布置斷面見(jiàn)圖 1。

3 固定式傾斜計(jì)的工作原理

圖1 傾斜計(jì)典型布置斷面圖

固定式傾斜計(jì)的工作原理是測(cè)量?jī)x器內(nèi)部?jī)蓚€(gè)球形面間電解液的電阻變化,從而測(cè)出傾角變化,通過(guò)二次儀器精確測(cè)出并以電壓信號(hào)輸出。

該工程進(jìn)行設(shè)備選型時(shí),分別考慮了美國(guó)AGI公司的 802DeepWater型、加拿大 RST公司的ELS潛水單軸傾斜計(jì)(型號(hào):IC6603),在綜合其性價(jià)比后,最終決定采用加拿大 RST產(chǎn)品。

圖2 電解式傾斜計(jì)示意圖

RST公司(ELS)電解式傳感器可用于測(cè)量建筑物的微小運(yùn)動(dòng)。如圖 2所示,電解式傾斜計(jì)可用于監(jiān)測(cè)水下建筑物的傾斜,其由電子傾斜傳感器和一個(gè)堅(jiān)硬的不銹鋼防水外殼組成。結(jié)實(shí)的安裝盤為現(xiàn)場(chǎng)安裝提供了方便,確保了儀器不被損壞。傾斜傳感器輸出電壓,并可被讀數(shù)儀采集或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遙測(cè)。

該產(chǎn)品可在水下高壓力下工作,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,安裝可靠。安裝盤用于水下安裝調(diào)平,并能提供水下安裝所需要的強(qiáng)度、剛度以及高分辨率。

4 面板撓度分析

由于蓄水后的面板撓度變形過(guò)程線呈高度一致性,因此,筆者在分析時(shí),主要以右岸 4+610斷面和 4+716斷面的傾斜計(jì)變化情況作進(jìn)一步分析。面板壩撓度典型過(guò)程線見(jiàn)圖 3～4,面板變形分布情況見(jiàn)圖 5,向下游面為正,向上游面為負(fù)。

在水庫(kù)尚未蓄水、面板混凝土澆筑尚未完工前,整體面板壩的變形量均較小。水庫(kù)蓄水分兩期進(jìn)行,第一期從 2008年 4月 15日～2008年 7月 15日,蓄水高程從 259～270m;第二期蓄水從2008年 7月 15日～2008年 12月 15日基本結(jié)束,蓄水高程從 270～299.5m;面板受水壓力的作用,兩個(gè)撓度監(jiān)測(cè)斷面各測(cè)點(diǎn)變化類似:

(1)埋設(shè)在最底部的 TM 1傾斜計(jì)在第一期蓄水期基本上沒(méi)有變化,分析其原因主要是其距離趾板最近,而且根據(jù)設(shè)計(jì)要求趾板部位進(jìn)行了二期回填,受趾板和回填料的雙向約束,因此變化微弱;二期蓄水后,其逐漸呈現(xiàn)向下游變化的趨勢(shì),但數(shù)值仍較小,蓄水到頂后,基本不再變化;

(2)埋設(shè)在高程 268 m處的 TM 2傾斜計(jì)在第一期蓄水期向上游變化,一期蓄水高程 270 m也正在達(dá)到儀器安裝高程 268m,這時(shí)的 TM 3,TM4基本沒(méi)有變化;第二期蓄水開(kāi)始后,該測(cè)點(diǎn)由于受上部水壓導(dǎo)致面板整體變形,該測(cè)點(diǎn)呈向上游變化的規(guī)律,與庫(kù)水位線性相關(guān)性明顯;

(3)埋設(shè)在高程 282 m處的 TM 3傾斜計(jì)在一期蓄水時(shí)變化較小,呈向下游的微小變化;二期蓄水后,特別是從高程 270～285 m測(cè)點(diǎn)加速向上游面變化,高程 285 m以上蓄水時(shí),變化較小。

(4)埋設(shè)在高程 295 m處的 TM 4傾斜計(jì)在一期蓄水時(shí)變化較小,呈向下游的微小變化,二期蓄水后,從高程 270～285m,測(cè)點(diǎn)變化也較小,其變形主要在高程 285m以上蓄水期,則變化和庫(kù)水位呈反方向變化,最大變形量約為 40.5mm(上游方向)。

5 結(jié) 語(yǔ)

圖3 面板壩撓度過(guò)程線示意圖

圖4 面板壩撓度過(guò)程線示意圖

圖5 面板變形分布情況示意圖

(1)固定式傾斜計(jì)用于大壩面板表面傾斜量測(cè),總體反映了面板的變形規(guī)律和特點(diǎn),儀器安裝簡(jiǎn)便,可在面板形成后再進(jìn)行安裝,因此不受土建施工干擾;儀器在蓄水前后運(yùn)行穩(wěn)定,測(cè)值合理,整體大壩變形較小。

(2)各測(cè)點(diǎn)的儀器在蓄水期間準(zhǔn)確的反映了庫(kù)水位升高時(shí)對(duì)面板變形的影響規(guī)律,儀器反映靈敏,準(zhǔn)確度高(圖 5),水庫(kù)蓄水前,壩頂變形較小,最大約 8.3mm(向上游面,RD18斷面);蓄水后,受庫(kù)水位,特別是尼羅河泥沙淤積壩前的影響,壩頂普遍向上游變形,最大變形量為 40.5mm,符合變形預(yù)期。

(3)國(guó)內(nèi)面板壩一般設(shè)計(jì)為埋設(shè)在面板內(nèi)(或底部)的滑動(dòng)式測(cè)斜計(jì)和電平計(jì),這些儀器受施工干擾大,一旦損壞即無(wú)法修復(fù)和更換,而固定式傾斜計(jì)用于面板表面安裝,若有損壞,則可利用水庫(kù)放空檢修期進(jìn)行維護(hù)和更換,更適用于長(zhǎng)期的水庫(kù)面板傾斜監(jiān)測(cè)。

(4)需要注意的是:蘇丹麥羅維工程面板壩高度較小,若將固定傾斜計(jì)用于高壩的面板壩表面安裝,筆者認(rèn)為需要做專門的論證,以解決電纜的牽引和保護(hù)問(wèn)題。