豐滿大壩廠房加固安全監測系統觀測資料分析

李作光

（豐滿發電廠,吉林 吉林 132108）

豐滿發電廠是我國第一座大型水電站,一期廠房位于右岸,為壩后式廠房,20世紀80年代后,工程經多次改造和擴建,發電廠房進行了二、三期的擴建。2009年1月12日,一期廠房7號、8號機附近的2號、3號鋼屋架下弦桿出現無預兆斷裂破壞,個別腹桿發生斷裂及壓彎破壞。同時1～4號鋼屋架之間的垂直支撐由于屋架下沉造成個別桿件彎曲,情況十分危急。需對廠房排架以及排架柱結構進行監測,及時查明和預警廠房加固過程中及運行期間的安全隱患,分析預報廠房施工期和運行期安全。

1 安全監測項目

a.排架結構的應力應變監測

監測廠房排架結構中桿件的應力應變增量變化,了解排架的受力情況,為廠房安全運行監控提供依據。

b.廠房邊墻和排架立柱相對變形監測

監測廠房排架所在的上下游邊墻（上下游立柱）之間的相對位移量,分析廠房運行期的變形過程和整體穩定情況。

c.外包鋼加固后桿件的應力應變監測

監測廠房立柱加固后的應力應變狀態,及時分析加固后排架立柱的運行穩定情況。

d.廠房立柱傾斜角度監測

監測廠房排架立柱和邊墻的傾斜變形情況,分析廠房結構的安全穩定狀態。

e.錨索張拉力及應力監測

監測錨索的受力情況和應力松弛狀況,分析廠房結構的安全穩定狀態,及時調整和控制錨索的張拉力。

f.施工期收斂監測

廠房共有20個排架,其中有14個排架沒有進行安全監測,考慮廠房結構安全,需要在錨索施工張拉期間進行廠房邊墻變形監測,分析在錨索張拉期間廠房結構穩定情況。

2 監測系統

a.錨索應力監測

本次加固的主要方案是通過錨索來承受載荷,因此,準確及時掌握錨索的內力及其變化特征,可以推測廠房結構受力變化。

b.變形監測

結構變形是結構狀態改變最靈敏、最精確的反映,因此,對結構變形的監測能夠更準確地把握結構恒載內力狀態改變。另外,部分結構損傷也將導致變形情況的異常,通過對變形的監測也可識別出這些損傷。因此結構變形的監測對于內力狀態及損傷識別均有重要意義。

c.應力應變監測

結構應力是判斷結構安全最直接的指標,因此,對于應力異常變化應給予足夠重視,并結合環境、變形等其它監測結果來綜合判定結構狀態是否處于安全及可控的應變范圍。

d.傾斜監測

由于廠房上下游邊墻屬于高邊墻結構,在錨索張拉及施工運行期間,廠房排架立柱和邊墻的傾斜應給予高度重視,并結合變形及應力監測結果互相驗證,綜合判定結構狀態是否處于安全穩定狀態。

e.溫度監測

結構溫度對結構的應力和變形具有顯著的影響,是監測的重要內容。通過實時監測廠房內外的環境溫度、廠房各主要構件的溫度及溫度梯度等數據,為分析結構的受力和變形、分析結構狀態參數的相關性提供依據。

3 監測儀器布置

根據加固設計方案與廠房實際破壞情況,以及應急監測成果,監測一期廠房1～8號機之間的廠房結構安全,監測儀器布置在1號、3號、4號、11號、16號排架上,如圖1～圖3所示,共布置5個斷面進行監測。在廠房下列位置布置儀器。

a.排架的應變監測

在1～8號機組之間選擇5個排架,布置在1號、3號、4號、11號和16號排架上。在選擇的每個排架上布置12支應變計,以上游側的上弦桿和下弦桿為主,斜拉桿為輔,共計選擇5個排架進行監測,布置60支應變計。

b.廠房邊墻和排架立柱相對變形監測

在選擇的5個排架所在的監測斷面,每個監測斷面靠近排架下部布置1套振弦式收斂計,監測廠房邊墻和排架立柱運行期間的相對位移變化,共計布置5套振弦式收斂計。

c.外包鋼的應變監測

在工程排架所在的監測斷面,上下游立柱外包鋼外側布置2支應變計,共布置4支應變計。

d.錨索拉力監測

因原排架材質性能指標較低,材料呈脆性老化,考慮廠房排架安全,在廠房5個排架10束錨索布置40支鋼索測力計,共計40支鋼索測力計。

e.廠房立柱傾斜角度監測

在10號、14號排架所在的小立柱和大立柱上布置傾斜儀,小立柱上布置1支,大立柱上布置1支,每個斷面4支,共布置2個斷面8支傾斜儀。其中2號、3號、4號排架應急監測時已安裝傾斜儀,本次監測不再安裝。

f.溫度監測

在廠房3號排架上下游小立柱邊墻內外側各布置2個溫度計,共布置4個。

4 安全監測自動化

根據本工程規模和特點,自動化監測系統由監測儀器、數據采集裝置（MCU）、通信裝置、監測計算機及外部設備、數據采集軟件、信號及控制線路、通信光纜及電源線路等組成。

為便于集中管理,將自動化監測采集裝置（MCU）均就近布置在相應的排架附近,MCU采集信號無線傳輸到豐滿發電廠大壩監測中心,根據采集軟件所設置的傳輸方式傳輸至數據分析計算機,對監測數據進行實時整理、分析。

圖1 1號、3號排架測點布置圖

圖2 4號、11號排架測點布置圖

圖3 16號排架測點布置圖

5 觀測資料分析

5.1 錨索拉力監測資料分析

2009年10月18日～20日,由豐滿發電廠水檢工程處對所有錨索進行二次張拉,此后每周五進行1次觀測,觀測成果見表1。

二次張拉前,每根錨索力測值在15 kN左右,經過張拉后保持在22 kN左右。從表1數據可看出：

表1 錨索拉力監測成果表kN

a.16號桁架出現25 kN左右的均值,經分析由廠房內吊車停放的位置引起某桁架索力增大,屬于正常現象;

b.在本段觀測期內,各個桁架錨索力值變幅在6.490 51～7.535 55 kN變化,變化幅度不到1 t（10 kN）。

由此可見,從2009年10月到2010年4月這段時間的錨索力測值處于正常范圍內,錨索加固效果良好。

5.2 溫度監測資料分析

由于觀測數據無線傳輸調試的原因,溫度觀測從2010年4月7日才開始有觀測數據,觀測數據見表2。

由表2可看出,該段觀測時期室內外溫差最大為14.1℃,豐滿地區冬季的最低溫度在1月份,室外最低可達-32℃左右,室內外溫差最大值接近40℃,這將使廠房上下游側外墻體向外收縮,使廠房鋼屋架下弦桿產生最不利的拉力,所以每年冬季應特別關注廠房室內外溫度監測。

表2 溫度觀測成果表℃

表3 排架的應變監測及外包鋼的應變監測資料統計

5.3 排架應變監測及外包鋼應變監測資料分析

應變監測結果見表3。

由表3可看出：該觀測時段內的各排架應變值的最大值在46.3～69.7范圍內,最小值在40.6～55.5范圍內,變幅在5.68～24.9范圍內,沒有發生異常。

5.4 廠房邊墻和排架立柱相對變形監測資料分析

布置振弦式收斂計,用于錨索張拉時,監測廠房邊墻和排架立柱運行期間的相對位移變化,為臨時監測項目,從監測資料可看出：錨索張拉過程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對位移無異常變化。

5.5 廠房立柱傾斜角度監測資料分析

為應急監測時的項目,從監測資料可看出：錨索張拉過程中,廠房立柱傾斜角度無異常變化。

6 結論

通過對豐滿大壩一期廠房加固安全監測自動化系統2009年10月～2010年4月的觀測資料進行分析,可得出如下結論。

a.錨索力測值處于正常范圍內,錨索加固效果良好。

b.豐滿大壩一期廠房的室內外溫差最大值接近40℃,使廠房鋼屋架下弦桿產生最不利的拉力,每年冬季應特別關注廠房室內外溫度監測。

c.排架的應變及外包鋼的應變觀測值沒有發生異常的變化。

d.錨索張拉過程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對位移無異常變化。

e.錨索張拉過程中,廠房立柱傾斜角度無異常變化。

李作光（1966—）,碩士,高級工程師,長期從事大壩安全監測工作。