龍江水電站大壩安全監測設計綜述

韓 琳，徐 巖，任建欽

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130061）

1 工程概況

龍江水電站樞紐由混凝土雙曲拱壩、左岸引水系統及地面式廠房組成，為大（1）型Ⅰ等工程。壩頂高程875.00 m，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 大壩安全監測設計

安全監測設計主要監測項目：變形監測控制網；變形監測；滲流監測；應力應變及溫度監測；地震反應監測；監測自動化系統。

根據地質條件、科研計算成果和壩體廊道布置，選擇10號、14號和17號共3個壩段為重點監測壩段，6號、21號兩個壩段為輔助監測壩段，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，構成外部監測5梁5拱、內部監測5拱5梁的監測體系。

2.1 變形監測

2.1.1 大壩水平位移監測

1）邊角交會法。根據龍江水電站樞紐大壩的具體情況，利用平面監測控制網中的控制點作為壩體水平位移監測的工作基點，用前方交會法觀測。壩體表面變形測點主要布置在壩頂下游側及下游壩后棧橋上，共計45個測點。

2）垂線。由于受壩體剖面形狀及結構的限制，在10號、14號、17號壩段3個壩段觀測基面設置垂線，垂線均采用正、倒垂相結合的方式。3個壩段布設正垂線7條（12個測點），倒垂線3條（3個測點），以此對壩體、壩基的水平位移及壩體撓度進行觀測。

3）谷幅測線長度、拱壩弦長變化監測。利用大壩監測平面控制網的基準點，在近拱壩弦線附近、上下游壩肩上部巖體布置3條谷幅監測線，監測大壩蓄水后上下游岸坡之間的相對變形，研究其變化規律，分析壩肩穩定性。

2.1.2 大壩垂直位移監測

1）精密水準測量。大壩的垂直位移在壩頂及各層廊道內分別設水準點。壩頂測點設在1～26號壩段、基礎廊道測點設在12—15號壩段、803 m高程廊道測點設在9—18號壩段、842 m高程廊道測點設在6—21號壩段，每個壩段分別設1個測點，共設置測點56個。

2）高程傳遞。由于兩岸壩段基礎廊道坡度較大，水準通視困難；同時雙金屬標需進行校核，因此通過高程傳遞將壩外水準引入大壩廊道內。通過10號、14號、17號壩段的正垂線保護管，利用銦鋼帶尺進行高程傳遞,共布設9條銦鋼帶尺。

3）雙金屬標。在10號、14號、17號壩段的基礎廊道內布設的倒垂管內埋設雙金屬標，雙金屬標在進行基礎垂直位移監測的同時，為基礎廊道內水準觀測提供基準。

2.1.3 傾斜監測

傾斜監測利用壩頂和壩體內的橫向觀測廊道，成對布設測點，利用水準儀觀測測點的相對變化，得到壩體傾斜位移量。在橫向觀測廊道沿上、下游方向各設1個水準標點，共布設18個測點。

2.1.4 壩體接縫和裂縫

測縫計的布置以13—14號壩段分縫為中心，沿左、右岸方向隔縫布設，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，即上、下游面及壩中各1支，總共60支。

2.2 滲流監測

2.2.1 揚壓力

為了解大壩基礎揚壓力的變化，判斷大壩是否有滑動、傾覆等危險，并校核設計。縱向揚壓力選擇9個壩段各布設1個測點；橫向揚壓力主要布設在10號、14號、17號壩段3個壩段的觀測基面內，沿上下游方向分別布設3個測點，其中第一個與縱向揚壓力共用。

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分左、右區，共布置8個量水堰。在基礎廊道集水井內設置1臺集水井測量儀，以量測總的漏水量。

2.2.3 繞壩滲流

在灌漿帷幕前后各設1孔，以了解灌漿帷幕的效果，其它根據可能產生滲流的流線和梯度方向布設滲流監測孔，共計18個繞壩滲流監測孔。

2.2.4 水質分析

在壩區有代表性部位取水樣進行水質分析，監測壩體、壩基及岸坡水質變化。分析滲漏水及析出物的物理和化學性質，了解滲透水及析出物來源及其發展趨勢，綜合滲流和變形等成果，分析評價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 應力、應變及溫度監測

2.3.1 壩體應力應變觀測

壩體的應力、應變主要采用在壩體內埋設混凝土應變計組的方法進行觀測。應變計組主要布置在10號、14號、17號壩段3個觀測斷面內，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2組，在距壩上、下游面2 m的部位，3個壩段共計22組（154支應變計）。由于拱壩的應力情況較為復雜，在布設應變計組時按空間應力狀態考慮，由7支應變計組成七向應變計組。為扣除應變計組觀測結果中混凝土的非應力應變，在每個應變計組旁邊各布設1支無應力計，3個壩段共22支。

2.3.2 壩體、庫水溫度觀測

壩體的溫度監測主要采用在埋設溫度計的方法觀測。溫度計主要布置在10號、14號、17號壩段的不同高程處，主要設在距混凝土表面70 mm和梁剖面中心線上。每個高程面上沿上、下游方向分別布設3支。共計64支。

2.3.3 壩基巖體應力應變及變形觀測

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，壩體基礎巖體的變形模量偏低，因此需要對壩基的巖體加強監測。

1）壩基應力應變觀測。根據工程的實際情況，結合變形觀測布置，選擇拱冠14號壩段和10號壩段為主要觀測梁向斷面，用滑動測微計觀測沿鉆孔軸線方向不同深度基礎附近混凝土和巖體的應變分布。

2）壩基拱座巖體變位與拱推力觀測設計。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，分別布設滑動測微計對巖體變位進行觀測；布置壓應力計和滲壓計進行拱推力觀測。

壓應力計儀器方向沿拱座推力方向布設，每個拱座沿上、下游方向各設1支，選擇4個拱座共8支。

滑動測微計鉆孔方向一般垂直開挖面，具體方向應根據實際情況考慮，選擇3個拱座（6號、18號、21號）各設1孔，同時各布置1套多點位移計，用于觀測基巖變位并與滑動測微計互相校核。

滲壓計布置在基礎混凝土與巖石接縫處，每個拱座沿上、下游方向各設1支，共布設6支。

為監測大壩重力墩變形情況，在3號和24號壩段各布設1個雙軸測斜孔，利用高邊坡已有的滑動測斜儀進行觀測。

3）壩體混凝土與基巖接觸縫觀測設計。壩體混凝土與基巖接觸縫的開度變化是評價壩體和巖體整體作用的十分重要的觀測項目，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和滲壓計進行觀測。測縫計主要布置在壩踵、壩趾，距壩面2.0 m處，每個斷面兩支，共6支；滲壓計主要沿上下游方向布設，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9支。

2.4 地震反應監測

由于龍江水電站工程屬于地震高烈度區，地區基本烈度為8度，樞紐大壩最大壩高110 m，為1級建筑物，因此，需要設觀測臺對大壩進行強震觀測。

選擇最大壩高的14號壩段為基本觀測基面，選擇基礎地質條件較好的10號壩段和20號壩段作為校核基面。

在14號壩段基礎廊道770 m高程、806 m高程、842 m高程和壩頂分別布置1個測點（4個）；在10號壩段的基礎廊道、842 m高程和壩頂分別布置1個測點（3個）作為校核點；在20號壩段842 m高程和壩頂分別布置1個測點（2個）作為校核點；同時在左、右壩肩、下游距壩趾500 m的自由場測點，各設1個測點（3個），共設12點。每個測點安裝一套3向加速度傳感器和1套強震儀，通過強震儀之間的組網進行自動觀測地震動力加速度變化的瞬間過程。

2.5 安全監測自動化系統的設計

根據目前水電站運行管理技術的發展，實現主要監測項目的自動化觀測，高速、及時地提供大壩變形資料，有利于大壩的安全監控。

根據安全監測系統中監測儀器分布情況，監測自動化系統布設1個監測中心站，1個強震觀測站，13個DAU數據采集站。自動化監測系統的DAU數據采集站根據各觀測項目測點的分布情況，共布置28臺DAU。

監測中心站布設在永久辦公區。DAU數據采集站與監測中心站連接，接受監測中心站控制。考慮到監測中心站與數據采集站有一定的實際距離，網絡的防雷問題十分重要，所以其連接采用的方式有：在大壩內部布置的DAU數據采集站采用RS—RS485總線進行連接，并加信號防雷器；引水發電洞及消能塘根據各DAU的分布情況，采用光纖進行連接。各DAU的供電就近取用，在進入DAU前加電源防雷器。防雷器的地線就近并入工程接地網，如就近無工程接地網，需自建接地裝置，所有接地的電阻小于4 Ω。

數據采集站主要完成數據采集工作，可獨立工作，可接受總站的控制命令。

監測中心站主要完成對各數據采集站的管理，保存觀測數據，分析觀測數據，管理觀測數據。

3 結語

安裝于大壩、廠房、近壩邊坡及其他相關建筑物的各類監測儀器自始測日至今均工作正常，且各測點監測數據序列的時間跨度較長，已有監測資料可較為準確地反映各儀器安裝位置邊坡的真實性態。

1）根據埋設于大壩內部的監測儀器成果分析，各內觀監測儀器測值變幅較小，大壩安全性態基本正常。

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條件、裂隙發育等地質因素有關；揚壓力孔觀測結果表明，在主帷幕后揚壓力孔測點水頭均不高，大壩運行期揚壓力測點整體變化規律正常；大壩總滲漏量超出已安裝量水堰最大量程，左右岸平洞內滲漏量相對較小。

3）消能塘總體工作性態正常，但個別測點接縫開合度、滲透壓力較大。

4）大壩強震動安全監測臺陣進入正常運行狀態，滿足規范設計要求，可以有效監測大壩及相關附屬建筑物的地震響應情況。

根據相關規范，龍江水電站樞紐工程大壩安全監測資料分析結果表明，大壩主體及左右壩肩整體穩定，各建筑物運行性態正常，滿足竣工驗收條件。