表孔溢洪洞運(yùn)行性態(tài)分析及監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 引 言

表孔溢洪洞工程為恰甫其海水利樞紐的泄洪建筑物之一，為明流泄洪，斷面最大平均流速高達(dá)30.8m/s，屬高速水流運(yùn)行狀況。近八年初蓄期監(jiān)測(cè)資料表明，表孔溢洪洞變形、外水壓力、應(yīng)力應(yīng)變總體在設(shè)計(jì)允許或經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，變化值符合一般規(guī)律，其泄流能力能夠滿足在運(yùn)行期水庫(kù)調(diào)洪運(yùn)用要求，運(yùn)行穩(wěn)定。

2 工程概況

恰甫其海水利樞紐工程為大(1)型 I 等工程，表孔溢洪洞為1級(jí)建筑物，抗震設(shè)計(jì)烈度為8度。表孔溢洪洞主要功能是泄洪和排漂，洞身段全長(zhǎng)490.35m，洞型為城門洞形，頂拱圓心角120°為無(wú)壓明流洞，全斷面采用鋼筋混凝土襯砌，由進(jìn)口控制段、斜井及反弧段、洞身段、出口明渠及消能段、進(jìn)口閘房、液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)及弧型工作門、出口交通橋等部分組成。進(jìn)口控制段為開(kāi)敞式，堰型為WES曲線形實(shí)用堰，出口明渠采用窄縫式挑流鼻坎消能。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)

表孔溢洪洞主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)，滲流監(jiān)測(cè)，水力學(xué)監(jiān)測(cè)和脈動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)。

a.應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)：在不同斷面布置鋼筋計(jì)9支，兩向應(yīng)變計(jì)9組，無(wú)應(yīng)力計(jì)3支。以監(jiān)測(cè)不同位置襯砌的應(yīng)力應(yīng)變。

b.滲流監(jiān)測(cè)：在洞身0+046.05m、0+250m，洞出口0+480m，出口明渠槽末段0+661.579m，共設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。在各斷面底板埋設(shè)滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)斷面的滲透壓力。

c.水力學(xué)觀測(cè)：底流速監(jiān)測(cè)：在表孔溢洪洞(出口)0+485m及(明渠渠槽末段)0+661.579m兩個(gè)斷面上，設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)(在底板上預(yù)埋通用底座，監(jiān)測(cè)時(shí)安裝底流速儀)。

d.脈動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)：在表孔溢洪洞(出口)0+485m及(明渠渠槽末段)0+661.579m斷面上，設(shè)置6個(gè)測(cè)點(diǎn)(在底板及側(cè)墻上預(yù)埋通用底座，監(jiān)測(cè)時(shí)安裝脈動(dòng)壓力傳感器底座)。

監(jiān)測(cè)斷面及儀器布置如下圖所示。

圖1 表孔溢洪洞監(jiān)測(cè)斷面及儀器布置

4 運(yùn)行期實(shí)測(cè)資料分析

4.1 A-A斷面測(cè)值分析

A-A斷面共安裝3支鋼筋計(jì)(R36、R37、R38)； 3組應(yīng)變計(jì)Y2-22、Y2-23、Y2-24； 1支無(wú)應(yīng)力計(jì)(N5)； 1支滲壓計(jì)(S52)。

a.鋼筋應(yīng)力分析：運(yùn)行期R36(底板上層)鋼筋計(jì)在拉應(yīng)力區(qū)變化，與環(huán)境溫度呈負(fù)相關(guān)； R37(底板下層)鋼筋計(jì)呈受壓狀態(tài)，應(yīng)力變化與溫度呈正相關(guān)，變化平穩(wěn)，最大值-8.98MPa(2008.4.28)，最小值-19.22MPa(2011.11.1)； R38(側(cè)墻內(nèi)層)鋼筋計(jì)整體處在拉、壓交替狀態(tài)，應(yīng)力變化與溫度呈負(fù)相關(guān)，最大值8.85MPa(2006.1.5)，最小值-28.66MPa(2008.8.4)。

b.混凝土應(yīng)變分析：由于Y2-22、Y2-23沒(méi)有相應(yīng)的無(wú)應(yīng)力計(jì)組合，僅計(jì)算實(shí)測(cè)應(yīng)變。Y2-24自埋設(shè)后兩方向(Y2-24-1徑向、Y2-24-2軸向)均在壓應(yīng)變區(qū)變化，且軸向壓應(yīng)變大于徑向壓應(yīng)變。表孔溢洪洞A-A斷面6支應(yīng)變計(jì)(徑向、軸向)應(yīng)變趨勢(shì)穩(wěn)定，與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，且變化趨勢(shì)一致。

c.無(wú)應(yīng)力計(jì)分析：A-A斷面埋設(shè)1支無(wú)應(yīng)力計(jì)N5，采用相關(guān)點(diǎn)計(jì)算方法進(jìn)行混凝土的應(yīng)變計(jì)算。N5運(yùn)行期變化平穩(wěn)，最大值-139.87με(2008.8.4)，最低值-305.35με(2006.1.3)，N5無(wú)應(yīng)力呈受壓狀態(tài)。無(wú)應(yīng)力計(jì)與應(yīng)變計(jì)變化趨勢(shì)基本一致，其應(yīng)力與環(huán)境溫度呈正相關(guān)。

d.滲壓計(jì)分析：滲壓計(jì)S52運(yùn)行后，在水庫(kù)未蓄水前，其滲透壓力變化不大； 隨著上游庫(kù)水位升高，其滲透壓力與庫(kù)水位呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為R=0.98。S52運(yùn)行期水位變化平穩(wěn)，與庫(kù)水位變化趨勢(shì)一致，最大值980.33m(2008.9.18)，最小值961.84m(2008.4.25)。

4.2 B-B斷面測(cè)值分析

B-B斷面共安裝3支鋼筋計(jì)R39、R40、R41； 3組應(yīng)變計(jì)Y2-25、Y2-26、Y2-27； 1支無(wú)應(yīng)力計(jì)(N6)； 1支滲壓計(jì)(S53)。

a.鋼筋應(yīng)力分析：R39(底板上層)、R40(底板下層)、R41(側(cè)墻內(nèi)層)，R40(底板下層)鋼筋計(jì)運(yùn)行期變化趨勢(shì)平穩(wěn)，呈受拉狀態(tài)。R41運(yùn)行期變化平穩(wěn)，最大值為96.44MPa(2006.1.6)，最小值為16.89MPa(2008.8.4)。R41鋼筋應(yīng)力呈受拉狀態(tài)，應(yīng)力與溫度基本呈負(fù)相關(guān)。

b.混凝土應(yīng)變分析：Y2-27兩方向(Y2-27-1徑向、Y2-27-2軸向)均在拉應(yīng)變區(qū)變化，軸向拉應(yīng)變大于徑向拉應(yīng)變，整體變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度基本呈負(fù)相關(guān)。

c.無(wú)應(yīng)力計(jì)分析：N6運(yùn)行期變化平穩(wěn)，最低值-382.79με(2006.2.28)，最大值-157.79με(2011.8.27)，N6呈受壓狀態(tài)。無(wú)應(yīng)力計(jì)變化趨勢(shì)與應(yīng)變計(jì)變化趨勢(shì)一致，與環(huán)境溫度呈正相關(guān)。

d.滲壓計(jì)分析：滲壓計(jì)S53 在2005年蓄水時(shí)，滲壓水位為938.69m。運(yùn)行期變化平穩(wěn)，與庫(kù)水位變化趨勢(shì)基本一致。最大值946.79m(2007.1.13)，最小值937.92m(2011.5.3)。

4.3 C-C斷面測(cè)值分析

C-C斷面共安裝埋設(shè)了3支鋼筋計(jì)R42、R43、R44； 3組應(yīng)變計(jì)Y2-28、Y2-29、Y2-30； 1支無(wú)應(yīng)力計(jì)(N7)； 1支滲壓計(jì)(S54)。

a.鋼筋應(yīng)力分析：鋼筋計(jì)R42(底板上層)、R43(底板下層)、R44(側(cè)墻內(nèi)層)運(yùn)行期底層與側(cè)墻鋼筋應(yīng)力整體變化趨勢(shì)在拉應(yīng)力區(qū)變化，受力趨勢(shì)相同，均呈受拉狀態(tài)，與環(huán)境溫度呈負(fù)相關(guān)。R43、R44運(yùn)行期變化平穩(wěn)，R43最大值為63.41MPa(2007.3.28)，最小值25.21MPa(2006.8.19)，R44最大值為54.22MPa(2006.1.4)，最小值10.0MPa(2008.8.4)。

b.混凝土應(yīng)變分析：由于Y2-28、Y2-29無(wú)相應(yīng)的無(wú)應(yīng)力計(jì)組合，僅計(jì)算實(shí)測(cè)應(yīng)變。Y2-28、Y2-29均徑向與溫度呈正相關(guān)，軸向與溫度負(fù)相關(guān)。Y2-30(Y2-30-1、Y2-30-2)(側(cè)墻)應(yīng)變計(jì)組：Y2-30-1(徑向)變化趨勢(shì)在壓應(yīng)力區(qū)變化，與環(huán)境溫度正相關(guān)； Y2-30-2(軸向)變化趨勢(shì)在拉應(yīng)力區(qū)變化，與環(huán)境溫度呈負(fù)相關(guān)。

c.無(wú)應(yīng)力計(jì)分析：C-C斷面埋設(shè)一支無(wú)應(yīng)力計(jì)N7，與應(yīng)變計(jì)Y2-30相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)行期變化平穩(wěn)，最大值-208.29με(2008.8.11)，最小值-412.41με(2006.2.16)，N7無(wú)應(yīng)力計(jì)呈受壓狀態(tài)，趨勢(shì)與應(yīng)變計(jì)Y2-30變化趨勢(shì)基本一致，其應(yīng)力與環(huán)境溫度呈正相關(guān)。

d.滲壓計(jì)分析：滲壓計(jì)S54運(yùn)行期變化平穩(wěn)，與庫(kù)水位的變化趨勢(shì)基本一致，且存在一定的滯后期。最大值935.65m(2006.12.19)，最小值921.53m，(2007.10.2)。

4.4 D-D和F-F斷面測(cè)值分析

D-D(0+485.00)斷面布設(shè)了1支底流速儀及3支脈動(dòng)壓力傳感器基座。F-F(0+661.58)斷面布設(shè)了1支底流速儀及3支脈動(dòng)壓力傳感器基座； 1支滲壓計(jì)S55。其中，底流速儀及脈動(dòng)壓力傳感器基座還未正式投入使用。

S55運(yùn)行期變化平穩(wěn)，與庫(kù)水位的變化趨勢(shì)基本一致。最大值920.0m(2007.1.5)，最小值919.13m(2007.3.26)，運(yùn)行期S55的最大變幅為0.87m。

表孔溢洪洞4個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)資料表明：鋼筋應(yīng)力最大拉應(yīng)力為96.41MPa(R41)，混凝土最大拉應(yīng)變?yōu)?08.02με(Y2-27-2)，最大外水壓力為0.246MPa(A-A斷面)。上述監(jiān)測(cè)成果規(guī)律性較好，測(cè)值均在合理范圍內(nèi)，表孔溢洪洞工作性態(tài)正常。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上監(jiān)測(cè)資料中應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)，滲流及水力學(xué)測(cè)值分析，表孔溢洪洞投運(yùn)后外界溫度是決定各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變量的主要因素，無(wú)應(yīng)力計(jì)整體變化趨勢(shì)與應(yīng)變計(jì)變化趨勢(shì)基本一致，其應(yīng)力與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，滲壓水位與庫(kù)水位的變化趨勢(shì)基本一致，洞內(nèi)混凝土應(yīng)力應(yīng)變未發(fā)生突變。表孔溢洪洞變形、外水壓力、應(yīng)力應(yīng)變均在設(shè)計(jì)允許或經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，工作性態(tài)正常，運(yùn)行狀態(tài)良好。

1 恰甫其海樞紐工程表孔溢洪洞監(jiān)測(cè)資料分析[R].

2 孔慶梅.黃河公伯峽水電站導(dǎo)流洞運(yùn)行性態(tài)分析研究[R].

3 新疆水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院.恰甫其海樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].