峽江水利樞紐工程變形監測設計

劉蕓華 付典龍 劉 洋

（江西省水利規劃設計院 江西 南昌 330029）

1 前言

工程建筑物建造在地質條件復雜的地基上，在各種力的作用和自然因素的影響下，其工作性態和安全狀況不斷發生變化，因此，必須建立相應的安全監測系統，以便及時掌握這種變化的情況和性質，為采取必要的處理措施提供依據，以確保工程的安全可靠運行。此外，還可通過對監測數據的分析，來檢驗設計、指導施工和運行調度等。

峽江水利樞紐工程位于江西省贛江中游，是贛江干流梯級開發的主體工程，也是江西省大江大河治理的關鍵性工程，是一座以防洪、發電、航運為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。樞紐主要建筑物有泄水閘、擋水壩、河床式廠房、船閘、左右岸灌溉總進水閘及魚道等。大壩為混凝土閘壩，全長845.0m，壩頂高程51.2m，最大壩高44.9m。

根據相關設計規范要求，并結合峽江水利樞紐工程的地質條件及水工建筑物布置特點，安全監測的重點為大壩基礎、兩岸壩肩、主要建筑物及邊坡。本工程所設監測的項目有：巡視檢查、環境量監測、變形監測、滲流監測、應力、應變及溫度監測、土壓力監測、水力學監測等。

變形監測是建筑物安全監控的重要指標之一，通過該指標可直接了解到大壩的工作性狀，了解到變形的發展趨勢和其變化規律，這對判斷大壩是否安全起著重要的作用。

2 變形監測范圍及監測項目

本工程永久擋水建筑物、泄水閘、擋水壩、廠房（擋水部分）、船閘上閘首等為1級建筑物，大壩兩岸開挖邊坡為1級邊坡。工程安全問題尤為重要，應考慮在壩體、壩基、壩址岸坡及危及大壩安全的不穩定庫區邊坡等部位布設監測儀器。

根據《混凝土壩安全監測技術規范》（DL/T5178-2003），壩體和壩基位移、傾斜、接縫和裂縫變化均為必設監測項目；根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007），邊坡表面位移及其巖土內部位移為必設監測項目。因此，本工程變形監測的主要項目包括大壩水平位移及垂直位移、傾斜、接縫和裂縫變化、壩基基巖變形、邊坡表面位移及其巖土內部位移等。

3 變形監測方法和儀器設備選擇

變形監測是峽江水利樞紐工程安全監測系統的重點之一，必須建立監控全部建筑物的變形監測網絡。應選擇穩定可靠的監測方法和儀器設備，以確保滿足量測精度要求，所測數據應充分可靠，還應具有先進性和長期穩定性，并能反映出當前大壩安全監測的技術和水平；所選擇的監測方法和監測儀器設備應充分考慮操作簡便，具有快速、準確獲得可靠監測資料的性能；此外也應滿足其經濟合理性，獲得較高的性價比。在遵循上述原則情況下，本工程各項變形監測方法和儀器設備選擇分述如下：

（1）大壩水平位移監測。通常采用視準線法、引張線法、真空激光準直法，另外還有交會法和導線法等。視準線法利用光學儀器，進行人工觀測，不能實現自動化監測。另外，根據壩頂布置情況，為滿足通視要求，視準線需布置在壩頂上游側，其觀測精度會受到庫水面水蒸氣造成的旁折光影響。真空激光準直法精度高、速度快，能實現自動化數據采集，技術先進，但造價較高。引張線法適合于直線形混凝土壩，具有設備費用低、操作簡便、測量速度快的特點，而且便于遙測自動化。峽江樞紐大壩各建筑物基本布置在一條直線上，便于布置引張線。因此，依據上述情況，本工程大壩水平位移監測采用引張線法。由于大壩兩岸地面無穩固實可靠的區域可供設置觀測基準點，故引張線兩端點均設一倒垂線作為基準。

（2）大壩垂直位移監測。一般有幾何水準測量法和靜力水準測量法。幾何水準測量法利用光學儀器，進行人工觀測，不能實現自動化監測。靜力水準測量法能實現自動化數據采集。為使觀測操作快速簡便，盡可能實現數據采集的自動化，因此，本工程大壩垂直位移監測采用靜力水準測量法。在靜力水準端點設一雙金屬標作為基準。

（3）大壩傾斜、接縫和基巖變形監測。大壩傾斜可采用幾何水準法監測，也可采用連通管（靜力水準）和遙測傾斜儀監測。為實現自動化監測，并考慮到靜力水準受到壩頂其他設施布置（如啟閉門機等）影響，本工程大壩傾斜監測采用遙測傾斜儀進行監測。壩體接縫變化采用遙測測縫計進行監測。壩基基巖變形采用基巖變位計進行自動化監測。

（4）大壩開挖邊坡表面水平位移監測?？刹捎靡暅示€法和三角網法監測。由于受工程布置及地形條件限制，視準線的通視條件及工作基點的布設條件均受到影響，故本工程大壩開挖邊坡表面水平位移采用三角網法，利用光學儀器進行監測。工作基點應按三角網的邊角要求進行布設，交會邊長在300m左右，基點與測點間連線的夾角在60°～120°之間。為此有部分工作基點需坐落在建筑物上或工程變形影響范圍內，這時必須在工作基點處設置倒垂線作為基準點。本工程可利用壩頂引張線的基準點（倒垂線）作為邊坡表面水平位移監測基準點，所利用的倒垂線有布設與左岸擋水壩段的IP1和IP2、右岸擋水壩段的IP5。

（5）大壩開挖邊坡表面垂直位移監測。采用一等精密水準法進行監測。由水準基準點來引測、校測工作基點（起測基點）的垂直位移，本工程可利用布設于壩頂的雙金屬標作為水準基準點。

（6）邊坡巖體深層位移監測。左岸開挖邊坡為巖質邊坡，采用多點位移計進行監測，多點位移計為三點式。右岸開挖邊坡為土質邊坡，采用鉆孔測斜儀進行監測。鉆孔應深入至下部巖層，根據邊坡地質情況，孔深距地表均為20m。

（7）船閘閘室水平位移監測。采用引張線法監測閘室右邊墻垂直流向水平位移，引張線兩端點設一倒垂線作為基準。

4 監測設計總體結構

峽江水利樞紐安全監測系統的運行可分為三個環節：數據采集、數據管理、資料分析及建筑物安全度評價。數據采集包括測量控制單元MCU自動采集、半自動采集、人工采集和巡視檢查。該系統分為三個層次監控：第一層監控是將分布于各建筑物上的各類傳感器就近引入相應的MCU(測量控制單元)，由測量控制單元進行第一級監控；第二層監控是將分布于各部位的MCU(測量控制單元)接入壩上監控站，由壩上監控站進行第二級監控；第三層監控是將壩上監控站接入峽江水利樞紐工程辦公大樓內的安全監控中心，由安全監控中心進行第三級監控。

5 變形監測布置

（1）大壩水平位移監測布置。由于受壩頂布置的限制，只能在上游側布設監測通道（包括引張線和靜力水準）。峽江大壩全長845.0m，由于引張線長度不宜大于300m，故需分段設置，共分3段，即在左岸擋水壩段、泄水閘壩段、廠房壩段至右岸擋水壩段各設一條引張線，每段端點均設一倒垂線作為基準，孔深以二分之一壩高進行控制。在每個大壩段布設一個測點，共布置32個測點，5根倒垂線。

（2）大壩垂直位移監測布置。在左岸擋水壩段與門庫壩段之間為跨度為47.0m的船閘壩段，其上部設有拱形橋，由此限制了靜力水準的連續性，故將其分為2段進行設置，每段端點均設一雙金屬標作為基準，孔深以二分之一壩高進行控制。在每個大壩段布設一個測點，共布置37個測點，2根雙金屬標。

（3）大壩傾斜監測布置。在泄水閘段兩個監測斷面的閘頂，沿順水流方向在上、中、下游適當位置各布設3支遙測傾斜儀，共布置6支傾斜儀。

（4）大壩接縫監測布置。在壩基開挖陡坡處壩體與岸坡之間、各壩段之間分縫處設測縫計，以監測各結合面的接縫開合度，總計設42支測縫計。

（5）壩基變形監測。在壩基 F2、F5、F6、F8斷層上下盤各布置2～3支基巖變位計，以監測斷層處壩基變形情況，共布置22支基巖變位計。在各壩段典型監測斷面上各布置2～4支基巖變位計，共布置14支基巖變位計。

（6）右岸開挖邊坡變形監測布置。由于開挖邊坡長度較長，在大壩右岸邊坡布置了8個監測斷面；在壩左岸邊坡布置了2個監測斷面。在每個監測斷面上設置了2～3個位移標點、1～2個巖體內部位移測點。另外，由于施工期在右岸邊坡出現了坡面裂縫，故在裂縫部位埋設單向裂縫計對其進行監測。右岸變形監測項目及設施有：位移標點23個、工作基點5個、測斜孔11個、裂縫計6支。左岸變形監測項目及設施有：位移標點5個、工作基點5個、測斜孔4個。

（7）船閘閘室水平位移監測：引張線布置在閘室右邊墻頂部，以觀測其垂直流向的水平位移。每個閘室段設一個測點，共設10個測點。峽江船閘閘室全長174.0m，其引張線長度不大于300m，故只分一段設置，并在上、下閘首各設一倒垂線作為基準。

6 結語

峽江水利樞紐工程已于2014年8月底進行一期下閘蓄水，并初步發揮工程效益。至此，樞紐安全監測系統也初步建立，并獲取施工期監測資料，對施工期間工程出現的一些問題的處理起到了重要的作用。同時，也驗證了該工程的安全監測設計是合理的，所埋設的監測設備是有效的。陜西水利

[1]江西省水利規劃設計院，峽江水利樞紐工程蓄水安全鑒定設計自檢報告[R]，2013.

[2]南京水利科學研究院勘測設計院，常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監測手冊（第二版）[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[3]張啟岳等.土石壩觀測技術[M].北京:水利電力出版社,1993.1-26

[4]華東水利學院.水工設計手冊（第六卷）[M].北京:水利電力出版社,1982.6-488～6-501

[5]混凝土壩安全監測技術規范（DL/T 5178-2003）[S].