小灣水電站垂線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用及分析

郝　靈，彭欣欣，熊孝中，周　健（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣水電站垂線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用及分析

郝靈，彭欣欣，熊孝中，周健
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

垂線監(jiān)測(cè)作為大壩變形監(jiān)測(cè)的主要手段，一直是大壩安全資料分析、評(píng)價(jià)的關(guān)鍵項(xiàng)目。簡(jiǎn)要介紹了小灣水電站大壩垂線監(jiān)測(cè)布置情況，重點(diǎn)進(jìn)行了初期運(yùn)行階段垂線實(shí)測(cè)資料對(duì)比分析。監(jiān)測(cè)成果分析表明，大壩垂線系統(tǒng)布置合理，監(jiān)測(cè)儀器工作性態(tài)正常，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所反映的大壩位移變化趨勢(shì)與水位相關(guān)性較好，垂線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的保障。

垂線系統(tǒng)；徑向位移；切向位移；大壩變形；小灣水電站

1　小灣水電站垂線布置

1.1大壩壩體垂線布置

小灣水電站共分43個(gè)壩段，在4、9、15、19、22、25、29、35、41號(hào)共9個(gè)壩段（相對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)壩段增加19號(hào)、25號(hào)，目的是增加河床壩段同時(shí)兼顧誘導(dǎo)縫布置壩段的位移監(jiān)測(cè)）的各層廊道中（1 014、1 054、1 100、1 150 m和1 190 m高程）分段設(shè)置正垂線，其中4、9、35號(hào)和41號(hào)壩段的正垂線深入兩岸灌漿廊道內(nèi)，同時(shí)用以監(jiān)測(cè)兩岸壩基的變形。正垂線分別在基礎(chǔ)廊道、灌漿廊道和倒垂線銜接，監(jiān)測(cè)壩體的水平變形和撓度。

1.2壩基與壩肩抗力體垂線監(jiān)測(cè)布置

壩基巖體在蓄水期和運(yùn)行期水平位移監(jiān)測(cè)采用和正垂線相同壩段的壩基11條不同深度的倒垂線。在22號(hào)壩段布置1組（3條）倒垂線，用以相互校核和比較不同深度的基巖變形大小；4、9、35號(hào)和41號(hào)壩段的倒垂線深入兩岸壩肩，監(jiān)測(cè)兩岸壩肩的變形情況，同時(shí)作為1 150 m和1 100 m高程的灌漿洞內(nèi)的引張線和銦鋼絲位移計(jì)的基點(diǎn)。

小灣水電站垂線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)垂線坐標(biāo)儀采用南瑞RZ-S-50、RZ-S-100型電容式雙向垂線坐標(biāo)儀。大壩垂線監(jiān)測(cè)布置立視圖（略）。

2　正常蓄水位下垂線監(jiān)測(cè)成果分析

小灣水電站從2008年12月16日開始蓄水，經(jīng)過(guò)四個(gè)階段的蓄水，于2012年10月31日首次達(dá)到正常蓄水位1 240 m，2013年10月10日第二次達(dá)到正常蓄水位。

本次成果分析選取了2012及2013年度上游水位分別在1 181.0、1 239.5 m條件下垂線的監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行對(duì)比分析（見表1）。

2.1壩基位移分析

2.1.1壩基徑向位移分析

壩基徑向位移監(jiān)測(cè)成果見表1及圖1～3。

由表1、圖1～3可以看出：

（1）兩次達(dá)到正常蓄水位的過(guò)程中，隨著水位的升高，在水推力的影響下，壩基徑向均沿下游方向位移明顯，測(cè)值相當(dāng)；但低水位時(shí)，2013年的徑向位移總體上比2012年略大，最大相差1.17 mm。

圖1　壩基面典型時(shí)段徑向位移分布示意

圖2　15號(hào)、22號(hào)、29號(hào)壩段倒垂線變形過(guò)程線

（2）22號(hào)壩段963 m高程（A22-IP-03測(cè)點(diǎn)）在第二次蓄至正常蓄水位時(shí)徑向位移較首次位移之差最大，兩次正常蓄水位時(shí)位移之差達(dá)0.54 mm。

（3）水位由1 181 m蓄至1 239.5 m，水位增幅相同條件下，2013年徑向位移增量均小于2012年位移增量（兩次增量之比最大為0.89），可能與2013年水位增長(zhǎng)較快，時(shí)效變形還沒來(lái)得及完全發(fā)生有一定的關(guān)系。

圖3　35號(hào)壩段倒垂不同高程測(cè)點(diǎn)徑向位移過(guò)程線

（4）同一壩段，測(cè)點(diǎn)高程越高，徑向位移越大。且建基面以上測(cè)點(diǎn)徑向位移大于建基面以下測(cè)點(diǎn)，高水位時(shí)差別更明顯。四個(gè)水位節(jié)點(diǎn)，徑向位移最大值均發(fā)生在建基面以上，且距壩基高度最大（24 m）的A29-IP-01測(cè)點(diǎn)。

（5）兩次蓄至正常蓄水位的過(guò)程中，9號(hào)、15號(hào)、29號(hào)、35號(hào)壩段的個(gè)別測(cè)點(diǎn)兩次增量均較大，其中15號(hào)壩段A15-IP-01測(cè)點(diǎn)的增量最大，說(shuō)明這些部位對(duì)水位變化的反應(yīng)明顯。

2.1.2壩基切向位移分析

壩基切向位移監(jiān)測(cè)成果見表1、圖4。

圖4　壩基面典型時(shí)段切向位移分布示意

從監(jiān)測(cè)成果可以看出：

（1）在水推力的影響下，壩基沿切向分別向兩岸變形。

（2）在水推力的作用下，切向位移呈河床壩段變形小，兩岸壩段變形大的分布態(tài)勢(shì)，且右岸切向位移略大于左岸。

（3）2013年水位蓄至正常蓄水位，河床及右岸壩基切向位移增量大多小于2012年首次蓄至正常蓄水位位移增量（即兩次增量之比小于1），2013年左岸壩基切向位移增量大于2012年位移增量（即兩次增量之比大于1）。

2.2壩體位移分析

2.2.1壩體徑向位移

壩體徑向位移檢測(cè)成果見表2、圖5和圖6。其分析結(jié)果如下。

圖5　典型壩段1 245 m高程徑向位移分布示意

（1）隨著第二次蓄水至1 239.5 m高程，大壩徑向下游位移趨勢(shì)明顯，左右岸壩段變形基本對(duì)稱，河床壩段徑向變形大于岸坡壩段，最大變形量達(dá)到118.35 mm，位于22號(hào)壩段壩頂（見圖5）。從圖5中對(duì)比可知，兩次蓄水過(guò)程導(dǎo)致的壩體徑向變形狀態(tài)基本相似。

（2）在1 239.5 m同水位下，截止到2013年10 月10日時(shí)各壩段徑向變形相對(duì)于去年同期均有所變化，其中除了靠近壩肩的9號(hào)和35號(hào)壩段徑向位移量有所減小外，其余壩段變形均表現(xiàn)出不同程度的增大，其中25號(hào)河床壩段的徑向位移增幅最大，達(dá)到4.4～5.4 mm（見圖6）。所產(chǎn)生的位移增量主要是由兩部分所構(gòu)成：一是，在2013年6月水庫(kù)泄至低水位時(shí)（1 181.07 m），壩體徑向位移尚未完全恢復(fù)至2012年同水位時(shí)的量值，仍然留有一定的殘余變形，當(dāng)再次蓄水加載時(shí)，此部分殘余變形導(dǎo)致第二次蓄至高水位時(shí)的壩體累計(jì)位移量較前期有所增大；二是，第二次蓄水加載過(guò)程所產(chǎn)生的附加變形。

（3）從表2中統(tǒng)計(jì)的同期位移增量比可知，當(dāng)剔除殘余變形因素后，除個(gè)別測(cè)點(diǎn)外，絕大部分壩段在第二次蓄水加載過(guò)程產(chǎn)生的徑向位移增量均不超過(guò)前次蓄水的10%，表明壩體在梁向總體上處于較好的彈性變形狀態(tài)。

表2　壩體位移監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)

2.2.2壩體切向位移

壩體切向位移監(jiān)測(cè)成果見表2。

從表2、圖7和圖8可以看出：

（1）隨著蓄水位上升，庫(kù)水對(duì)大壩拱向產(chǎn)生推力，使壩體沿切向向兩岸位移，壩體不同高程的切向變形基本對(duì)稱。截止到2013年 10月 10日（1 239.5 m水位），切向向右岸最大變形位于9號(hào)壩段1 245 m高程，變形量為17.48 mm；向左岸最大變形位于29號(hào)壩段1 245 m高程，變形量為20.08 mm。

圖6　典型壩段徑向位移分布示意

圖7　典型壩段1 245 m高程切向位移分布示意

（2）從兩次蓄至同水位（1 239.5 m）時(shí)的監(jiān)測(cè)成果對(duì)比看，第二次蓄水后的大部分壩段切向位移與前期量值基本相當(dāng)，最大位移增量不超過(guò)1 mm。

（3）從表中的切向位移同期增量比計(jì)算結(jié)果可知，各壩段的位移變化量并不對(duì)稱，右岸壩段在第二次蓄水過(guò)程中的位移增量均小于第一次蓄水，其中右岸河床壩段的位移降幅比較顯著；而左岸35號(hào)壩段在本次蓄水中的位移增量明顯超過(guò)前期水平，說(shuō)明在第二次蓄水過(guò)程中，切向位移以水推力作用帶來(lái)的附加變形為主，前次蓄水后的殘余變形影響不明顯。

3　結(jié)語(yǔ)

小灣水電站垂線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自2009年至2011年陸續(xù)安裝完成并投入使用，垂線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)貫穿于大壩施工建設(shè)和運(yùn)行管理的全過(guò)程，截至2014年，歷經(jīng)四個(gè)階段蓄水期、初蓄期各特征水位工況。由兩次達(dá)到正常蓄水位下的監(jiān)測(cè)成果分析再結(jié)合目前大壩垂線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合來(lái)看，垂線系統(tǒng)布置合理，監(jiān)測(cè)儀器工作性態(tài)正常，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所反映的大壩位移變化趨勢(shì)與水位相關(guān)性較好。小灣水電站垂線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有良好的完整性和連續(xù)性，對(duì)驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工起到了重要作用，也為大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的保障。

圖8　典型壩段切向位移分布示意

［1］中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.云南瀾滄江小灣水電站樞紐區(qū)工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專題報(bào)告［R］.昆明：中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008.

［2］中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)公司.云南瀾滄江小灣水電站樞紐區(qū)工程竣工安全鑒定報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)公司，2012.

［3］南京南瑞集團(tuán)公司大壩工程監(jiān)測(cè)分公司.RZ-S型電容式雙向垂線坐標(biāo)儀使用說(shuō)明書［M］.南京：南京南瑞集團(tuán)公司，2008.

［4］南京南瑞集團(tuán)公司小灣水電站樞紐區(qū)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目部.云南瀾滄江小灣水電站第二次蓄至正常蓄水位安全監(jiān)測(cè)成果分析報(bào)告［R］.南京：南京南瑞集團(tuán)公司，2013.

（責(zé)任編輯陳萍）

Application and Data Analysis of Vertical Automatic Monitoring System in Xiaowan Hydropower Station

HAO Ling，PENG Xinxin，XIONG Xiaozhongm，ZHOU Jian
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The vertical monitoring is a primary mean to monitor dam deformation and is a key item for data analysis and evaluation of dam safety.The layout of vertical monitoring system in the dam of Xiaowan Hydropower Station is introduced and the monitoring data of vertical system in early stage are analyzed and compared.The monitoring results show that the layout of dam vertical monitoring system is reasonable，the operation behaviors of monitoring instruments are normal and the monitored dam displacement data are in good correlation with reservoir water level changes.The vertical monitoring system provides good protection to the stable and safe operation of dam.

vertical system；radial displacement；tangential displacement；dam deformation；Xiaowan Hydropower Station

TV698.1；TV641.31（274）

B

0559-9342（2015）10-0067-05

2015-08-11

郝靈（1989—），男，云南瀘西人，助理工程師，主要從事大壩運(yùn)行維護(hù)、安全監(jiān)測(cè)工作.