景洪大壩安全監控指標綜合擬定與應用

張禮兵，張 帥，許后磊

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051；2.國家能源水電工程技術研發中心高土石壩分中心，云南昆明650051)

景洪水電站是瀾滄江中下游河段兩庫八級中的第六級電站，位于云南省景洪市上游，電站由碾壓混凝土重力壩、引水發電系統、水力式升船機等組成。其大壩壩頂高程612 m，最大壩高108 m，水庫正常蓄水位602 m，總庫容11.39億m3，電站總裝機容量1 750 MW。

電站已投產運行8年，積累了豐富的大壩安全監測數據，根據國家監管部門的要求及電站安全運行的實際需要，有必要結合現有監測數據提出符合大壩實際運行情況的監控指標，以滿足工程運行安全管理及性態評價的需求。

1 監控點選取

監控點的選取應遵循以下原則：

(1)根據相關設計文件及工程特點，對各主要建筑物及基礎等監控對象，選擇具有代表性的、最易出現危及安全征兆的部位。

(2)選擇對建筑物安全評價最重要和直觀的監測項目，對于混凝土重力壩，選取變形和滲流監測項目作為主要監控指標。

(3)應力監測項目選擇直接測量且對建筑物變化較為敏感的監測項目，如壩基壓應力計、閘墩錨索測力計等。

(4)超規程規范中的允許值的測點。

(5)主要工程部位中測值較大，但不超過儀器量程測點。

依據上述原則，選取順河向位移、橫河向位移、垂直向位移、滲流、應力、溫度等41個監測點作為景洪水電站主控指標測點。

2 監控指標綜合擬定

2.1 基本步驟

監控指標通過統計分析、數模計算、定性評價后結合設計計算成果、規范允許值等進行綜合擬定，基本步驟為：

(1)在原有設計成果、資料分析等成果的基礎上，按照最有代表性壩段、最關心監控部位、發現異常征兆最敏感監測項目等篩選原則，初步選定監測點。

(2)評價初選測點，選定通過誤差評價的測點為監控指標擬定測點。

(3)采用置信區間估計法和典型小概率法兩種數學方法計算監控指標，獲取數學方法下監控指標擬定的初步成果。

(4)結合設計計算成果、規范允許值、材料允許值，根據監控指標綜合擬定原則擬定各監測點監控指標。

(5)按照已擬定的監控指標，指導電廠開展安全監測工作。

2.2 數學方法

2.2.1 置信區間估計法

置信區間估計法將具有較高精度的計算模型(一般要求測點復相關系數R>0.8)置信區間(置信帶)和變化趨勢作為判斷測值異常和安全的依據，由此擬定相應測點的監控指標。根據景洪水電站實際情況及類似工程經驗，顯著性水平α取5%，i取1.96，即Δ=±1.96S，相應監測量的監控指標為

(1)

2.2.2 典型小概率法

(2)

(3)

用統計檢驗方法(如A-D法、K-S法)對其進行分布檢驗，確定其概率密度f(x)的分布函數F(x)(如正態分布、對數正態分布以及極值I型分布等)。

令Xm為監測效應量的極值，當X>Xm時，大壩將要出現異常或險情，其概率為

(4)

2.3 綜合擬定

2.3.1 綜合擬定原則

(1)變形。變形項目監控指標主要從置信區間估計法、典型小概率法、時段極值3個方面進行綜合擬定，在滿足3種方法適用條件的前提下，原則上為上述數值中的最大或最小值，設計計算值作為參考。

(2)滲流。當采用的置信區間估計法、典型小概率法、時段極值(蓄水至正常蓄水位后至今)、設計計算值擬定的結果均未超過規范允許值時，滲流監控指標原則上為上述數值中的最大值；當超過規范允許值時，以規范允許值為主要依據，根據《水工建筑物荷載設計規范》中規定的測壓管揚壓力強度系數推算揚壓力允許值作為監控指標。

(3)應力。①壩基壓應力。當數學模型計算、歷史極值擬定結果未超過規范允許值或材料承載力時，采用數學模型計算歷史極值中的最大值或最小值；當超過時，監控指標綜合擬定以規范允許值或材料承載力為主要依據。②錨索荷載。當實測荷載與設計荷載比在0.9～1.15之間時，采用數學模型和歷史極值中的最大值或最小值作為監控指標；當荷載比不在0.9～1.15之間時，以設計荷載的9/10作為監控指標小值、以1.15倍設計荷載作為監控指標大值。

(4)溫度。當數學方法、時段極值等方法擬定結果未超過溫控標準時，采用數學方法或時段極值等方法擬定結果中的最大值或最小值；當數學方法、時段極值等方法擬定結果超過溫控標準時，監控指標綜合擬定以溫控標準為主要依據。

綜上所述，針對各擬定測點的具體情況，根據數學模型計算值、時段極值統計值、設計允許值和規范允許值等進行監控指標的綜合擬定。

2.3.2 景洪大壩監控指標綜合擬定成果

景洪大壩監控指標綜合擬定成果見表1～表4。

表3 基礎壓應力監控指標綜合擬定 MPa

表4 錨索荷載監控指標綜合擬定 kN

表5 滲流監控指標應用

表1 大壩變形監控指標綜合擬定 mm

注：表中帶*數據表明該數學方法不滿足適用條件，計算的監控指標僅供參考，下同。

3 監控指標的應用

3.1 變形監控指標應用

變形是綜合反映建筑物物理力學性態的一種效應量，是建筑物剛度和穩定性的直觀表現，因此它是監控建筑物安全運行的主要監測量。當實測變形值A≤監控指標，評判為正常；當A>監控指標，評判為預警，應對應采取的措施為：①進行測值復測，關注測值變化；②如測值出現趨勢性變化，進行現場檢查與巡視，開展監測資料分析評價；③必要時編制專題分析報告，召開專題會議并提出大壩運行控制要求。

表2 大壩滲流監控指標綜合擬定 m

3.2 滲流監控指標應用

滲流包括壩基揚壓力和滲流量，均是監控大壩安全重要的指標，滲流監控指標應用見表5。

3.3 應力及溫度監控指標應用

應力及溫度監控指標包括壩基壓應力、錨索荷載和壩體溫度，應力及溫度監控指標應用見表6。

表6 應力及溫度監控指標應用

4 結 論

通過對景洪大壩監測數據進行分析、計算及綜合評價提出了水電站大壩安全監測監控指標測點選取的原則；提出了安全監測監控指標綜合擬定基本步驟、數學計算方法、綜合擬定方法，開展了景洪大壩安全監測監控指標的研究；提出了安全監測監控指標在水電大壩運行階段的應用方式。