新安江水電站大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)探討和監(jiān)測效果分析

趙新華，李慧瀅，何 宇，查益華，范振東，傅春江

(1.國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江 杭州 311608；2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 工程概況

新安江水電站地處浙江省建德市銅官峽谷，距離建德市白沙鎮(zhèn)約4.5 km，是一座大型水電廠，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪、養(yǎng)殖。電站為一等工程，水力樞紐主要有攔河壩、發(fā)電廠房、溢洪道及開關(guān)站等[1-5]。攔河壩為混凝土寬縫重力壩，按1級建筑物設(shè)計(jì)，壩頂高程115.0 m，防浪墻頂高程116.2 m，壩頂全長466.5 m，大壩劃分為26個壩段(0#～25#)，壩軸線呈折線狀，兩岸折向上游[6-8]。右岸0#～6#壩段為擋水壩段[8]，河床7#～16#壩段為溢流壩段(共9孔)，左岸17#～25#壩段為擋水壩段，壩段寬度一般為20 m(除個別壩段外)，寬縫約占壩段40%[7-8]。

2 監(jiān)測系統(tǒng)

新安江大壩目前現(xiàn)有的監(jiān)測項(xiàng)目主要有變形監(jiān)測(平面變形控制網(wǎng)，壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)，壩頂水平位移，壩體撓度，壩頂、85廊道、壩基垂直位移)，滲流監(jiān)測(壩基揚(yáng)壓力、繞壩滲流、滲漏量)，寬縫回填混凝土監(jiān)測(混凝土溫度、接縫變形)，環(huán)境量監(jiān)測(上下游水位、壩區(qū)氣溫、水溫及降雨量)等。

2.1 大壩監(jiān)測系統(tǒng)布置

2.1.1 大壩水平位移

大壩水平位移監(jiān)測項(xiàng)目包括壩頂水平位移及壩體撓度。

(1)壩頂水平位移。壩頂呈折線狀，壩頂視準(zhǔn)線根據(jù)壩頂形狀布置3條測線，共21個測點(diǎn)。視準(zhǔn)線Ⅰ位于2#～6#壩段壩頂下游側(cè)，共5個測點(diǎn)；視準(zhǔn)線Ⅱ位于7#～16#壩段壩頂上游側(cè)，共10個測點(diǎn)；視準(zhǔn)線Ⅲ位于17#～23#壩段壩頂下游側(cè)，共6個測點(diǎn)。視準(zhǔn)線觀測采用WILD T3經(jīng)緯儀，后視為固定覘牌，測點(diǎn)為活動覘牌，監(jiān)測頻次為1次/月。

(2)壩體撓度。壩體撓度采用垂線監(jiān)測，分別布設(shè)于3#、4#、6#、8#、13#、18#、19#、20#、23#、2#機(jī)、6#機(jī)、左右岸壩頭及右岸灌漿平硐，其中倒垂7條，共9個測點(diǎn)，正垂11條，共19個測點(diǎn)。垂線監(jiān)測采用人工監(jiān)測以及電容式垂線坐標(biāo)儀監(jiān)測的方式。

2.1.2 大壩垂直位移

大壩垂直位移監(jiān)測項(xiàng)目包括壩體及基礎(chǔ)垂直位移、兩岸邊坡垂直位移、開關(guān)站垂直位移。

(1)壩體及基礎(chǔ)垂直位移。壩頂布置一條符合水準(zhǔn)觀測線路，1#～24#壩段每壩段布置1個觀測點(diǎn)(位于視準(zhǔn)線觀測點(diǎn)旁邊)，共24個觀測點(diǎn)。85 m交通廊道2#～23#壩段，每壩段布置1個測點(diǎn)，共22個觀測點(diǎn)，基礎(chǔ)廊道共有23個觀測點(diǎn)。

(2)兩岸邊坡垂直位移。左岸坡布置12個測點(diǎn)，右岸坡布置20個測點(diǎn)，每季度監(jiān)測1次。

(3)開關(guān)站垂直位移。開關(guān)站設(shè)在右岸大壩下游側(cè)，有88 m和70 m二個平臺。88 m平臺布置10個沉陷測點(diǎn)，70 m平臺布置18個沉陷測點(diǎn)。

2.1.3 大壩基巖、伸縮縫及裂縫變形

(1)基巖變形。3#、10#壩段基礎(chǔ)埋設(shè)3個測點(diǎn)，3#壩段基礎(chǔ)灌漿廊道布置6個測點(diǎn)，10#壩段基礎(chǔ)寬縫內(nèi)布置3個測點(diǎn)，基巖變形均采用多點(diǎn)變位計(jì)監(jiān)測。

(2)伸縮縫變形。61 m廊道內(nèi)布置有17套三向測縫計(jì)，85 m廊道內(nèi)布置有12套三向測縫計(jì)。

(3)裂縫變形。1#壩段壩頂布置了2個測點(diǎn)，右岸坡?lián)鯄Σ贾昧?個測點(diǎn)，均采用三向測縫計(jì)監(jiān)測。

2.1.4 大壩滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測項(xiàng)目主要為壩基揚(yáng)壓力、滲流量及繞壩滲流監(jiān)測。

(1)壩基揚(yáng)壓力。壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測孔有淺孔和深孔二類，淺孔共68個，監(jiān)測建基面揚(yáng)壓力，深孔共22個，監(jiān)測深層揚(yáng)壓力。

(2)滲漏量。大壩滲漏量分壩體和壩基，壩體滲漏量為85廊道排水孔流量，壩基滲漏量為基礎(chǔ)灌漿廊道及3條排水廊道的滲漏量總和，目前采用容積法監(jiān)測排水孔的滲漏量。

(3)繞壩滲流。繞壩滲流布置有47個滲流孔，其中左岸22個，右岸25個。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況

新安江水電站共有各類監(jiān)測測點(diǎn)497個，截至2020年12月24日，監(jiān)測系統(tǒng)失效測點(diǎn)總數(shù)10個，正常在測測點(diǎn)487個，完好率為97.99%。失效測點(diǎn)同位置均有其他完好測點(diǎn)，因此不影響大壩安全正常監(jiān)測。現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)施基本完好，總體完備，能夠滿足正常監(jiān)測要求。

3 監(jiān)測成果分析

壩頂監(jiān)測數(shù)據(jù)從2000年1月1日—2020年12月24日分析。

3.1 大壩水平位移

3.1.1 壩頂水平位移

壩頂向下游最大位移在2.26～26.83 mm之間，向上游最大位移在3.41～4.46 mm之間。壩頂水平位移呈較明顯的年周期變化，溫度升高或庫水位下降，壩頂向上游位移，溫度降低或庫水位上升，壩頂向下游位移。

3.1.2 壩體撓度

2000—2020年期間，壩體向下游最大位移在0～8.91 mm之間，大部分測點(diǎn)發(fā)生在2—4月份的低溫季節(jié)，機(jī)組段出現(xiàn)在高溫季節(jié)；向上游最大位移測值在0～9.09 mm之間，大部分測點(diǎn)發(fā)生在8—10月份的高溫季節(jié)，機(jī)組段出現(xiàn)在低溫季節(jié)。垂線測點(diǎn)向左岸最大位移在0～3.50 mm之間，向右岸最大位移測值在0～4.50 mm之間。

壩體水平位移受溫度及水壓的影響呈現(xiàn)年周期變化，壩頂位移變幅較大，高程越低，位移變幅越小。上下游方向在低溫高水位時向下游位移，高溫低水位時向上游位移。

3.2 大壩垂直位移

3.2.1 壩體及基礎(chǔ)垂直位移

壩頂最大上抬量為11.6 mm(V19，2016年9月)，最大下沉量為11.7 mm(V17，2013年2月)。85 m廊道最大上抬量為0.6 mm(V85-02，2013年9月)，最大下沉量為6.7 mm(V85-10，2013年3月)。

壩體垂直位移呈年周期變化，溫度升高，大壩上抬，溫度降低，大壩下沉。各測點(diǎn)最大下沉一般發(fā)生在每年的2—4月份，最大上抬一般發(fā)生在每年的8—10月份，可見大壩垂直位移滯后氣溫變化時間約在1～2個月。

3.2.2 兩岸邊坡垂直位移

左右岸坡垂直位移變化有一定周期性，高溫季節(jié)上抬，低溫季節(jié)下沉。

3.2.3 開關(guān)站垂直位移

70 m平臺開關(guān)站中，110 kV區(qū)段(上游側(cè)，回填區(qū))有5個測點(diǎn)(沉5～沉9)出現(xiàn)較明顯的下沉，下沉量在45.6～148.3 mm之間，從近幾年的監(jiān)測成果看，下沉量逐年減小，呈收斂形態(tài)。

88 m平臺開關(guān)站，房2～房4測點(diǎn)至2020年12月下沉量在11.6～13.8 mm之間，受溫度影響作小幅波動。

3.3 大壩基巖、伸縮縫及裂縫變形

3.3.1 基巖變形

溫度變化對基巖變形有一定影響，基巖溫度升高時，測值增大(基巖膨脹)，溫度下降時，測值減小(基巖收縮)，3#壩段M2-2、10#壩段M8-3的變化幅度約0.1 mm。2006年以來，3#、10#壩段基巖變形穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯壓縮或膨脹現(xiàn)象。

3.3.2 伸縮縫變形

85廊道伸縮縫三個方向的位移變化均很小，基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。開合度年變幅在0.2 mm以內(nèi)，上下游錯動位移年變幅在0.3 mm以內(nèi)。61廊道伸縮縫三個方向的位移變化均很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。開合度、上下游錯動位移均在0.2 mm以內(nèi)。

3.3.3 裂縫變形

1#壩段壩頂1#、6#裂縫開合度呈年周期變化，高溫季節(jié)，裂縫閉合，低溫季節(jié)，裂縫張開。右岸坡?lián)鯄α芽p開合度呈年周期變化，逐漸閉合，沉降位移持續(xù)減小。錯動位移變化幅度較小，基本穩(wěn)定。

3.4 大壩滲流監(jiān)測

3.4.1 壩基揚(yáng)壓力

大多數(shù)測點(diǎn)測值較平穩(wěn)，與庫水位、溫度的相關(guān)性不明顯，說明防滲帷幕工況較好，排水暢通。灌漿廊道幕后排水線處，壩基揚(yáng)壓水位最高為99.25 m(3#壩段03E1-1，2020年7月)，最低為11 m(8#壩段8E1，2017年7月)，大多數(shù)測點(diǎn)變幅在8 m以內(nèi)。左右岸坡壩段揚(yáng)壓水位較高，中間壩段揚(yáng)壓水位較低。

3.4.2 滲漏量

85廊道、基礎(chǔ)灌漿廊道、1#排水廊道滲漏量受庫水位的影響明顯，呈年周期變化，庫水位升高，滲漏量增大，庫水位降低，滲漏量減小。1#～3#排水廊道、基礎(chǔ)灌漿廊道滲漏量有逐漸減小的趨勢，近期已基本穩(wěn)定。85廊道滲漏量2012年8月達(dá)到歷史最大值6.85L/s。經(jīng)過滲漏補(bǔ)強(qiáng)處理后，85廊道總滲漏量下降至0.42L/s，2013年后85廊道滲漏量基本穩(wěn)定。

3.4.3 繞壩滲流

右岸繞壩滲流孔最高測值在31.48～172.29 m之間，左岸測孔最高測值在32.17～137.28 m之間。繞壩滲流大部分測孔主要受降雨影響，暴雨后，孔內(nèi)水位明顯升高，雨量較小或不降雨時，孔內(nèi)水位降低。

4 結(jié) 語

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)使得大壩運(yùn)行管理人員能夠快速且準(zhǔn)確掌握大壩運(yùn)行形態(tài)，同時更好地掌握大壩變化規(guī)律，更好的預(yù)測大壩變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)隱患問題或異常情況并進(jìn)行排查修護(hù)，有效提高了大壩運(yùn)行安全管理工作的效率，促進(jìn)水電站工程效益的最大化發(fā)揮，節(jié)約工程的投資。