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大坝安全监测的


第 27卷第 3期 2 0 0 8年 6月













Vo. 27, No 3 l . Jun. , 2 0 0 8

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大坝安全监测的 / 三控制、 一管理 0
朱晓东
(四川川投田湾河开发有限责任公司, 四川 成都 摘 610015) 要: 从分析影响大坝安全的各种因素入手, 提出: ( 1 )大坝安全监测要有明显的针对性; ( 2 )重视对溃坝的分析; ( 3)大坝

安全监测应和设计及大坝安全定检结合起来, 以方便资料分析和相互校核; ( 4)加强对大坝的安全监 测 (包括监测系统 ), 特 别是自动化系统的效益评估, 要求大坝安全监测系统成为水库运行调度的依据, 真正 为提高水库效益 服务; ( 5 )通过网络技 术, 实现大坝安全监测的网络化, 以方便经验交流, 提高监测技术。综合为: 三控制, 即: 大坝安全监测的设 计控制、 大坝安全 监测的施工控制、 大坝安全监测的验收控制; 一管理, 即: 大坝安全监测的运行管理。 关键词: 大坝安全监测; 三控制; 一管理; 仁宗海水库 中图分类号: TV697 TV641; X924 3 ; . 文献标识码: B 文章编号: 100122184( 2008) 0320111203

近日, 国家水利部组织召开了 / 全国病险水 库除险加固工作电视电话会 0, 会议强调: 目前病 险水库除险加固工作的安全形势不容乐观、 潜在 威胁越来越大, 病险水库除险加固工作任务艰巨, 国家将下决心用三年时间加大资金投入、 全面落 实病险水库除险加固工作。笔者结合工程建设实 际, 就大坝监测系统安全运行管理谈一点看法。 1 仁宗海水库电站概况 田湾河是大渡河中游右岸的一级支流, 发源 于贡嘎山西侧, 主源莫溪沟与最大支流环河均位 于康定县境内。从巴王海至河口河道长 48 k m, 天然落差为 2 120 m, 河道平均坡降 44 2j 。全 . 流域面积 1 400 km , 河口多年平均流量 42 3 m / . s 是四川省水力 资源中具有相当 优势的中 型河 , 流。 田湾河流域梯级电站为干、 支流 / 一库三级 0 开发。整个梯级从上至下依次由仁宗海、 金窝和 大发三级水电站组成, 总装机容量 760 MW, 其中 仁宗海电站装机容量为 240 MW。作为梯级电站 的龙头水库, 仁宗海大坝为采用混凝土防渗墙、 结 合复合土工膜防渗的堆石坝, 坝顶高程 2 934 00 . m, 最大坝高 50 m, 坝顶长 830 85 m 坝顶宽度 8 . , m。坝基础为深厚覆盖层, 坝基 淤泥质基础采用 振冲碎石桩处理, 坝基防渗采用悬浮式混凝土防 渗墙, 最大墙深约 75 m, 墙厚 1 0 m, 两岸坝肩岩 . 体防渗采用帷幕灌浆处理。
收稿日期: 2008204218
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2 大坝安全监测的重要性 ( 1)影响大坝安全的因素。 众所周知, 大坝是一种特殊建筑物, 其特殊性 主要表现在以下 3个方面: ?投资及效益的巨大 和失事后造成灾难的严重性; ?结构、 边界条件及 运行环境的复杂性; ?设计、 施工、 运行维护的经 验性、 不确定性和涉及内容的广泛性。 影响大坝安全的因素很多, 据国际大坝会议 / 关于水坝和水库恶化 0小组委员会记录的 1100 座大坝失事实例, 从 1950 年至 1975年大坝失事 的概率和成因分析中得出大坝失事的频率和成因 分别为: 30 是由于设计洪水位偏低和泄洪设备 % 失灵引起洪水漫顶而失事; 27 是由于地质条件 % 复杂, 基础失稳和意外结构事故; 20 是由于地下 % 渗漏引起扬压力过高、 渗流量增大、 渗透坡降过大 引起; 11 是由于 大坝老 化、 % 建筑材 料变质 (开 裂、 浸蚀和风化 )以及施工质量等原因; 12 是不 % 同的特有原因所致。 通过上面的数值可以看出, 大坝失事的原因 很多、 涉及范围也很广, 但大致可以分成 3类。第 一类是由设计、 施工和自然因素引起, 它没有一个 从量变到质变的过程, 而是一旦大坝建成就已确 定的, 如设计洪水位偏低、 混凝土标号过低、 未考 虑地震荷载等; 第二类是在运行、 管理过程中逐步 形成的, 有一个从量变到质变的发展过程, 如冲 刷、 浸蚀、 混凝土的老化、 金属结构的锈蚀等; 第三 类是上述两种情况的混合体, 即设计、 施工中的不
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朱晓东: 大坝安全监测的 / 三控制、 一管理 0

2008年第 3期

完善在运行中得不到改正, 或者说随着时间的推 移和运行管理的不力使设计、 施工中的隐患发展 为破坏。就目前而言, 大坝安全监测主要是针对 后两种情况。 ( 2)大坝安全监测的目的和意义。 要准确了解大坝的工作性态, 只能通过大坝 安全监测来实现。大坝安全监测有校核设计、 改 进施工和评价大坝安全状况的作用, 且重在评价 大坝安全。大坝安全监测的浅层意义是为了让人 们准确掌握大坝性态; 深层意义则是为了更好地 发挥工程效益、 节约工程投资。大坝安全监测不 仅是为了被监测坝的安全评估, 还要有利于其他 大坝包括待建坝的安全评估。 大坝安全监测是人们了解大坝运行性态和安 全状况的有效手段。随着科学技术的发展、 管理 水平的提高及人们观念的转变, 大坝安全监测的 内涵也进一步加深。事实上, 大坝安全监测已受 到人们的广泛重视, 我国已先后颁布了差阻式仪 器标准及监测仪器系列型谱、 5水电站大 坝安全 检查实施细则 6、 5混凝大坝安全监测技术规范 6、 5水库大坝安全管理条例 6、 石坝安全监测技 5土 术规范 6等。以仁宗海大坝安 全监测为例, 介绍 了大坝安全监测的 / 三控制, 一管理 0。 3 大坝安全监测的 / 三控制、 一管理 0 ( 1)大坝安全监测的设计控制。 设计是大坝的构思者。在设计阶段, 坝址的 确定决定于坝址处地形、 地质、 地震发生频率及水 文条件等; 枢纽的总体布置、 坝型及结构、 材料选 择和分区、 水文资料的收集及洪水演算、 地质勘探 等都将影响大坝的安全。 成都院根据前期地质条件和坝体监测实际需 要, 将仁宗海堆石坝系统监测具体分为 5个工程 部位: 防渗墙、 堆石坝、 进水口边坡、 放空洞进口边 坡及左岸坝肩, 详述如下: ?防渗墙监 测: 采用 3 套固定式 测斜仪 (含 15支传感器 )监测防渗墙的整体挠度变形; 12支 渗压计监测防渗墙沿渗流 路径布置的渗 流扬压 力; 16支单向应变计和 4支无应力计监测防渗墙 混凝土的应力应变; ?堆石坝监测: 坝体表面及坝体岸坡设置水 平位移测点 41个、 水准测点 41个; 坝体内安装水 管式沉降仪 14套, 20个沉降环 (根据设计要求新
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增, 分别布置于 VE9~ VE12孔内 )对坝体及坝体 岸坡进行水平位移及垂直位移 (即不均匀沉降 ) 监测。坝体内共安装埋设渗压计 80支, 用于坝体 扬压力监测。在坝体周围布设绕坝渗流测点 20 个, 坝后布置自动量水堰 3支, 以对坝体周围地下 水渗流情况予以监测。布置 8套固定测斜仪 (共 33支传感器, 分布于 VE1~ VE8测斜孔内 ), 从而 能够更为清晰地对坝体不同深度的水平变形及挠 度变化进行监测。坝前布置水位标尺 2付, 及自 计水位计 2支, 对坝体不同部位的水位进行监测。 ?进水口边坡监测: 仁宗海水库电站引水洞 进口边坡为陡直的岩质边坡, 边坡基岩较为破碎, 按设计要求, 在该工程部位共布置有锚索测力计 5台、 多点位移计 2套。 ?左岸坝肩监测: 左岸坝肩的岩体主要为强 风化的岩石块体, 完整性较差。为了解左岸坝肩 不同深度岩体的变形及支护应力的变化情况, 于 左岸坝肩坡体的不同部位分别布设了 3套多点位 移计和 3支锚杆应力计。 通过在坝体各关键部位设置监测仪器, 可以 有效的了解仁宗海堆石坝在施工、 运行中的变形 情况, 从而对坝体稳定性进行安全评估。 ( 2)大坝安全监测的施工控制。 施工是大坝的建筑者。施工阶段能否贯彻设 计意图、 确保施工质量, 特别是有效解决施工中发 现的新问题是确保大坝安全的关键因素之一, 如 混凝土坝的温控措施、 土石坝的碾压及防渗排水 结构的施工、 有关泄洪建筑物的机电安装等都将 直接影响大坝的安全。 在实际施工中, 仁宗海大坝防渗墙部位共布 设了 47支监测仪器已全部安装完毕, 在施工期的 正常观测过程中未发现有工作异常的监测仪器, 各支仪器均能很好的反映出防渗墙各部位的变形 情况。同时, 依据仁宗海水库电站放空洞进口、 左 坝肩边坡揭示的地质条件, 设计采用锚索测力计 和锚杆应力计组对该边坡支护范围内的锚索、 锚 杆束、 锚杆受力情况予以监测, 了解边坡稳定性, 防止因边坡失稳塌方引起水库涌浪而导致坝体失 事。 ( 3)大坝安全监测的验收控制。 验收是大坝的质检者。大坝监测系统资料的 收集验收: ?产品资料; ?施工过程的监督、 检查、

第 27卷总第 119期

四川水力发电

2008年 6月

监理资料; ?施工中的监测设备及前期监测资料; ?监测系统在坝体蓄水过程中的坝体变形、 位移 等监测资料。 大坝的蓄水验收及蓄水安全鉴定, 将大坝安 全评估与设计标准、 设计参数 (如安全系数, 可靠 度指标 )等指标 结合起来, 充分利用大坝 安全定 检的成功经验和方法, 易于理解、 掌握和应用。 ( 4)大坝安全监测的运行管理。 运行管理涉及水库调度、 大坝及附属机电设 施检查、 监测手段及资料分析方法、 大坝安全状况 评价等, 其中每一环节都事关大坝的安全。 ?贯彻 / 安全第一 0的方针, 应当建立、 健全 安全管理规章制度, 落实安全责任制; 工作有人去 做, 制度有人落实, 管理有人监督, 责任有人承担。 ? 做到 / 监测项目切实、 监测方法可行 0。根 据坝址、 枢纽布置、 坝高、 库容、 投资及失事后果等 进行确定, 根据具体情况由坝体、 坝基推广到库区 及梯级水库大坝, 大坝安全监测的时间应从设计 时开始直至运行管理。大坝安全监测的内容不仅 是坝体结构及地质状况, 还应包括辅助机电设备 及泄洪消能建筑物等; 人工巡查和仪器监测是分 不开的, 监测手段和方法必须多样化, 即将各种监 测手段和方法结合起来, 将定性和定量监测结合 起来; 必须按照有关技术标准, 对大坝进行安全监 测和检查; 对监测资料应当及时进行整理分析, 随 时掌握大坝运行状况。在发现异常现象和不安全 因素时, 大坝管理单位应当立即报告大坝主管部 门, 及时采取措施。 ?做到 / 思想、 组织、 措施、 物资 0四个落实和 / 人员、 措施、 工作 0三个到位; 做到汛前 有计划、 汛后有总结。编制大坝安全检查监测措施、 防洪 渡汛预案及突发事故应急预案。汛前加强与驷马 塘水文站、 仁宗海水文站和草科气象站的联系, 及

时采集各雨量站的数据, 取得实时降雨信息和气 象资料, 必须尽可能地将流域水情、 梯级水库调度 情况及洪水预报、 大坝安全监测和本水库运行调 度情况结合起来。 ?大坝安全监测的新内涵是大坝安全监测的 网络化、 智能化、 效益化。近期, 一些单位在专家 系统、 人工智能及决策支持系统开发中, 直接将监 测资料 (如库水位、 温度、 应力、 扬压力等 )与设计 标准 (稳定、 强度 )对照起来用于坝体强度及稳定 校核是一种很好的思路。目前, 自动监测系统的 数据采集软件均有巡测和选测功能, 为适应 / 无 人值班, 少人值守 0的要求, 设 置自动巡测、 在线 诊断、 自动报警是对系统的必然要求。随着信息 化的推广, 大坝安全监测应主动适应时代要求, 走 向网络化、 智能化, 采用网络数据库、INTERNET / I TRANET等技术, 建立全国的 大坝安全监测信 N 息网是时代的要求, 以方便系统维护和资料分析。 4 结 语 大坝安全监测实际上是一种控制与管理, 包 括信息采集、 处理、 结论的得出、 措施的制定、 信息 的反馈, 其根本目的是为了工程效益。总之, 大坝 安全监测就是充分利用科技进步, 逐步走向即时 化、 智能化、 网络化, 做好监测系统的 / 三控制、 一 管理 0, 确保大坝以较少的投入来保证其长期、 稳 定、 安全的运行, 实现效益的最大化。
参考文献:
[ 1] [ 2] [ 3] 赵志仁. 大坝安全监测的原理与应用 [M ]1 天津: 天津科学 技术出版社, 1992 SDJ336289, 混凝土大坝安全监测技术规范 [ S]. SL60294 土石坝安全监测技术规范 [ S]. .

作者简介: 朱晓东 ( 19742), 男, 四川成都人, 助理工程师, 从 事水电厂技术与 管理工作. (责任编辑: 李燕辉 )

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