青山水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)剖析

張 璇，郭 巍

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局，遼寧 撫順113007)

1 工程概況

葫蘆島市是以石油化工為龍頭，以冶金、建材、機(jī)械、造船等為支柱的門類齊全工業(yè)體系，是國(guó)家重要工業(yè)基地之一。

青山水庫(kù)下游有京哈鐵路、公路及綏中縣城等。水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容為6.61億m3。

水庫(kù)是六股河流域的控制工程，工程位于六股河干流中游，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧改善城區(qū)和六股河流域下游生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大(2)型水利工程，是實(shí)現(xiàn)葫蘆島地區(qū)水資源合理配置的跨流域調(diào)水工程。

水庫(kù)樞紐工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道等，主要建筑物的級(jí)別均為2級(jí)。

工程建成后，2020年水平年可向葫蘆島市供水17.10萬(wàn)t/d，可將綏中縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50 a一遇，六股河流域下游兩岸農(nóng)田的防洪標(biāo)準(zhǔn)由不足10 a一遇提高到20 a一遇，并改善了六股河流域下游枯水期及葫蘆島市的生態(tài)環(huán)境，工程建設(shè)將為葫蘆島地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提供有力支持。

2 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)依據(jù)與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.1 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)依據(jù)

《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［1］SL60—94、《土石壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程》［2］(SL169—96)、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］(SL265—2001)、《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］(SL253—2000)、《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［5］(SDJ336—89)、《國(guó)家一、二、三等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB12897—91)。

2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括變形監(jiān)測(cè)、滲流量與滲壓監(jiān)測(cè)、庫(kù)區(qū)泥沙淤積監(jiān)測(cè)、上下游水位監(jiān)測(cè)、流量監(jiān)測(cè)、沖刷監(jiān)測(cè)。

3 主壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

青山水庫(kù)主壩為黏土心墻砂礫石壩，屬2級(jí)建筑物。為了監(jiān)測(cè)大壩安全運(yùn)行，根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(SL60－94)》的要求，對(duì)主壩設(shè)以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

3.1 變形監(jiān)測(cè)

3.1.1 水平位移監(jiān)測(cè)

3.1.1.1 水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立

在主壩左、右端各建立1個(gè)工作基點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)，組成四邊形水平位移控制網(wǎng)。用全站儀進(jìn)行基點(diǎn)的水平坐標(biāo)定位。監(jiān)測(cè)網(wǎng)由主壩兩端的工作基點(diǎn)及壩上19個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。

3.1.1.2 水平位移監(jiān)測(cè)方法

將全站儀布設(shè)在某工作基點(diǎn)上，以另一個(gè)工作基點(diǎn)為后視方向，儀器按各測(cè)點(diǎn)的初始坐標(biāo)自動(dòng)尋找目標(biāo)點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)及記錄，采集的數(shù)據(jù)可隨后在計(jì)算中心進(jìn)行后處理從而得到各點(diǎn)的水平位移量［6］。

3.1.2 垂直位移監(jiān)測(cè)

3.1.2.1 垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立

垂直位移監(jiān)測(cè)采用三級(jí)點(diǎn)位，兩級(jí)控制的方法。三級(jí)點(diǎn)位即設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)、起測(cè)基點(diǎn)、垂直位移標(biāo)點(diǎn)3種測(cè)點(diǎn)。兩級(jí)控制既由水準(zhǔn)基點(diǎn)校測(cè)起測(cè)基點(diǎn)，由起測(cè)基點(diǎn)監(jiān)測(cè)垂直位移標(biāo)點(diǎn)。

垂直位移控制網(wǎng)是由主壩左、右兩岸在地基形變范圍以外設(shè)置的水準(zhǔn)基點(diǎn)及兩壩頭的起測(cè)基點(diǎn)組成。垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)是由起測(cè)基點(diǎn)與壩上位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。水準(zhǔn)基點(diǎn)以三點(diǎn)為一組，布置成邊長(zhǎng)為50 m的等邊三角形。起測(cè)基點(diǎn)的引測(cè)、校測(cè)，可參照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量(GB12897—91)方法進(jìn)行，但閉合差≤±0.72 mm(n為測(cè)站數(shù))。

3.1.2.2 垂直位移監(jiān)測(cè)方法

用數(shù)碼水準(zhǔn)儀及測(cè)尺，沿著壩兩岸起測(cè)基點(diǎn)與壩上各位移標(biāo)點(diǎn)(水平位移標(biāo)點(diǎn)與垂直位移標(biāo)點(diǎn)共用一點(diǎn))組成附合水準(zhǔn)路線，按國(guó)家三等水準(zhǔn)測(cè)量(GB12898—91)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，閉合差≤±1.4 mm。

3.2 滲流監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)壩體在上、下游水位差作用下產(chǎn)生的滲流場(chǎng)，設(shè)置滲流壓力、滲流量監(jiān)測(cè)。

3.2.1 滲流觀測(cè)滲流觀測(cè)網(wǎng)是由沿著壩軸線布置6個(gè)橫向觀測(cè)斷面，每個(gè)橫向觀測(cè)斷面設(shè)2～5條測(cè)壓管，在每個(gè)測(cè)壓管內(nèi)各設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，安裝弦式滲壓計(jì)，每個(gè)滲壓計(jì)的信號(hào)通過(guò)4芯屏蔽電纜引致數(shù)據(jù)采集測(cè)控單元(DAU)。共計(jì)23個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3.2.2 繞壩滲流

在左、右岸壩肩部位各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4條監(jiān)測(cè)鉛直線，每條測(cè)線上布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3.2.3 滲流量監(jiān)測(cè)

為觀測(cè)滲漏量，在壩下游河床中設(shè)測(cè)壓管，通過(guò)觀測(cè)地下水位坡降計(jì)算出滲流量。其測(cè)壓管布置，順?biāo)鞣较蛟O(shè)2～3根，垂直水流方向與滲流監(jiān)測(cè)斷面相同，共計(jì)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在下游壩趾附近分3個(gè)區(qū)設(shè)置導(dǎo)滲溝，在各導(dǎo)滲溝出口及總出口設(shè)置量水堰測(cè)量滲流量，共計(jì)4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3.3 庫(kù)區(qū)水位觀測(cè)

在左岸附近庫(kù)區(qū)水流平穩(wěn)處，設(shè)置水位計(jì)一支監(jiān)測(cè)庫(kù)區(qū)水位。

3.4 庫(kù)區(qū)泥沙淤積監(jiān)測(cè)

沿著庫(kù)區(qū)上游每隔2 km設(shè)1個(gè)橫斷面，每個(gè)斷面在庫(kù)區(qū)兩邊設(shè)控制基點(diǎn)。監(jiān)測(cè)人員坐船根據(jù)GPS確定的方向，用數(shù)字雙頻測(cè)深儀監(jiān)測(cè)庫(kù)區(qū)泥沙淤積情況。每年監(jiān)測(cè)1次既可。

4 副壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

青山水庫(kù)副壩為粉質(zhì)黏土均質(zhì)壩，屬2級(jí)建筑物。為了監(jiān)測(cè)大壩安全運(yùn)行，根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(SL60—94)》的要求，對(duì)副壩設(shè)以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:變形監(jiān)測(cè)、滲流壓力監(jiān)測(cè)。

4.1 表面水平位移與豎向位移觀測(cè)

表面水平位移與豎向位移觀測(cè)分別采用視準(zhǔn)線法和水準(zhǔn)法，二者測(cè)點(diǎn)共用一個(gè)墩子，選擇4個(gè)觀測(cè)縱斷面進(jìn)行觀測(cè)。它們分別位于壩頂上游側(cè)、下游壩肩處、下游壩坡馬道上及下游坡腳處。

4.2 滲流壓力觀測(cè)

滲流壓力觀測(cè)網(wǎng)是由沿著壩軸線布置1個(gè)橫向觀測(cè)斷面，橫向觀測(cè)斷面設(shè)4條測(cè)壓管，在每個(gè)測(cè)壓管內(nèi)各設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，安裝弦式滲壓計(jì)，每個(gè)滲壓計(jì)的信號(hào)通過(guò)4芯屏蔽電纜引致數(shù)據(jù)采集測(cè)控單元(DAU)。共計(jì)4個(gè)測(cè)點(diǎn)及1個(gè)DAU集線箱組成，形成局部的自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)。

5 溢洪道監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

青山水庫(kù)溢洪道，屬2級(jí)建筑物。為了監(jiān)測(cè)其安全運(yùn)行，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范(SL253—2000)》的要求，對(duì)溢洪道主要設(shè)以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:變形監(jiān)測(cè)、滲流揚(yáng)壓力、上下游水位及水面線、流量監(jiān)測(cè)、沖刷監(jiān)測(cè)。

5.1 變形監(jiān)測(cè)

水平位移與垂直位移觀測(cè)分別采用視準(zhǔn)線法和水準(zhǔn)法，二者測(cè)點(diǎn)共用一個(gè)墩子，在每一閘墩及邊墩上設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

為監(jiān)測(cè)溢洪道橫縫變形，在第二、四孔堰體橫縫處各設(shè)3支測(cè)縫計(jì)，共計(jì)6支。

5.2 滲流揚(yáng)壓力觀測(cè)

在平行于堰體軸線的方向設(shè)一排滲流揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，在每一閘孔中間斷面閘底板處各設(shè)一個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，順?biāo)鞣较颍?、4孔設(shè)2個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面各設(shè)4個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，共計(jì)11個(gè)測(cè)點(diǎn)。用弦式滲壓計(jì)觀測(cè)閘基底板滲流揚(yáng)壓力。

5.3 溢洪道閘門上、下游水位及水面線觀測(cè)

在溢洪道閘門上游閘墩及下游翼墻上畫(huà)上水尺標(biāo)志，監(jiān)測(cè)大壩上、下游水位，同時(shí)測(cè)量溢洪道的水面線，當(dāng)水尺標(biāo)志被沖壞時(shí)需及時(shí)補(bǔ)上。

5.4 流量監(jiān)測(cè)

溢洪道閘門選擇1、3、5孔作為典型率定閘門，在閘室下游墩側(cè)壁安裝明渠交叉8聲路超聲波流量計(jì)，設(shè)置測(cè)流斷面，利用超聲波流量計(jì)實(shí)測(cè)不同水位情況的流量。溢洪道閘前水位監(jiān)測(cè)(1處)布置在水面平穩(wěn)處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在溢洪道閘上游岸邊。溢洪道閘門選擇1、3、5孔，每孔設(shè)一個(gè)閘后水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在閘后的閘墩上。

各水位、流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)電纜接入設(shè)置在啟閉機(jī)室的現(xiàn)地單元，再經(jīng)光纜接入監(jiān)控主機(jī)，通過(guò)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)各個(gè)閘孔水位、流量數(shù)據(jù)的采集、處理、計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、各種圖象顯示、報(bào)表等功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的流量監(jiān)測(cè)集中管理。

5.5 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)閘墩的應(yīng)力，分別在中孔二閘墩內(nèi)，1、5孔堰體內(nèi)設(shè)2支應(yīng)力計(jì)及2支無(wú)應(yīng)力計(jì)，共計(jì)6支應(yīng)力計(jì)及6支無(wú)應(yīng)力計(jì)。為監(jiān)測(cè)閘墩牛腿扇形筋的應(yīng)力與變形，在每個(gè)閘墩牛腿扇形筋上設(shè)1支鋼筋計(jì)，共計(jì)10支。

5.6 溫度監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)閘墩和堰體的溫度，在溢洪道中孔二閘墩及堰體內(nèi)設(shè)6支溫度計(jì)，共12支。

5.7 滲流監(jiān)測(cè)

在左、右岸肩部位各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4條監(jiān)測(cè)鉛直線，每條測(cè)線上布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。

5.8 沖刷監(jiān)測(cè)

沿著溢洪道下游每隔100 m設(shè)一個(gè)橫斷面，每個(gè)斷面在河道兩邊設(shè)控制基點(diǎn)。每次泄洪后，觀測(cè)一次河道沖刷情況。

6 輸水洞監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

在輸水洞進(jìn)、出口處，設(shè)2個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)3支鋼筋計(jì)，2支3點(diǎn)位移計(jì)。在輸水洞隧洞內(nèi)每50 m設(shè)置1個(gè)變形收斂觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)1支收斂計(jì)，共計(jì)6支。由于自然因素變化多變，監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)有限，因此從施工期到運(yùn)行期都要進(jìn)行巡視檢查。

7 自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器(滲壓計(jì))、監(jiān)測(cè)分站(DAU)、監(jiān)測(cè)總站(中控觀測(cè)室)、光纜及安全監(jiān)控管理軟件組成，系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集方式。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)青山水庫(kù)的安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和確定的設(shè)計(jì)方案，提出了水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)措施，為水庫(kù)安全運(yùn)行提供了重要保障。

［1］中華人民共和國(guó)水利部，電力工業(yè)部SL60—94.土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1994.

［2］水利部大壩安全管理中心.SL169—96土石壩安全監(jiān)測(cè)資料整編堆積［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1997.

［3］江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［4］水利部天津水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL253—2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2000.

［5］混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范編制組.SDJ336—89混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1989.

［6］李劍.石堡子水庫(kù)面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2011，47(12):34－37.