龍首一級水電站垂線監(jiān)測系統(tǒng)評價

陳得鵬

摘要：本文通過對龍首一級水電站大壩垂線監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場核查、檢驗和測試的基礎上，評價垂線監(jiān)測項目是否能達到原設計的監(jiān)測目的，并對整個垂線觀測系統(tǒng)的完備性、監(jiān)測設施的可靠性、穩(wěn)定性等做出評價，提出垂線監(jiān)相關(guān)測工作的改進建議，最后對龍首一級水電站大壩垂線監(jiān)測系統(tǒng)進行全面的綜合評價，垂線系統(tǒng)的測點布置觀測方法、觀測頻次滿足規(guī)范要求，能夠全面、準確反映大壩和壩基的水平位移。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土 拱壩垂線監(jiān)測 評價

中圖分類號：TV698.1文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）5（c）-0000-00

1 工程概況

龍首一級水電站位于甘肅省張掖市西南約30km的黑河中游。工程以發(fā)電為主，電站總裝機容量59MW。設計水庫總庫容1320萬m3，為日調(diào)節(jié)性能，正常蓄水位1748.00m。2001年12月底工程全部完工。樞紐由攔河壩、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房組成，為三等中型工程，攔河壩由碾壓混凝土拱壩、左岸碾壓混凝土重力壩和右岸推力墩組成。壩頂高程1751.50m。

2 垂線監(jiān)測系統(tǒng)布置

為了監(jiān)測龍首一級大壩和壩肩的水平位移，在拱壩及其拱端共布置有3條垂線。1#垂線布置在右拱端的右岸推力墩，共有2個測點，分布在1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP1和PL1。2#垂線布置在拱冠附近，共有3個測點，分布在1676.5m高程、1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP2、PL2-1和PL2。3#垂線布置在左岸重力壩，共2個測點，分布在1700m高程和1751.5m高程，編號分別為IP3-2和IP3-1。

3 觀測方法及頻次

垂線自動化監(jiān)測設備采用南瑞大壩公司研制的電容式傳感器。人工比測采用MZ-1型垂線讀數(shù)儀，觀測時，從左到右移動游標尺，通過瞄準孔，當瞄準孔、垂線鋼絲和瞄準針三點一線時，分別依次讀取左右標尺的的刻度值，瞄準兩次，兩次讀數(shù)構(gòu)成一個測回，取均值作為該測回的觀測值，每測次觀測兩個測回。自動化觀測每天觀測一次，人工比測目前為每年觀測一次。

4 現(xiàn)場檢查

現(xiàn)場檢查共對龍首一級大壩3條垂線、7個垂線測點進行了現(xiàn)場檢查，檢查結(jié)果如下：

（1）倒垂浮體組安裝較好，浮子水平、連桿垂直，浮子活動自由，位于浮筒中心，倒垂線體采用不銹銦鋼絲，直徑1.65mm，倒垂保護管直徑均達到168mm。

（2）正垂懸掛點牢固穩(wěn)定，保護管直徑168mm以上，線體采用不銹銦鋼絲，直徑1.65mm，線體基本處于保護管中央，阻尼筒內(nèi)徑和高度比重錘直徑和高度大20cm以上，可以保證重錘在阻尼筒內(nèi)自由浮動，重錘設有阻尼止動葉片。

（3）正倒垂結(jié)合狀態(tài)，正倒垂結(jié)合點布置在同一觀測墩上，能保證正垂絕對位移的可靠性。

（4）各測點觀測墩與壩體結(jié)合牢靠，穩(wěn)定，能反映大壩位移。所有測點均設有觀測房保護，房內(nèi)環(huán)境較為干燥，測點工況良好。

（5）倒垂線深入基巖的深度在27m～44m之間，滿足規(guī)范對于倒垂線“鉆孔深度不宜小于10m”的要求。

（6）垂線受到擾動后的復位效果是檢驗垂線設備安裝質(zhì)量的重要指標。復位試驗的目的就是檢驗垂線的安裝質(zhì)量和實際的復位效果。具體方法是在垂線擾動前分別測讀垂線左、右盤讀數(shù)，然后將垂線線體向某一方向推動20mm左右后松手，記錄穩(wěn)定后的讀數(shù)和穩(wěn)定所需時間。經(jīng)檢測，龍首一級大壩正倒垂的復位時間在3分鐘以內(nèi)，復位差不大于0.1mm，復位效果較好，垂線安裝質(zhì)量滿足要求。

（7）垂線浮力復核

倒垂浮力和正垂掛重是影響垂線工作狀態(tài)的重要因素，《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》DL/T5178-2003規(guī)定，倒垂浮子浮力應滿足以下條件：

正垂鋼絲應力和鋼絲抗拉安全系數(shù)的計算同倒垂。

經(jīng)計算并結(jié)合監(jiān)測規(guī)范（DL/T5178-2003）， IP1和IP2受到的浮力滿足規(guī)范要求，而IP3的實際浮力不滿足規(guī)范要求值；各條倒垂線鋼絲抗拉安全系數(shù)均滿足規(guī)范中K≥3的要求，建議提升IP3倒垂浮筒內(nèi)油位的油位，增加倒垂浮力；各條正垂線的實際掛重均大于規(guī)范要求的掛重，且抗拉安全系數(shù)均滿足規(guī)范中K≥2的要求。

通過現(xiàn)場檢查結(jié)果，浮筒內(nèi)液面均未將浮子全部淹沒。

5 自動化測值穩(wěn)定性分析

利用自動化監(jiān)測系統(tǒng)中的定時測量功能，在盡量短的時間內(nèi)對測點連續(xù)測讀n次，利用n次觀測中誤差m估算垂線自動化監(jiān)測結(jié)果的重復讀數(shù)精度和測值穩(wěn)定性。采用該方法對所有垂線測點的重復讀數(shù)精度和測值穩(wěn)定性進行了檢測，檢測結(jié)果表明，垂線自動化的測值重復穩(wěn)定性均達到優(yōu)秀標準，說明垂線自動化系統(tǒng)短期穩(wěn)定性較好。

6垂線自動化精度評價

垂線自動化精度評價方法與人工垂線相同，其自動化讀數(shù)誤差取垂線儀重復測試成果表中的結(jié)果，因此，垂線坐標儀測量中誤差平均為±0.05mm，壩頂、1680.4m和1700.0m高程廊道倒垂自動化觀測精度平均為 ，1700.0m高程廊道正垂自動化監(jiān)測精度平均為 ，壩頂正垂線自動化監(jiān)測平均精度為 。因此垂線自動化監(jiān)測的精度滿足規(guī)范要求。

7 垂線監(jiān)測準確性檢測結(jié)果

現(xiàn)場性能標定，使用南瑞公司提供的垂線標定裝置，對垂線每個測點、每個方向的人工讀數(shù)和自動化監(jiān)測結(jié)果現(xiàn)場標定。經(jīng)檢測7臺電容式垂線坐標儀中，在不同的標定量下，所有測點均達到或超過合格標準，其中70%以上能達到優(yōu)秀標準。故垂線系統(tǒng)的測值整體可靠性較高。

8 結(jié)語

（1）正、倒垂線觀測設計布置合理，監(jiān)測頻次能滿足規(guī)范要求。

（2）垂線自動化觀測精度較高，倒垂精度為0.07mm，正垂精度為0.12mm，均能滿足監(jiān)測規(guī)范要求。人工垂線觀測最大中誤差為±0.25mm，能滿足規(guī)范要求。

（3）垂線現(xiàn)場檢查和線體應力復核表明，除IP3外，其余倒垂線的實際浮力都能夠達到規(guī)范要求，線體抗拉安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求；各條正垂線掛重及線體抗拉安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，建議提升IP3浮筒內(nèi)的油位，增加倒垂浮力。

（4）從垂線測點的測值過程線可見，曲線連續(xù)性較好，測值整體精度較高，能夠真實反映大壩的變形規(guī)律。

參考文獻

[1] 混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，DL/T5178-2003.

[2] 混凝土壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程，DL/T5209-2005.

[3] 大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范，DL/T5211-2005.