察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)改造設(shè)計

（松遼委察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古烏蘭浩特137400）

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)改造設(shè)計

任俊芳，李帥，滕忠雪

（松遼委察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古烏蘭浩特137400）

文中結(jié)合察爾森水庫除險加固主體工程的改造，對水庫現(xiàn)有部分安全監(jiān)測儀器、設(shè)施進(jìn)行更新改造，建立一套及時反饋建筑物運行工況的安全監(jiān)測系統(tǒng)，保證察爾森水庫安全管理運行。

除險加固；安全監(jiān)測；改造設(shè)計；察爾森水庫

位于嫩江支流洮兒河中游的察爾森水庫，多年運行存在諸多安全隱患，2011年被鑒定為“三類壩”，需要進(jìn)行水庫除險加固，維持原工程規(guī)模不變，主要對壤土心墻壩、溢洪道、泄洪洞三部分工程進(jìn)行維修加固。結(jié)合此次主體工程的改造，對部分水庫現(xiàn)有安全監(jiān)測儀器、設(shè)施進(jìn)行更新改造，建立一套及時反饋建筑物運行工況的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀

目前察爾森水庫安全監(jiān)測主要設(shè)有變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測兩大類。

1.1 變形監(jiān)測

表面垂直位移采用精密水準(zhǔn)測量方法，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測；表面水平位移采用視準(zhǔn)線法(活動艦牌法)，利用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測；倒垂線觀測使用三維坐標(biāo)儀進(jìn)行觀測，目前壩體表面垂直位移、水平位移布置了測點29個。壩體內(nèi)部分層垂直位移、水平位移分別采用沉降儀和測斜儀進(jìn)行觀測，目前共有觀測孔2個，分別位于樁號0+360.00m，1+442.00m處。

1.2 滲流監(jiān)測

大壩滲流監(jiān)測于1991年共布設(shè)65個觀測孔，分布在11個斷面。其中，壩體滲流45孔，壩基滲流15孔，繞壩滲流5孔。2000年4月又增設(shè)了一個觀測斷面、5個觀測孔，其中，心墻2孔、砂礫層3孔。目前，壩體滲流監(jiān)測共計70個測點。

1.3 存在的問題

1）水庫現(xiàn)有安全監(jiān)測設(shè)施、設(shè)備老化落后，變形標(biāo)點因凍融作用破損嚴(yán)重。

2）測壓管保護(hù)裝置同壩頂高程相同，長期被通行的車輛碾壓，造成保護(hù)裝置經(jīng)常開焊破壞變形，很難打開，已多次維修。

3）壩體表面水平位移觀測使用的是T3經(jīng)緯儀，使用年限已久，儀器精度降低。同時由于視準(zhǔn)線過長(大于1800 m)，觀測精度低。三維坐標(biāo)儀年久失修，倒垂線已無法進(jìn)行觀側(cè)。

4）現(xiàn)有滲流監(jiān)測設(shè)施中，測壓管出口至MCU之間儀器電纜老化，電纜保護(hù)管銹蝕嚴(yán)重，有的電纜與保護(hù)管粘連，影響信號傳輸。

5）安裝的滲壓計為基康公司的（Geokon）GK4500S型，量程0.35MPa，長期觀測成果表明，測壓管水位變幅在3～10m，由于選用的滲壓計量程偏大以及已安裝運行14年等因素的影響，導(dǎo)致實際測量精度較低，難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

6）大壩上游護(hù)坡表面變形監(jiān)測點，在上游干砌石護(hù)坡處理過程中，采取了細(xì)石混凝土灌漿處理措施，灌漿后測點與護(hù)坡整體形成一體.導(dǎo)致測點的測值不能真實反應(yīng)壩體變形。

針對以上問題，在此次除險加固工程中，需要對部分現(xiàn)有安全監(jiān)測儀器、設(shè)施進(jìn)行更新改造。

2 改造的主要內(nèi)容

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)改造內(nèi)容主要包括：壩頂所有表面變形監(jiān)測設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行重建；滲流監(jiān)測設(shè)備及相關(guān)的儀器電纜進(jìn)行更換；溢洪道增設(shè)變形、混凝土應(yīng)力應(yīng)變及溫度、閘室底板揚壓力監(jiān)測。按照監(jiān)測功能可分為：表面變形監(jiān)測，閘墩混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力及溫度監(jiān)測，滲流監(jiān)測，自動化監(jiān)測。

2.1 表面變形監(jiān)測

在壩址下游區(qū)布設(shè)一等精密水準(zhǔn)基點網(wǎng)。精密水準(zhǔn)基點網(wǎng)由1組水準(zhǔn)基點組（3點）、11個水準(zhǔn)工作基點組成水準(zhǔn)環(huán)線，按國家一等水準(zhǔn)測量精度施測。水準(zhǔn)基點組布置在壩下游約1.5km處的上壩公路附近；大壩水準(zhǔn)工作基點沿用原有的7個工作基點，溢洪道新增設(shè)4個水準(zhǔn)工作基點。

1）表面垂直位移監(jiān)測

因壩頂施工原監(jiān)測設(shè)施無法保留，需要新設(shè)壩體表而垂直位移測點，測點布置在壩頂心墻軸線部位，共布置17個測點。測點沿壩軸線方向與原測點樁號相同，以便與原監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行銜接。在壩頂左右岸各建一組（2點）壩頂垂直位移監(jiān)測工作基點。

對上游壩坡D線的測點進(jìn)行重新修建，共建6個測點。對下游壩坡C線及馬道上B線原有8個垂直位移測點設(shè)備及7個工作基點設(shè)備及保護(hù)罩進(jìn)行更換。

溢洪道每個閘墩上設(shè)垂直位移測點1個，左右邊墻分別設(shè)4個，共布置12個測點。修建溢洪道水準(zhǔn)工作基點4點，左右側(cè)各1組（2點）。

結(jié)合壩體改造及原監(jiān)測系統(tǒng)情況，壩體表面垂直位移監(jiān)測仍采用精密水準(zhǔn)法觀測。采用的儀器為電子水準(zhǔn)儀和配套水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)工作基點與垂直位移監(jiān)測點，組成閉合或附合水準(zhǔn)路線，按二等水準(zhǔn)測量精度施測。

2）表面水平位移監(jiān)測

因壩頂施工原監(jiān)測設(shè)施無法保留，結(jié)合壩頂拆除處理方案和原觀測布置情況，在壩頂公路下游側(cè)新建壩體水平位移監(jiān)測測點，每個測點間隔約100m，壩頂共布置16個測點。測點沿壩軸線方向?qū)φ赵瓑雾敚ˋ線）測點位置布置，以便監(jiān)測數(shù)據(jù)的銜接與對應(yīng)分析。

由于壩軸線較長，壩頂視準(zhǔn)線長約1500m。根據(jù)規(guī)范要求視準(zhǔn)線長度超過500m時，應(yīng)增設(shè)工作基點，因此需進(jìn)行分段布設(shè)，共分成4段：其中一個工作基點和一個校核工作基點布置在右岸山體上，位于視準(zhǔn)線測點的延長線上；3個工作基點布設(shè)在壩體上。為了給工作基點提供基準(zhǔn)，共布置3條倒垂線，分別位于樁號0+203,0+692m和1+192m下游壩坡上，在倒垂部位建觀測房。倒垂線人工觀測采用光學(xué)垂線儀，自動觀測采用遙測垂線儀，MCU與自動采集中心通過無線通訊設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

對上游壩坡D線的測點進(jìn)行重新修建，與垂直位移點共用一個測點墩，共建6個測點。對下游壩坡C線及馬道上B線原有8個水平位移測點及6個工作基點的設(shè)備及保護(hù)罩進(jìn)行更換。

視準(zhǔn)線采用小角法分段施測。為提高視準(zhǔn)線觀測梢度、降低視準(zhǔn)線觀測工作強度，采用具有自動目標(biāo)識別及快速跟蹤功能的全站儀及配套設(shè)備進(jìn)行觀測。

3）大壩基礎(chǔ)防滲處理范圍內(nèi)防滲墻的監(jiān)測

在大壩基礎(chǔ)防滲處理范圍0+150.00～0+815.00m(長665m)和1+222.00～1+470.00m(長248m)內(nèi)，布置測斜孔監(jiān)測防滲墻的水平位移。在0+150.00～0+815.00m范圍內(nèi)設(shè)一個測斜孔，在1+222.00～1+470.00m范圍內(nèi)設(shè)2個測斜孔。觀測采用現(xiàn)有的測斜儀進(jìn)行。

2.2 閘墩混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力及溫度監(jiān)測

在閘墩設(shè)置一個監(jiān)測斷面，布置應(yīng)變計組、無應(yīng)力計、鋼筋計及溫度計進(jìn)行閘墩混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力及混凝土溫度監(jiān)測。

1）閘墩應(yīng)力監(jiān)測

在監(jiān)測斷面內(nèi)閘墩應(yīng)力比較集中的部位，布置三向應(yīng)變計組監(jiān)測混凝土應(yīng)力的變化，在距每組應(yīng)變計組1.5m的部位布置無應(yīng)力計，共布置2組三向應(yīng)變計組，2支無應(yīng)力計。

2）鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

在監(jiān)測斷面內(nèi)閘墩的扇形鋼筋部位，沿不同高程布置10支鋼筋計，監(jiān)測扇形鋼筋應(yīng)力的變化，在閘墩兩側(cè)弧門支座根部的部位各布置鋼筋計1支。共布置12支鋼筋計。

3）溫度監(jiān)測

閘墩溫度與混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測采用同一監(jiān)測斷面，由于應(yīng)變計、鋼筋計可兼測溫度，因此在有應(yīng)變計的部位不再布置溫度計，閘墩及其基礎(chǔ)共布置18支溫度計。在壩基鉆孔，沿孔內(nèi)不同高程埋設(shè)溫度計監(jiān)測壩基溫度，共布置3支溫度計。

2.3 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括壩基和壩體滲流壓力、滲流量、繞壩滲流監(jiān)測，新處理段防滲堵及帷幕防滲效果監(jiān)測。

1）壩基、壩體滲流壓力及繞壩滲流監(jiān)測

針對滲流監(jiān)測中存在的問題，對全部測壓管進(jìn)行掃孔處理，根據(jù)察爾森水庫管理局多年運行監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出的儀器量程過大，造成測量精度較低。因此，更換部分水位變幅較小，儀器量程偏大的滲壓計，共更換55支滲壓計。儀器安裝完成后引入原MCU，對于所有線路進(jìn)行電纜保護(hù)管和電纜更換，恢復(fù)滲漏量監(jiān)測所需的儀器設(shè)備、設(shè)施。

2）溢洪道閘室底板揚壓力

根據(jù)溢洪道改造方案，為監(jiān)測溢洪道閘室底板揚壓力，在3個泄洪孔各選一個監(jiān)測斷面，每個斷面布置4支滲壓計，共布置12支。儀器電纜最終引至溢洪道頂啟閉機室內(nèi)設(shè)置的MCU。

3）滲流量

原察爾森水庫監(jiān)測設(shè)計中有4座量水堰，溢洪道附近的量水堰在’98洪水中被沖毀，其它3座沒有安裝。結(jié)合此次除險加固設(shè)計中監(jiān)測儀器設(shè)備的更新改造，在原位置對原設(shè)計中的滲流量監(jiān)測儀器設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)與修建，共修建量水堰4座，并在該位置建量水堰觀測維護(hù)房。人工觀測采用水位測針，自動觀測采用磁致式液位計。

4）新處理段防滲墻及帷幕防滲效果監(jiān)測

為監(jiān)測新處理段防滲墻及帷幕防滲效果，在0+ 150.00～0+815.00m范圍內(nèi)設(shè)一個監(jiān)測斷而，在1+222.00～1+470.00m范圍內(nèi)設(shè)2個監(jiān)測斷面。在監(jiān)測斷面內(nèi)的心墻及帷幕后分不同高程布置滲壓計監(jiān)測其防滲效果，每個斷面布置2支滲壓計，共布置6支。

2.4 自動化監(jiān)測

此次改造可納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)的儀器共計69支，儀器通過設(shè)在監(jiān)測站內(nèi)的MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，與原自動化監(jiān)測系統(tǒng)通訊方式一致，采用電臺設(shè)備進(jìn)行無線通訊。原有軟件進(jìn)行升級改造。

共設(shè)2個監(jiān)測站，其中1號監(jiān)測站設(shè)在樁號0+570m處的觀測房內(nèi)，2號監(jiān)測站位于閘墩上的啟閉機室內(nèi)。

布置在壩頂?shù)牡勾挂?號監(jiān)測站，站內(nèi)設(shè)1臺MCU；布置在閘墩內(nèi)的儀器引入2號監(jiān)測站，站內(nèi)設(shè)2臺MCU。

觀測房用電由溢洪道配電室內(nèi)0.4kV低壓配電屏引接，壩頂其它觀測用電由壩頂觀測房引入。

3 結(jié)語

察爾森水庫除險加固工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的改造設(shè)計滿足水庫管理運行要求，儀器的安裝埋設(shè)、電纜的敷設(shè)符合設(shè)計規(guī)范要求，安全監(jiān)測系統(tǒng)性能良好，較好地實現(xiàn)了察爾森水庫安全運行的自動監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。

［1］SL169-96，土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程［S］.

［2］趙志仁.大壩安全監(jiān)測的原理與應(yīng)用［M］.天津：科學(xué)技術(shù)出版杜，1992.

1002－0624（2017）07－0065－03

2017-02-04