蒲石河抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及資料分析

□王 瑋（駐馬店板橋水庫管理局）

1.水電站概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣境內(nèi)，距丹東市約60km，是我國(guó)東北擬建中的第一座大型抽水蓄能電站，該電站樞紐由下水庫泄洪排沙閘壩，上水庫及上水庫粘土心墻堆石壩、上下水庫進(jìn)出水口、地下廠房洞室系統(tǒng)、地下輸水洞室系統(tǒng)及地面開關(guān)站等地面附屬建筑物組成

2.監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)布置

依據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL60-94）,《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T5178-2003）等規(guī)范，進(jìn)行了粘土心墻堆石壩的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

大壩安全監(jiān)測(cè)主要包括變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、應(yīng)力（壓力）等監(jiān)測(cè)。

2.1 變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)是重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)大壩外部和內(nèi)部的豎向和水平位移判斷大壩可能出現(xiàn)問題的部位和原因。

2.1.1 外部變形觀測(cè)

由于水庫汛期庫水位較高，庫水位變化頻繁，外部變形監(jiān)測(cè)極為重要，心墻前堆石體未設(shè)內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，因此，上游坡面的外部變形監(jiān)測(cè)尤為重要。

2.1.1.1 精密邊角網(wǎng)建立

根據(jù)下水庫大壩及下進(jìn)出口邊坡的布置情況，在庫區(qū)周圍的山體上及下游平緩地區(qū)共設(shè)置七個(gè)邊角網(wǎng)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)水庫壩體壩體上游面及下進(jìn)出水口邊坡表面的垂直、水平位移及壩體下游面的表面水平位移。邊角網(wǎng)為專用二等控制網(wǎng)，網(wǎng)中最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差<±2.5mm

2.1.1.2 水準(zhǔn)網(wǎng)的建立

水準(zhǔn)網(wǎng)有一組水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)（3個(gè)標(biāo)石）和5個(gè)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)組成。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)有一個(gè)點(diǎn)設(shè)在壩體左岸的公路上，另外2個(gè)點(diǎn)設(shè)在右?guī)彀兜墓愤叀Ｋ疁?zhǔn)工作基點(diǎn)作為壩體下游面垂直位移監(jiān)測(cè)的起測(cè)基點(diǎn)，其高程和垂直位移測(cè)點(diǎn)的高程基本一致。設(shè)在壩體一邊的山體上。

2.1.2 堆石體表面變形監(jiān)測(cè)

在壩體上游坡面下常蓄水位上下各設(shè)一條縱向測(cè)線，高程分別為80.00m，70.00m，在壩頂上游側(cè)防浪墻位置設(shè)一條縱向測(cè)線，其壩體下游坡面設(shè)3條縱向測(cè)線，高程分別為82.00m、68.00m、56.00m。每條測(cè)線每隔50m左右設(shè)一組垂直、水平位移兼測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置38組垂直、水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

壩體防浪墻位置及壩體下游坡面的垂直位移監(jiān)測(cè)，采用水準(zhǔn)測(cè)量法，工作基點(diǎn)由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)用二等水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)點(diǎn)高程由工作基點(diǎn)用三等水準(zhǔn)測(cè)量；壩體上游坡面的垂直位移監(jiān)測(cè)采用三角高程法，直接由邊角控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到三等水準(zhǔn)的要求。水平位移監(jiān)測(cè)采用邊角交會(huì)法或極做標(biāo)法，由邊角控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差應(yīng)≤3mm。為測(cè)得完整的變形量,要求測(cè)點(diǎn)的建造及監(jiān)測(cè)隨壩體的填筑同時(shí)進(jìn)行。

2.2 堆石體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

由于壩體為粘土心墻土石壩,考慮儀器埋設(shè)對(duì)施工干擾及心墻填筑及影響,堆石體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)僅在心墻下游設(shè)置,共設(shè)置兩個(gè)橫斷面 A-A（樁號(hào) 0+150）、B-B(樁號(hào) 0+324.41)，斷面上均設(shè)有外部變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，A-A斷面68.00m高程設(shè)有一條測(cè)線，B-B斷面在56.00m、68.00m高程設(shè)置兩條測(cè)線，每條測(cè)線均設(shè)有垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè)。

2.2.1 內(nèi)部垂直位移監(jiān)測(cè)

內(nèi)部垂直位移用加拿大RST公司生產(chǎn)的電解液式水平固定測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，儀器量程為±10度，通過測(cè)點(diǎn)間的傾角變化計(jì)算垂直位移，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間的間距一般為6m，傳感器之間用接長(zhǎng)桿進(jìn)行連接，至壩體下游坡面處與外部變形測(cè)點(diǎn)相接，通過外部變形測(cè)點(diǎn)的垂直位移量可得到測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)位置的壩體垂直位移，共設(shè)置水平固定測(cè)斜儀23支。

2.2.2 內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)

內(nèi)部水平位移用加拿大RST公司生產(chǎn)的振弦式土體變形計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，儀器量程為100mm，

精度為0.1%FS，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距一般為12m，傳感器之間用延長(zhǎng)桿進(jìn)行連接，與水平固定測(cè)斜儀相同，至壩體下游坡面處與外部變形測(cè)點(diǎn)連接，通過外部變形測(cè)點(diǎn)的水平位移量可得到測(cè)線上各土體變形計(jì)位置的壩體的水平位移，共設(shè)置土體變形計(jì)12支。

2.3 粘土心墻變形監(jiān)測(cè)

粘土心墻是壩體的防滲結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)設(shè)施的設(shè)置應(yīng)考慮減少對(duì)施工的干擾和心墻填筑質(zhì)量的影響，盡量避免因儀器設(shè)置而形成水平滲流通道，因此，心墻的垂直位移和水平位移由同一根測(cè)斜管實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)橫斷面同為A-A、B-B，每個(gè)斷面在心墻內(nèi)設(shè)置一根測(cè)斜管，測(cè)斜管的底部深入到壩基以下一定深度。

2.3.1 垂直位移監(jiān)測(cè)

在測(cè)斜管外不同高程設(shè)置磁性沉降板（壩基以下用磁環(huán)），在壩體填筑的過程中，用分層沉降儀器量孔口至每個(gè)磁性沉降板（磁環(huán)）處的距離變化，并換算該位置的垂直位移量，每個(gè)斷面共設(shè)置磁性沉降板（含磁環(huán)）共19個(gè)。

2.3.2 水平位移監(jiān)測(cè)

心墻的水平位移用活動(dòng)式測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)間距為50cm,以孔底為不動(dòng)點(diǎn)，計(jì)算測(cè)斜孔不同深度處的水平位移。此項(xiàng)目在壩體澆筑后進(jìn)行。

2.4 滲透監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

滲流監(jiān)測(cè)是土石壩運(yùn)行狀態(tài)的最后反映，因?yàn)闈B流是一個(gè)綜合量，它反映了整個(gè)壩的性能。滲流監(jiān)測(cè)主要包括壩體滲流、壩基滲流、繞壩滲流及滲流量項(xiàng)目。

2.4.1 心墻滲量壓力

由于下水庫為粘土心墻堆石壩，壩體滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在粘土心墻，監(jiān)測(cè)斷面為A-A、B-B,每個(gè)斷面在心墻建基面、心墻內(nèi)部、上下游反濾層建基面及其以上反濾層內(nèi)設(shè)置滲壓計(jì)，測(cè)量心墻不同高程、不同部位的滲流壓力。兩個(gè)斷面共設(shè)置24支滲壓計(jì)。

2.4.2 壩基及堆石體滲流壓力

滲流監(jiān)測(cè)設(shè)一個(gè)縱斷面和兩個(gè)橫斷面為A-A、B-B。每個(gè)橫斷面在上下游堆石體建基面各設(shè)置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)壩體滲流壓力，在心墻帷幕灌漿前前后固結(jié)灌漿底部以下的基巖內(nèi)各鉆孔設(shè)置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)壩基滲流壓力。在帷幕灌漿后面設(shè)置一個(gè)縱斷面，鉆孔設(shè)置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)壩基帷幕灌漿的防滲效果。共設(shè)置15支滲壓計(jì)。

2.4.3 繞壩滲流

繞壩滲流設(shè)在左右岸山體上。左岸地勢(shì)平緩，在帷幕灌漿前設(shè)置1個(gè)點(diǎn)，帷幕灌漿后設(shè)置4個(gè)點(diǎn)：右岸有多個(gè)山頭，測(cè)點(diǎn)布置在地勢(shì)較低的凹谷，帷幕灌漿前設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，帷幕灌漿后設(shè)置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置12個(gè)測(cè)點(diǎn)。另外利用2個(gè)地下水位補(bǔ)鉆孔，作為繞壩滲流孔。每個(gè)測(cè)點(diǎn)鉆孔安裝測(cè)壓管，管內(nèi)設(shè)測(cè)壓計(jì)。管內(nèi)水位可用電測(cè)水位計(jì)人工監(jiān)測(cè)，亦可由滲壓計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.4.4 滲流量監(jiān)測(cè)

滲流量是反映水庫滲漏狀況的綜合物理量，根據(jù)下水庫壩腳排水系統(tǒng)具體情況，在5#公路的涵洞內(nèi)修建量水堰槽，設(shè)置量水堰，安裝浮子式水位計(jì)和鋼直尺監(jiān)測(cè)壩體的滲流量，監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)置保護(hù)裝置以避免人為破壞。

2.5 土壓力監(jiān)測(cè)

土壓力監(jiān)測(cè)設(shè)在粘土心墻部位，它將為判斷心墻有無存在拱效應(yīng)提供數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)斷面為A-A、B-B，土壓力監(jiān)測(cè)包括心墻底面與混凝土墊層的接觸土壓力和心墻內(nèi)土壓力。與心墻的滲水壓力監(jiān)測(cè)相同，在心墻的建基面、心墻內(nèi)部及心墻上下游反濾層建基面及其以上反濾層內(nèi)分別設(shè)置土壓力計(jì)，監(jiān)測(cè)建基面及不同高程的垂直壓力。兩個(gè)斷面共設(shè)置土壓力計(jì)14支，其中8支埋設(shè)在上下游反濾層內(nèi)，6支埋設(shè)在心墻底面和土體內(nèi)。

3.泄水建筑物監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

泄水管用于放空庫水，設(shè)在粘土心墻堆石壩內(nèi)，上游進(jìn)水管段設(shè)在壩體上游壩腳，下游一直延伸至二級(jí)泵站處，穿越壩體段管外設(shè)有泄水廊道，為監(jiān)測(cè)廊道的設(shè)置對(duì)心墻防滲效果的影響，在心墻靠下游側(cè)、廊道的兩側(cè)各設(shè)置1支滲壓力計(jì)。共設(shè)置2支滲壓計(jì)。

4.水文氣像監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

水文氣象監(jiān)測(cè)包括庫水位、水溫監(jiān)測(cè)、降水量、氣溫監(jiān)測(cè)。

4.1 庫水位

在上游壩面設(shè)置一套自記水位計(jì)，由2支滲壓計(jì)和1支氣壓計(jì)組成，滲壓計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)型滲壓計(jì)，量程為175kPa和350kPa,根據(jù)庫水位的高低，取用不同的水位測(cè)值，以提高測(cè)值精度，并用1支氣壓計(jì)測(cè)值修正氣壓變化對(duì)水位測(cè)值的影響，在壩體右岸的庫岸邊坡上，安裝一套水尺，用于人工監(jiān)測(cè)庫水位。

4.2 庫水溫

在壩體監(jiān)測(cè)橫斷面B-B上游坡面的不同高程設(shè)置溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)庫水溫度，共設(shè)置3支溫度計(jì)。

4.3 氣溫、降水量的監(jiān)測(cè)

在庫區(qū)選擇通風(fēng)有綠化的位置，設(shè)置百葉箱，安裝溫度計(jì)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)庫區(qū)氣溫變化情況。

在庫區(qū)相對(duì)空曠、平坦、旁離障礙物一定距離的場(chǎng)地上、場(chǎng)地要求應(yīng)滿足（降水量觀測(cè)規(guī)范）的有關(guān)要求，選擇一臺(tái)通用的翻斗式雨量計(jì)，監(jiān)測(cè)庫區(qū)的降水量情況。

4.4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概況

本工程設(shè)計(jì)有一套安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，將上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫的監(jiān)測(cè)儀器納入自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理等功能。

5 主要監(jiān)測(cè)成果

工程安全監(jiān)測(cè)由北京國(guó)電水利水電工程公司——西安聯(lián)能聯(lián)合體實(shí)施，目前已基本按照設(shè)計(jì)要求，埋設(shè)了監(jiān)測(cè)儀器，取得了初步的監(jiān)測(cè)成果。

表面最大垂直位移為42.7mm,發(fā)生在下游邊坡69m高程的馬道處，水平位移呈上游邊坡向上游移動(dòng)，下游邊坡向下游移動(dòng)的趨勢(shì)，最大位移為17mm，發(fā)生在下游邊坡59m高程馬道。

心墻內(nèi)電磁式沉降儀測(cè)得最大沉降為172mm，發(fā)生在0+324.41斷面約為56m高程處。

下游堆石體中用電解液水平固定測(cè)斜儀測(cè)得最大垂直位移發(fā)生在距壩軸線44m處。

變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，心墻和堆石體的垂直和水平位移變形在合理的范圍內(nèi)，均小于有限元計(jì)算結(jié)果，表明心墻和堆石體填筑密實(shí)。

心墻土壓力監(jiān)測(cè)中，相同高程，反慮層中的土壓力明顯大于心墻中粘土的壓力，

根據(jù)分析得知是堆石擠壓拱效應(yīng)引起的，但不致于引起水力劈裂，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有待進(jìn)一步研究分析。

6.結(jié)語

蒲石河抽水蓄能電站為下庫粘土心墻壩為I級(jí)建筑物布置了100多支儀器，其中固定測(cè)斜儀和土體變形計(jì)測(cè)量壩體內(nèi)部垂直和水平位移屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，目前儀器在本工程取得了較好的監(jiān)測(cè)效果，這就為堆石壩內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)儀器的選擇及安裝方法提供了借簽，外部和內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)成果為驗(yàn)證設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量提供了依據(jù)。