石佛寺水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)探討

許學(xué)嬌

（遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧沈陽(yáng)110166）

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石佛寺水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)探討

許學(xué)嬌

（遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧沈陽(yáng)110166）

摘要：水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是確保水庫(kù)安全和正常運(yùn)行的重要保障。本文以遼寧市石佛寺水庫(kù)為例，立足于水庫(kù)實(shí)際情況并吸取以往水庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)大壩和閘門監(jiān)控設(shè)計(jì)了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；大壩；安全監(jiān)測(cè)

水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)一套對(duì)水庫(kù)各種安全因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)的預(yù)防性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保對(duì)異常情況的及時(shí)分析處理，保證水庫(kù)安全運(yùn)行。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要以水庫(kù)建設(shè)期和運(yùn)行期所取得的監(jiān)測(cè)資料和分析結(jié)果為基本依據(jù)［5］，深入分析現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)的適用性與科學(xué)性并對(duì)大壩的未來(lái)性態(tài)和可能的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，同時(shí)也要兼顧泄洪閘門的安全，確保閘門在蓄洪期和泄洪期正常運(yùn)行。水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)和順利運(yùn)行，可幫助水庫(kù)管理部門確定水庫(kù)在不同條件下的安全度，適時(shí)改變水庫(kù)運(yùn)行水位，對(duì)工程進(jìn)行合理調(diào)度，使之在安全運(yùn)行的前提下充分發(fā)揮社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1　工程概況

石佛寺水庫(kù)坐落于遼寧省遼河干流上，建成于2005年并于當(dāng)年投入運(yùn)行，屬大型河道型平原水庫(kù)。水庫(kù)樞紐主要由主副壩、泄洪閘、穿壩等建筑物構(gòu)成。水庫(kù)主壩長(zhǎng)度達(dá)12.5km，副壩長(zhǎng)度29.8km，泄洪閘總寬248.5m，共有16孔，閘壩全長(zhǎng)總計(jì)達(dá)42.6km。其主壩、右副壩土質(zhì)均勻，是典型的均質(zhì)壩，地基特性屬第四系覆蓋。泄洪閘是平頂閘，采用異型雙扉門，總凈寬200m。水庫(kù)設(shè)計(jì)最大蓄洪水位50.2m，總庫(kù)容量1.85億m3（其中防洪庫(kù)容1.60億m3）。水庫(kù)雖已制定較完善的安全管理應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)機(jī)制，但對(duì)一些影響水庫(kù)安全運(yùn)行的突發(fā)因素?zé)o法避免，如不加以足夠重視并采取有效措施，容易造成大壩不同程度的形變和滲漏，影響水庫(kù)的正常蓄水和截洪。同時(shí)，閘門的不正常運(yùn)行（啟閉機(jī)械損壞、閘門嚴(yán)重變形等）也有可能導(dǎo)致漫頂甚至潰壩危險(xiǎn)［4］。

2　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與方法

2.1 壩體位移監(jiān)測(cè)

位移監(jiān)測(cè)主要包括壩體的垂直和水平位移監(jiān)測(cè)。分別應(yīng)用水管式沉降儀和測(cè)斜儀對(duì)壩體垂直度與水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。沉降管應(yīng)布設(shè)在與心墻相距1.5m的下游過(guò)渡層中和與心墻距離22m的下游壩體內(nèi)。測(cè)斜管應(yīng)每隔半米布設(shè)于與心墻相距1.5m的下游過(guò)渡層。

2.2 滲流監(jiān)測(cè)

大壩滲透壓和滲漏量監(jiān)測(cè)是此項(xiàng)目的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容。將測(cè)壓管布置于上述過(guò)渡層和壩體內(nèi)以及相關(guān)建筑物結(jié)合部來(lái)測(cè)定壩體相應(yīng)位置滲透壓；通過(guò)在壩體背水面集中滲漏處修建量水堰對(duì)大壩滲漏量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3 周邊縫變形監(jiān)測(cè)

周邊縫即指面板與趾板間連接縫，鑒于兩者在壩體內(nèi)所處位置關(guān)系和變形模量的不同，在水壓持續(xù)作用下，彼此間會(huì)產(chǎn)生明顯的相對(duì)位移，并在兩側(cè)呈現(xiàn)非連續(xù)性。故可在周邊縫不同標(biāo)高布設(shè)3DM測(cè)縫儀來(lái)監(jiān)測(cè)其變形情況。

2.4 外部變形監(jiān)測(cè)

外部變形監(jiān)測(cè)共需在壩體軸線10個(gè)斷面安置監(jiān)測(cè)設(shè)備：在各縱排測(cè)點(diǎn)兩端的岸坡上各布置一個(gè)起測(cè)基點(diǎn)，下游800m處設(shè)三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。

3　安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

石佛寺水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1.1 大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

以水庫(kù)大壩及其周圍地質(zhì)環(huán)境條件為依據(jù)，選定大壩東端的朱爾山和西側(cè)的調(diào)度中心樓頂分別設(shè)立基巖墩，作為監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)［3］。

沿大壩方向布設(shè)大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使每個(gè)點(diǎn)分別與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)。如下所示，系統(tǒng)共包括2個(gè)高程擬合點(diǎn)和18個(gè)壩面GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)至各監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離最遠(yuǎn)11.3km，最近為5.2km，平均距離7.5km。

沿大壩兩側(cè)及軸線共布設(shè)10個(gè)斷面，含30個(gè)斷面點(diǎn)（不與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)）。此外，還需將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一進(jìn)行二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，增加監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度。

圖1　石佛寺水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布圖

兩個(gè)端點(diǎn)選用MicroZ-iCGRS型接收機(jī)作為接收設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)并能與IGS跟蹤站聯(lián)測(cè)。MicroZ-iCGRS系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足高品質(zhì)雙頻GPS無(wú)人值守連續(xù)數(shù)據(jù)采集作業(yè)的苛刻要求，數(shù)據(jù)文件可以在接收機(jī)連續(xù)跟蹤和記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)，經(jīng)由MicroZ-iCGRS下載，并且也可實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)。

將定位精度更好Tha1esZ-Max測(cè)量系統(tǒng)作為壩面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的接收機(jī)，選用Ashtech ProMark2型單頻接收機(jī)作為滲流段面監(jiān)測(cè)用接收機(jī)。在段面監(jiān)測(cè)中，由于基線非常短（一般在5～25m之間），可利用Ashtech的單頻接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再用數(shù)據(jù)處理軟件Ashtech so1utions解算基線并進(jìn)行平差，其精度可達(dá)到設(shè)計(jì)和土石壩變形監(jiān)測(cè)的精度要求。

3.1.2 大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（1）主壩滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)網(wǎng)主要可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體在上、下游水位差作用下浸潤(rùn)線變化和壩基滲流壓力大小的監(jiān)測(cè)［1］。分別在下圖所示BA、BB系列樁號(hào)斷面上安設(shè)4～6個(gè)浸潤(rùn)線觀測(cè)點(diǎn)滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以振弦式滲壓計(jì)為監(jiān)測(cè)設(shè)備。同時(shí)與各自配備的DAU數(shù)據(jù)采集儀相連接，再經(jīng)過(guò)光纜與設(shè)在集控室的采集計(jì)算機(jī)聯(lián)合構(gòu)成主壩滲流監(jiān)測(cè)體系。詳見(jiàn)圖2。

圖2　石佛寺水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)斷面分布圖

（2）泄洪閘滲流觀測(cè)

在水庫(kù)蓄水時(shí)由于上下游水位存在落差，會(huì)在水庫(kù)內(nèi)很多區(qū)段和部位產(chǎn)生揚(yáng)壓力和浮托力，容易造成相應(yīng)位置不同程度的滲漏。在泄洪閘每個(gè)閘段的閘墩中間的底板上埋設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)對(duì)泄洪閘及消力池段底板滲透壓力的大小。分別在BA0 +245.00、BA0 +339.50樁號(hào)兩個(gè)斷面的閘底板埋設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，在消力池段底板和上游鋪蓋、斜坡段的橫剖面方向及BA0 + 238.00、BA0 +340.00樁號(hào)的縱剖面各布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。以振弦式滲壓計(jì)為監(jiān)測(cè)設(shè)備，同時(shí)與配備的DAU數(shù)據(jù)采集儀相連接，再經(jīng)過(guò)光纜與設(shè)在集控室的采集計(jì)算機(jī)聯(lián)合構(gòu)成完整的監(jiān)測(cè)體系。

目前，滲流監(jiān)測(cè)屬于內(nèi)觀埋設(shè)儀器，有效率為83%，外觀監(jiān)測(cè)儀器有效率為100%。

3.2 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

（1）現(xiàn)地手、自動(dòng)控制

圖3　石佛寺水庫(kù)泄洪閘觀測(cè)設(shè)備安裝平面布置圖

當(dāng)預(yù)置位切除時(shí)，發(fā)“啟門”令，閘門向上運(yùn)行到上極限位系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行；發(fā)“閉門”令，反之。在運(yùn)行過(guò)程中任意時(shí)刻，發(fā)“停機(jī)”令，閘門立刻停止運(yùn)行。將預(yù)置位投入時(shí)，發(fā)“啟門”令，閘門向上運(yùn)行到預(yù)置位系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行；發(fā)“閉門”令，反之。在運(yùn)行過(guò)程中任意時(shí)刻，發(fā)“停機(jī)”令，閘門立刻停止運(yùn)行。將電柜通風(fēng)控制開(kāi)關(guān)打到通風(fēng)檔時(shí)，電柜通風(fēng)電扇運(yùn)行，打到停止檔電柜通風(fēng)電扇停止運(yùn)行［2］。

（2）安全制動(dòng)器控制

在任一控制方式下，停機(jī)約2秒后制動(dòng)器控制接觸器。

（3）上極限位保護(hù)

在任一控制方式下，閘門向上運(yùn)行到上極限位系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。

（4）下極限位保護(hù)

在任一控制方式下，閘門向下運(yùn)行到下極限位系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。

（5）荷重報(bào)警

荷重預(yù)報(bào)警：在啟門或閉門運(yùn)行中，出現(xiàn)荷重超過(guò)預(yù)報(bào)警值時(shí)，響鈴報(bào)警。

荷重超載報(bào)警：在啟門或閉門運(yùn)行中，出現(xiàn)荷重超過(guò)超載值時(shí)，響鈴報(bào)警并系統(tǒng)停機(jī)。

（6）電機(jī)主回路故障報(bào)警

當(dāng)電機(jī)主回路（接觸器）發(fā)生故障后，系統(tǒng)故障報(bào)警，啟閉機(jī)立刻停止運(yùn)行，并抱閘。

（7）“遠(yuǎn)控”與現(xiàn)地選擇開(kāi)關(guān)的閉鎖功能

當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)控位時(shí)，柜面啟/閉開(kāi)關(guān)操作無(wú)效；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)處于現(xiàn)地位時(shí)，柜面啟閉/開(kāi)關(guān)有效，操作員站命令無(wú)效。

（8）下閘首工作大門開(kāi)度信號(hào)

下閘首工作大門開(kāi)度信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理與發(fā)送集控總站和監(jiān)控主機(jī)。

4　結(jié)語(yǔ)

石佛寺水庫(kù)自蓄水以來(lái)運(yùn)行良好，沒(méi)有出現(xiàn)大的病險(xiǎn)和突發(fā)事件，水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為水庫(kù)結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)和運(yùn)行管理提供的真實(shí)可靠的監(jiān)測(cè)資料是重要因素。此外，為保證水庫(kù)安全運(yùn)行，還需設(shè)專門機(jī)構(gòu)對(duì)水庫(kù)建筑物安全狀況及機(jī)電設(shè)施運(yùn)行情況等進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，加強(qiáng)組織管理，做到定崗定責(zé)，輔助安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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［4］趙建武.淺析龍門水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題及措施［J］.河北水利水電技術(shù)，2004（02）.

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作者簡(jiǎn)介：許學(xué)嬌（1984年—），女，工程師。

收稿日期：2015-01-05

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.033

中圖分類號(hào)：TV737

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0093-03