西安市李家河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)方法及精度分析

仵 峰

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院，陜西 西安 710002)

西安市李家河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)方法及精度分析

仵 峰

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院，陜西 西安 710002)

李家河水庫(kù)工程位于西安市東南部的灞河流域，是解決西安市東部用水緊張的骨干供水工程之一。以李家河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)為例，通過(guò)設(shè)置完善的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，得到的有效監(jiān)測(cè)資料。經(jīng)過(guò)整理、考證和整編后，結(jié)合地形、地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)資料和施工過(guò)程等實(shí)際情況。了解和掌握高邊坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平及豎直位移變化、大壩壩頂及放水塔位移變形以及大壩壩頂拱冠點(diǎn)視準(zhǔn)線位移變形情況；通過(guò)數(shù)據(jù)整理分析，發(fā)現(xiàn)并指出工程運(yùn)行期壩頂及放水塔水平、垂直位移量和高邊坡及電站廠房位移點(diǎn)可能存在的位移變化情況并提出建議，以確保大壩安全運(yùn)行。

大壩安全監(jiān)測(cè)；位移量；拱冠點(diǎn)；數(shù)據(jù)整理分析

李家河水庫(kù)工程位于西安市東南部的灞河流域，水庫(kù)樞紐位于灞河一級(jí)支流輞川河中游、距藍(lán)田縣城東南23 km的玉川鄉(xiāng)李家河村附近，離西安市約68 km。該工程是解決西安市東部用水緊張的骨干供水工程之一，工程由水庫(kù)樞紐和輸水渠道兩大部分組成。工程的開(kāi)發(fā)目標(biāo)以浐河以東城鎮(zhèn)供水為主，兼有發(fā)電。李家河水庫(kù)工程總庫(kù)容為5 250萬(wàn) m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容為4 400萬(wàn) m3，供水設(shè)計(jì)流量為3.15 m3/s，多年平均供水量7 230萬(wàn) m3，電站裝機(jī)容量4 800 kW。按照工程性質(zhì)和供水對(duì)象，根據(jù)工程的建設(shè)任務(wù)與規(guī)模，遵照國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)的相關(guān)規(guī)定，本水庫(kù)樞紐屬Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物攔河大壩、泄水建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)。大壩樞紐及泄洪建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為：50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核。攔河壩為碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高98.5 m，壩頂高程884.00 m，壩頂寬8m，壩底寬31 m。

1 大壩安全監(jiān)測(cè)的主要目的

依據(jù)我國(guó)法律和相關(guān)規(guī)范規(guī)定，根據(jù)李家河工程特點(diǎn)，本工程設(shè)置了較為完善的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。得到的監(jiān)測(cè)資料通過(guò)整理、考證和整編后，再結(jié)合地形、地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)資料和施工過(guò)程等資料完整齊全。

大壩安全監(jiān)測(cè)的主要目的有：了解和掌握高邊坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平及豎直位移情況；掌握大壩壩頂及放水塔位移變形情況；掌握大壩壩頂拱冠點(diǎn)視準(zhǔn)線位移變形情況；通過(guò)數(shù)據(jù)整理分析，發(fā)現(xiàn)并指出工程運(yùn)行期壩頂及放水塔水平、垂直位移量和高邊坡及電站廠房位移點(diǎn)可能存在的位移變化情況并提出建議，以確保大壩安全運(yùn)行。

本階段是對(duì)該工程壩頂及放水塔第25期～第37期。高邊坡及電站廠房第67期～第78期監(jiān)測(cè)資料整理分析，采用多種分析方法，獲得各監(jiān)測(cè)物理量的變化規(guī)律、預(yù)測(cè)主要物理量的變化趨勢(shì)等，根據(jù)分析成果可以用以指導(dǎo)首次蓄水和運(yùn)行，并對(duì)工程表面變形監(jiān)測(cè)各部位工作狀態(tài)及安全性作出評(píng)價(jià)。

2 監(jiān)測(cè)資料整編分析方法與步驟

監(jiān)測(cè)資料來(lái)源主要為壩體及放水塔第25期～第37期整編資料和第67期～第78期大壩左右壩肩、邊坡及電站廠房背坡位移點(diǎn)運(yùn)行期監(jiān)測(cè)資料。采用的分析方法有：比較法和作圖法，其步驟如下：

1)將相關(guān)工程資料進(jìn)行初步匯總和整編輸入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；

2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理：

(1)平差，剔除隨機(jī)誤差，使用直接平差法。

(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的補(bǔ)插，對(duì)于漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)的資料進(jìn)行補(bǔ)充。擬采用拉格朗日二次插值法。

3)對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行真?zhèn)闻袆e和精度評(píng)估；

4)對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算并繪制最大位移點(diǎn)物理量過(guò)程線；

5)將整編好的監(jiān)測(cè)資料及計(jì)算結(jié)果輸入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 大壩表面變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

(1) 表面變形監(jiān)測(cè)：即水平位移、垂直位移(2)拱冠點(diǎn)監(jiān)測(cè)：即視準(zhǔn)線位移量變化情況

4 壩址區(qū)變形控制網(wǎng)

4.1 壩址區(qū)一等平面變形控制網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)(一等精密水準(zhǔn)網(wǎng))

為了監(jiān)測(cè)壩址區(qū)巖體的水平變形并為壩體及邊坡平面變形監(jiān)測(cè)引入工作基點(diǎn)，布置一等平面變形控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)共由13個(gè)點(diǎn)組成，其中7個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，6個(gè)工作基點(diǎn)。平面變形控制網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)的位置和密度是為了滿足被監(jiān)測(cè)對(duì)象(水工建筑物、邊坡等)施工期監(jiān)測(cè)和水工建筑物永久變形監(jiān)測(cè)測(cè)量工作的需要，所以在點(diǎn)位布置密度上主要考慮工作的需要，點(diǎn)位主要集中在壩址區(qū)上下游附近，控制網(wǎng)網(wǎng)形由多個(gè)大地四邊形相互交織組成。

為監(jiān)測(cè)近壩區(qū)巖體的垂直位移，并為壩體及邊坡垂直位移監(jiān)測(cè)引入工作基點(diǎn)，布置壩址區(qū)一等精密水準(zhǔn)網(wǎng)。水準(zhǔn)點(diǎn)分為基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)原點(diǎn))、工作基點(diǎn)(壩體、壩基垂直位移觀測(cè)的起測(cè)基點(diǎn))兩種。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)1組，采用鋼管標(biāo)形式，孔深10 m。

精密水準(zhǔn)網(wǎng)是李家河進(jìn)行工程變形監(jiān)測(cè)的高程基礎(chǔ)，由三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組成；一等精密水準(zhǔn)網(wǎng)共計(jì)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)10個(gè)，其布點(diǎn)原則以方便主體工程建筑(構(gòu)筑)物各部位變形監(jiān)測(cè)為主要目的；本次布網(wǎng)，即要顧及到水準(zhǔn)施測(cè)作業(yè)的需要，也要考慮點(diǎn)位的使用壽命，因此各水準(zhǔn)點(diǎn)必須建造在基礎(chǔ)穩(wěn)定、易長(zhǎng)期保存的地方。

4.2 壩體、放水塔及高邊坡監(jiān)測(cè)精度要求

表1 主要變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度控制一覽表 mm

4.3 表面變形監(jiān)測(cè)及大壩拱冠點(diǎn)監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)左右岸外部變形，觀測(cè)時(shí)用一等平面變形控網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，采用前方交會(huì)法監(jiān)測(cè)，壩體平面變形可以與垂線監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相互校核。壩頂測(cè)點(diǎn)分為平面與垂直，每壩段各設(shè)置一個(gè)，利用壩址區(qū)工作基點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。位移變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)采用萊卡TS30測(cè)量機(jī)器人，觀測(cè)方法采用雙測(cè)站極坐標(biāo)交匯法。大壩拱冠點(diǎn)監(jiān)測(cè)采用視準(zhǔn)線法。

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析

壩頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)及放水塔位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)：2016年1月5日～1月28日進(jìn)行了3期監(jiān)測(cè)(第25期～第27期)，從2016年8月3日～12月23日共進(jìn)行了10期監(jiān)測(cè)(第28期～第37期)。

5.1 監(jiān)測(cè)資料情況

第25期～第28期壩頂及放水塔水平位移監(jiān)測(cè)仍采用雙測(cè)站極坐標(biāo)交匯法進(jìn)行施測(cè)，從第29期到第37期壩頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)LD2、LD3、LD4分別與PG1、PG2組成三角形，放水塔監(jiān)測(cè)點(diǎn)LF與P3、PG4組成單三角形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，LD1與監(jiān)測(cè)基點(diǎn)PG2、PG3邊長(zhǎng)進(jìn)行了往返觀測(cè)并將夾角進(jìn)行了測(cè)量， LD5、LD6、LD7與監(jiān)測(cè)基點(diǎn)PG1、PG4邊長(zhǎng)進(jìn)行了往返觀測(cè)并將夾角進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)測(cè)定了氣象元素，數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了加、乘常數(shù)和氣象改正，第28期～第37期三角形閉合差統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3；垂直位移監(jiān)測(cè)仍按原觀測(cè)線路進(jìn)行一等水準(zhǔn)施測(cè)(GH5-LF-LD1-LD2-LD3-LD4-LD5-LD6-LD7-GH6)，第28期～第35期采用Leica銦瓦條碼式水準(zhǔn)標(biāo)尺29227/29228，第36、37期采用Leica銦瓦條碼式水準(zhǔn)標(biāo)尺40585/40586，各期監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程中誤差精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

從表2、表3、表4可知各期監(jiān)測(cè)精度符合規(guī)范要求，可進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)資料整理分析。

5.2 壩頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)資料整理分析(以LD4為例)

LD4位移點(diǎn)的時(shí)間總位移量曲線、總沉降量曲線圖見(jiàn)圖1～圖2。

表2 三角形閉合差統(tǒng)計(jì)表

表3 壩頂及放水塔位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表 mm

表4 壩頂及放水塔位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程中誤差統(tǒng)計(jì)表 mm

圖1 LD4時(shí)間總位移量曲線圖

分析：從監(jiān)測(cè)資料整理表5及圖1和圖2可知：LD4平面位移與首期第25期～第28期及第31期～第37期有變化，并且第31期到第37期與首期有逐步加大的趨勢(shì)，相鄰兩期只有第28期與上期有變化，其余各期及上期均無(wú)變化；垂直沉降量與首期第25期～第27期和第32期～第37期有變化，其余各期與首期無(wú)變化，相鄰兩期只有第28期與上期有變化，其余相鄰兩期無(wú)變化。但隨監(jiān)測(cè)次數(shù)逐漸增加其水平和垂直位移量均有變化，并且逐步加大，且監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間越長(zhǎng)，相鄰兩期變化較大，尤其LD4變化比較顯著，各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)可能受氣候影響或大壩蓄水位變化的揚(yáng)壓力影響，因此，壩頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)仍需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

圖2 LD4時(shí)間總沉降量曲線圖

5.3 拱冠點(diǎn)LD4的監(jiān)測(cè)資料情況

拱冠點(diǎn)LD4采用小角法在PG3、PG4測(cè)量，第25期～第28期邊長(zhǎng)、高差采用差分改正計(jì)算，從第29期～第37期對(duì)拱冠點(diǎn)LD4在監(jiān)測(cè)基點(diǎn)PG3、PG4的邊長(zhǎng)進(jìn)行往返測(cè)，并測(cè)定了氣象元素，邊長(zhǎng)進(jìn)行了加、乘常數(shù)和氣象改正。拱冠點(diǎn)第25期～第37期的偏移量、總位移量、周期位移量見(jiàn)表6。

分析：從表6可知，拱冠點(diǎn)LD4在第25期～第27期在視準(zhǔn)線下游，在第28期～第33期在視準(zhǔn)線上游，在第34期～第37期又在視準(zhǔn)線下游，并且偏離值逐步加大，可能受蓄水位變化或揚(yáng)壓力影響，其中第28期與第27期周期位移量達(dá)-7.43 mm，兩期間隔時(shí)間半年之久。

表5 LD4水平和垂直變化量分析

表6 拱冠點(diǎn)LD4偏離值統(tǒng)計(jì)表 mm

6 結(jié)語(yǔ)

在2016年高邊坡位移監(jiān)測(cè)中，隨著蓄水位、氣候不斷變化，壩體個(gè)別邊坡位移點(diǎn)及電站廠房位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平、垂直位移有變化，但在測(cè)量限差范圍內(nèi)，在第67期～第78期監(jiān)測(cè)期間高邊坡位移點(diǎn)、電站廠房位移點(diǎn)總體穩(wěn)定，對(duì)高邊坡位移點(diǎn)及電站廠房背坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)以確保大壩安全運(yùn)行。安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是及時(shí)掌握大壩安全狀態(tài)的第一手資料，能及早發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，找出異常根源，采取有效措施，對(duì)大壩安全十分重要。首次蓄水3～5年是工程安全的重要時(shí)期，結(jié)合本階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此，大壩管理方對(duì)大壩及放水塔位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和高邊坡及電站廠房位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安全監(jiān)測(cè)必須持續(xù)，并且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須安全、可靠。確保位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠以便大壩安全運(yùn)行。

[1]混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(DL/T 5178—2003).

[2]混凝土壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程(DL/T 5209—2005).

2017-04-14

仵峰(1980-)，男，陜西扶風(fēng)人，工程師，主要從事水利水電工程測(cè)量方面工作。

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1004-1184(2017)04-0106-04