水庫大壩工程運(yùn)行過程中的安全檢測及其策略

湯子隆

(中山市水庫水電工程管理中心，廣東 中山 528400)

0 引 言

城市化建設(shè)工程的逐步推進(jìn)，帶動(dòng)了地區(qū)水利工程的發(fā)展，與此同時(shí)，水庫大壩的建設(shè)規(guī)模與工程數(shù)量逐年增多，盡管這一發(fā)展趨勢為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)提升起到了促進(jìn)作用，但由于早期支撐大壩工程的運(yùn)行模式缺少現(xiàn)代化技術(shù)作為支撐，導(dǎo)致建成的工程在投產(chǎn)運(yùn)行中仍存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。為了進(jìn)一步提升工程質(zhì)量，提高工程運(yùn)行的穩(wěn)定性，提供作業(yè)人員人身安全保障，本文將設(shè)計(jì)一種針對此工程運(yùn)行的安全檢測方法，并根據(jù)產(chǎn)業(yè)建設(shè)與發(fā)展需求，制定大壩工程安全運(yùn)行方案。

1 水庫大壩工程運(yùn)行過程中的安全檢測

1.1 確定水庫大壩工程安全檢測范圍

為了提高水庫大壩工程運(yùn)行的穩(wěn)定性與可行性，需要在設(shè)計(jì)安全檢測方法前，進(jìn)行檢測范圍的圈定。通常情況下，大壩工程的安全檢測與質(zhì)量鑒定項(xiàng)目包括壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、壩基結(jié)構(gòu)牢固性、壩肩結(jié)構(gòu)安全性三個(gè)方面。在此次研究中，增設(shè)對水庫大壩工程具有重大影響的周邊岸坡與近壩檢測項(xiàng)目，并結(jié)合工程施工區(qū)域地質(zhì)情況與水庫工程的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，明確工程周邊對工程安全性與穩(wěn)定性具有直接干預(yù)的建筑物與設(shè)備。

在此基礎(chǔ)上，基于空間角度進(jìn)行大壩工程安全檢測范圍的圈定，綜合技術(shù)人員對現(xiàn)場作業(yè)情況的分析，應(yīng)將梯級(jí)水庫一并列入檢測項(xiàng)目中。并將檢測的時(shí)間從工程設(shè)計(jì)階段開始計(jì)時(shí)，保證檢測行為具有連續(xù)性，即使工程在投入使用后，也應(yīng)當(dāng)采取有效的措施，對其工程質(zhì)量及運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，并在有必要的情況下，定期進(jìn)行大壩工程安全設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、泄洪設(shè)備的運(yùn)行檢測，避免由于環(huán)境因素對大壩工程設(shè)備的可持續(xù)運(yùn)行造成負(fù)面影響。綜上所述，實(shí)現(xiàn)對水庫大壩工程運(yùn)行過程中安全檢測范圍的有效圈定，從而為后續(xù)相關(guān)監(jiān)控與檢測工作的有序?qū)嵤?，提供依?jù)。

1.2 建設(shè)水庫大壩工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為了給水庫大壩工程的安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐，應(yīng)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)可實(shí)現(xiàn)終端遠(yuǎn)程通信的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，對接系統(tǒng)與終端服務(wù)器，在確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好的條件下，進(jìn)行工程雨情、工程實(shí)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)監(jiān)測[2]。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 水庫大壩工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為了確保開發(fā)的系統(tǒng)可以滿足預(yù)設(shè)需要，在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，需要選擇具有代表性的儀器設(shè)備對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行支撐。完成儀器設(shè)備的優(yōu)選后，進(jìn)行設(shè)備參數(shù)的調(diào)試，使之在性能相對穩(wěn)定的條件下持續(xù)運(yùn)行[3]。此外，應(yīng)注意系統(tǒng)在投入使用時(shí)，應(yīng)增設(shè)人工輔助測量端口，一旦系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行出現(xiàn)異常，可以通過人工介入的方式，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行補(bǔ)修與維護(hù)，或直接參照工程實(shí)體結(jié)構(gòu)在開發(fā)與設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定需求，進(jìn)行大壩工程主體結(jié)構(gòu)上裂紋長度、寬度等相關(guān)數(shù)據(jù)的人工主動(dòng)獲取。綜上所述，本文系統(tǒng)選擇了延展性較高的架構(gòu)，使用滲壓計(jì)作為輔助監(jiān)測設(shè)備，通過對MCU1～MCU3(監(jiān)測單元)的對接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的合理性與有效性。

1.3 水情檢測及工程實(shí)體安全檢測

為實(shí)現(xiàn)對水庫大壩工程在運(yùn)行過程中的安全檢測，首先需要結(jié)合自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對工程區(qū)域內(nèi)水情的檢測[4]。將遙測站分布在水庫大壩工程中各個(gè)位置上，通過多類型通信的方式實(shí)現(xiàn)其與調(diào)度中心和遙測中心的通信傳輸，并以短信的方式實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)鏈路的構(gòu)建[5]。水庫大壩工程水情檢測組網(wǎng)分布圖如圖2所示。

圖2 水庫大壩工程水情檢測組網(wǎng)分布圖

在水情檢測過程中，通過自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)能夠?yàn)闄z測提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，為調(diào)度中心提供可靠的降水?dāng)?shù)據(jù)以及水位信息[6]。為了確保水庫大壩工程的正常運(yùn)行，還需要針對大壩變形情況、庫區(qū)滲流、應(yīng)力變化的工程實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢測?？茖W(xué)且合理地布置測點(diǎn)(測點(diǎn)可布置在大壩工程實(shí)體結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)上)、優(yōu)化不同監(jiān)測設(shè)備的組合方式，確保從前端獲取的數(shù)據(jù)具有一定連續(xù)性與實(shí)用性。在對水庫大壩工程實(shí)體進(jìn)行安全檢測時(shí)，還需要根據(jù)工程在投入使用后的土工建筑物與混凝土建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物中金屬結(jié)構(gòu)等進(jìn)行針對性檢測。在針對土工建筑物進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)當(dāng)主要針對水庫大壩本身有無裂縫、塌坑結(jié)構(gòu)或滑坡等現(xiàn)象進(jìn)行檢測；針對混凝土建筑物在檢測的過程中，需要從不同工程部位以及容易出現(xiàn)安全問題的位置進(jìn)行重點(diǎn)檢測，并注意混凝土建筑物上是否存在裂縫、滲漏、剝蝕、沖刷等現(xiàn)象進(jìn)行判斷；針對金屬結(jié)構(gòu)的檢測需要結(jié)合構(gòu)件本身受到的外界因素影響條件，分析是否存在變形、裂紋等方面的異常，針對焊接位置需要對其是否存在焊縫開裂、結(jié)構(gòu)銜接點(diǎn)鉚釘松動(dòng)等現(xiàn)象進(jìn)行檢測。

1.4 巡視檢查與工程養(yǎng)護(hù)

除了按照上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對水庫大壩工程的安全檢測外，還需要采用巡視的方式實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行過程中各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行檢查[7]。合理安排常規(guī)巡視檢查手段，在檢查時(shí)明確部位、內(nèi)容、周期、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，并對檢查路線和環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)劃。常規(guī)巡視檢查的頻率為每月2次，若在工程運(yùn)行階段，存在汛期高水位的現(xiàn)象，或存在大洪水現(xiàn)象，則需要每天完成1次檢查[8]。由于氣象災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害屬于不可預(yù)見因素，會(huì)在一定程度上影響大壩工程的正常運(yùn)行，為了確保工程運(yùn)行的安全，還需要進(jìn)行特殊巡視檢查，對可能存在風(fēng)險(xiǎn)的部位進(jìn)行長時(shí)間的監(jiān)控。在檢查的過程中，一旦出現(xiàn)問題，則需要對其進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)和維護(hù)。在進(jìn)行工程養(yǎng)護(hù)的過程中，應(yīng)當(dāng)在不改變建筑物原有工程特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行，對各個(gè)存在缺陷問題的零件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換。針對工程運(yùn)行過程中影響運(yùn)行安全的渠道淤積問題，為了避免其對工程整體效益的影響，還需要對其進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)處理，在確保原有渠道斷面結(jié)構(gòu)保持不變的基礎(chǔ)上，對淤積位置進(jìn)行清淤和整修，以此實(shí)現(xiàn)對水庫大壩工程的養(yǎng)護(hù)工作。按照本文上述論述內(nèi)容，完成對工程運(yùn)行過程中的安全檢測后，還應(yīng)當(dāng)對得到的檢測結(jié)果進(jìn)行及時(shí)整理，并繪制相應(yīng)的圖表，做好對檢測資料的整理和編輯工作。若在檢測過程中發(fā)現(xiàn)被檢測對象的數(shù)據(jù)或結(jié)構(gòu)變化不符合一般變化規(guī)律，則應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行充分檢測，并根據(jù)第二次的檢測結(jié)果找出上述現(xiàn)象發(fā)生的具體原因，并進(jìn)行檢查和處理，直到檢測結(jié)果符合規(guī)律變化為止。

2 水庫大壩工程安全運(yùn)行策略

2.1 合理制訂水庫調(diào)度方案

結(jié)合上述提出的安全檢測思路，為確保水庫大壩工程的安全運(yùn)行，首先需要對水庫調(diào)度方案進(jìn)行合理制訂。水庫大壩工程施工單位需要與水庫大壩負(fù)責(zé)企業(yè)聯(lián)合對該區(qū)域范圍內(nèi)的氣象情況、水文條件、汛期等進(jìn)行全方位的分析，并按照水利行業(yè)的規(guī)程規(guī)范對水庫大壩工程調(diào)度方案進(jìn)行編寫。結(jié)合不同水域的特點(diǎn)，通過聯(lián)合調(diào)度計(jì)算，繪制出各個(gè)水庫調(diào)度圖，如圖3所示。

在圖3所示的某水庫大壩工程中的水庫調(diào)度圖，根據(jù)不同水利工程條件，在明確其校核洪水位、正常蓄水位和死水位的基礎(chǔ)上，劃分出加大供水區(qū)域、保證供水區(qū)域和限制供水區(qū)域。在實(shí)際施工過程中，根據(jù)不同的工程運(yùn)行月份對其進(jìn)行合理調(diào)度。同時(shí)，結(jié)合調(diào)度計(jì)劃能夠針對水庫大壩工程運(yùn)行過程中的施工條件是否符合安全性進(jìn)行檢測，從而確保工程的安全運(yùn)行。

圖3 水庫調(diào)度圖

2.2 完善水庫大壩工程應(yīng)急突發(fā)事件安全預(yù)案

在確保開發(fā)的系統(tǒng)在運(yùn)行中具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)國家水利工程建設(shè)有關(guān)規(guī)定與大壩安全政策EPP要求，編制完善的大壩工程應(yīng)急突發(fā)事件安全預(yù)案。參照文件見表1。

表1 大壩工程應(yīng)急突發(fā)事件安全預(yù)案參照文件

按照表1中內(nèi)容，編制完善、標(biāo)準(zhǔn)的突發(fā)事件安全預(yù)案，提出針對突發(fā)事件的基本處理措施。例如，大壩工程實(shí)體結(jié)構(gòu)在完成施工后，可能遺留鋼筋斷頭，或在投入使用一段時(shí)間后，受到外界環(huán)境等多方面因素的影響，出現(xiàn)外表結(jié)構(gòu)脫皮、殘?jiān)袈涞痊F(xiàn)象，對此提出應(yīng)急處置措施。針對一些常見的安全問題，可采用定期加固與維護(hù)的方式，進(jìn)行大壩工程安全處理。例如，對于機(jī)械清理不完善的表層，可采用人工輔助施工的方式，清除表層結(jié)構(gòu)鑿毛、修正裸露在外部的鋼筋結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上，對銹蝕嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)層配備一個(gè)直徑約為9.0 mm、間距約為8.0 cm的鋼筋網(wǎng)，并使用專業(yè)的密封膏進(jìn)行結(jié)構(gòu)縫的鑲嵌，從而降低安全事故突發(fā)的概率。

3 結(jié)束語

本文從水情檢測、水庫集中調(diào)度與工程養(yǎng)護(hù)三個(gè)方面，設(shè)計(jì)一種針對大壩工程運(yùn)行的安全檢測方法，并從建設(shè)水庫大壩工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、完善工程應(yīng)急突發(fā)事件安全預(yù)案兩個(gè)方面，對工程安全運(yùn)行方案展開了設(shè)計(jì)規(guī)劃。希望此次提出的設(shè)計(jì)方案有助于解決相關(guān)工程在運(yùn)行階段存在的安全隱患，但要在真正意義上實(shí)現(xiàn)為大壩工程的穩(wěn)定運(yùn)行提供指示，還需要在后續(xù)的相關(guān)研究中，進(jìn)一步完善應(yīng)急突發(fā)事件的安全預(yù)案，并將預(yù)案嘗試投入使用，在實(shí)踐中掌握設(shè)計(jì)成果的不足并持續(xù)加以改進(jìn)，以此提高水利工程對市場建設(shè)與發(fā)展帶來的收益。