2013.5.15滩坑砼面板坝变形监测与分析(水电自动化与大坝监测2013年第3期)

研究对象：大坝安全监测与资料分析滩坑砼面板坝变形监测与分析李文红，濮久武（浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江衢州324000）摘要：通过安全监控分析评估大坝安全运行状况，以便制定合理水库运行方案确保坝高162m的滩坑砼面板堆石坝初蓄期的安全运行。大坝变形监测使用TCA全站仪优化现场观测方案，采用极坐标法加大气垂直折光进行修正的EDM三角高程法自动观测大坝三维坐标，削弱大坝垂直折光的影响，满足规范规定的监测精度，快速高效地取得大坝变形监测资料。通过大坝表面、坝体内部变形及大坝渗流资料分析表明大坝初蓄期运行状态安全稳定，性态基本正常，安全监测方案先进科学。关键词：滩坑；面板坝；变形分析DeformationmonitoringandAnalysisforTankengconcretefacerockfilldamLIWenhong，PUJiuwu（ZhejiangHuadianWuxijiangHydroelectricPowerPlant，QuzhouZhejiang324000）Abstract:Tankengconcretefacerockfilldamis162metershigh..AnalyseandevaluatesafetyoperationofTankengconcretepaneldamthroughsafetymonitoring,institutesappropriateoperationplanforinitialimpoundperiodsafetyoperationofdam.UsedTCATotalStationbyoptimizedprojectofmonitoring,AdoptedthepolarcoordinatemethodandEDMtriangulationheightaddingatmosphereverticalrefractionlightcorrectedtomonitorautomaticallythree-dimensionalcoordinate,weakenedeffectofatmosphereverticalrefractionlight,satisfiedmonitoraccuracy,obtainedquicklyandefficientlymonitoringdata.Passmonitoringdataofdamsurfaceandbodyattestthatthedamoperationissafetyandstability,monitoringprojectisdvanceandscience.Keyword:Tankeng;paneldam;deformationmonitoringanalysis0引言针对目前大型土石坝的不断发展，为实现满足规范要求的高效、经济、可靠的安全监测工作，结合目前变形监测中高精度自动观测全站仪的普及应用，首次应用自行研发的中国专利产品，采用了有效提高监测精度的方法，显著提高了三维坐标法的监测实效，并结合工程实例分析了本工程初蓄期的安全运行情况。1工程概况滩坑水电站位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，距温州市92km，距离丽水市107km。坝址以上集水面积3330km2，坝址以上流域多年平均降水量1748.2mm，多年平均径流量37.8亿m3。本工程以发电为主，兼顾防洪及其他综合利用效益，是一座具有多年调节能力的大（1）型水电站，电站装机容量3×200MW，校核洪水位相应库容为41.9亿m3。电站枢纽工程为Ⅰ等工程，主要建筑物拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶长度507m，坝顶宽12m，上游面板坝坡为1:1.4，下游坝坡为1:1.58，最大坝高162.0m。工程于2004年10月31日正式开工建设，2008年4月29日下闸蓄水，2008年8月16日首台机组投入商业运行。2010年6月底大坝经历了蓄水以来的首次正常高水位运行。2面板坝的安全监测2.1变形测点布设2.1.1变形控制网滩坑面板坝安全监测系统包括，巡视检查，环境量监测，变形监测，渗流监测，应力、应变及温度监测等五大类别。大坝平面工作基点本身的位移则通过布设于大坝下游0.6km~1.0km的4个平面基准点TK02~TK05和6个平面工作基点TK06~TK11组成的一等边角网进行控制，大坝高程工作基点位移通过布设于大坝下游1.2km~1.4km（水准线路长）的3个平面基准点TKSZ1~TKSZ3按一等闭合水准网进行控制。2.1.2表面变形测点布设根据国家土石坝安全监测技术规范要求，结合滩坑工程的具体情况，大坝表面变形观测的纵断面选择在面板顶部、坝顶防浪墙、坝顶下游侧各布设一条，下游护坡布设4条，共7条纵断面，其中下游护坡分别在150m高程、120m高程、90m高程及57m高程布设4条。表面变形测点横向间距原则上按50m设置，测点编号自左岸至右岸依次顺排，8#测点位于变形观测主横断面。大坝共布设永久表面水平、垂直位移测点各67个，见图1。在大坝内部变形的三个断面相应的面板上均布设了电解液式固定倾斜仪共42支仪器，进行面板挠度监测。水库图1大坝表面变形观测点布置图水库2.1.2内部变形测点布设横断面选择坝0+417.00（最大坝高断面）作为内部变形观测的主断面、坝0+515.00（近右岸）、坝0+310.00（近左岸）作为内部变形观测的辅助断面。与内部变形观测断面相对应的三个断面也作为大坝表面变形观测及面板挠度、面板应力应变观测的主要断面。其中横断面上的坝体内部变形测点选择4个高程作为坝体内部变形的重点监测部位，包括最大垂直位移所在的115m高程（约2/3坝高）、最大下游面水平位移所在的84m高程（约1/2坝高）、最大上游面水平位移所在的57m高程（约1/3坝高）以及考虑到全面监控坝体内部变形而增设的141m高程。横断面上的坝体内部变形测点在不同高程处每排布设3个~5个测点。大坝内部变形测点共布设钢丝水平位移计、水管式沉降仪各9套，各30个测点。考验到本工程坝基河床覆盖层厚达20m~27m，且大部分未予挖除，为监测大坝在填筑施工以及蓄水运行后的坝基沉降，选择在坝0+445较大坝高断面的34m高程（坝基表面）上下游向共5处布设了单个测点的电位器式杆式位移计，见图2。图2坝体内部变形主横断面观测点布置图2.1.3面板接缝变位测点布设在面板周边缝处的左右岸及河床部位共布设了12组三向测缝计进行监测。在大坝面板高程（15m、60m、122m、159m），布设了4条接缝监测线，采用单向测缝计进行面板接缝监测，共布设48支仪器。2.2变形监测2.2.1表面变形监测（1）全站仪极坐标法观测水平位移大坝表面水平位移观测采用极坐标法分左右岸两段进行。极坐标法观测时，在工作基点A上安置全站仪观测水平角β、水平距离S即可得到位移测点P的平面坐标。M、SM分别为测角、测边全中误差，AP为AP的坐标方位角。极坐标法X向（左右岸向）、Y向（上下游向）位移量观测值全中误差pXM、pYM计算公式为[1]2222)cos()(sin2)sin()(cos2MSMMMSMMAPSAPpYAPSAPpX本工程极坐标法观测项目中，工作基点至面板（坝顶）、下游护坡位移测点水平距离S最大值分别为263m、428m，采用TCA2003全站仪以全圆观测法分别按二测回、四测回进行水平方向观测，水平距离S采用与水平方向相应的测回数按国家精密光电测距要求观测，目标棱镜采用了中国专利产品——高精度免调节变形监测通用棱镜基座。按先验中误差计算得大坝面板（坝顶）、下游护坡各表面位移测点水平位移量观测全中误差分别在±2.54mm、±2.92mm以内。通过2009年~2012年的观测资料分析，表明实测精度略高于理论计算精度。水平位移量观测精度高于《土石坝安全监测技术规范》（DL/T5259-2010）规定的±3.0mm[2]。（2）EDM三角高程法观测垂直位移大坝表面垂直位移观测是在采用极坐标法观测的同时由EDM三角高程观测得到基点到位移测点的高差h，从而得到位移测点的垂直位移。采用全站仪进行的EDM三角高程测量[3]，在变形观测中如忽略球差的影响,则垂直位移量观测值全中误差HpM为2V2I2222D2s2mmmSminMHp式中，Dm为工作基点至位移测点斜距D的观测中误差；S为工作基点至位移测点的平距；m为包含大气垂直折光影响在内的垂直角观测全中误差；VImm、分别为仪器高及目标高观测中误差。当采用一定的技术措施后可以将仪器高量取的中误差Im控制在±0.1mm，目标棱镜采用中国专利产品，一般目标高观测误差Vm可忽略不计。EDM三角高程现场观测时宜采用在位移测点附近大气折光情况比较接近的稳定点进行三角高程观测，从而分析推算大气垂直折光系数K值。为提高判断K值变化的灵敏度以及提高K值修正的精度，可采用对多个固定点或对固定点进行多次观测的方法。故在三角高程变形观测中，观测位移测点高程的同时，观测与位移测点大气垂直折光基本一致的固定点高程，如在本工程中各工作基点设站观测时，同时观测相应后视基点的高程，以掌握推算大气垂直折光的变化情况，必要时进行K值变化引起的位移测点高程观测值修正。本工程三角高程观测与极坐标法观测同时进行，大坝面板（坝顶）、下游护坡各表面位移测点垂直位移分别采用TCA2003全站仪以中丝法分别按二测回、四测回进行垂直角观测。按先验中误差计算得各表面位移测点垂直位移量观测全中误差分别在±2.58mm、±2.96mm以内。通过2009年~2012年的观测资料分析，表明实测精度略高于理论计算精度。垂直位移量观测精度高于规范规定的±3.0mm。（3）精密水准及面板挠度观测坝顶垂直位移采用LeicaDNA03电子水准仪按二等精密水准法观测，水准路线单程总共设16测站，按二等精密水准测量一测站上单程所测高差偶然中误差Md为±0.17mm计算，可得最弱点往返测高差中数全中误差为±0.68mm，最弱点垂直位移量观测全中误差为±0.96mm，明显高于规范规定的±3.0mm之技术要求。布设在面板上的电解液式固定倾斜仪观测资料精度较差，最弱点观测误差有时达±50mm以上，且观测数据时有中断，监测资料可靠性较差。2.2.2内部变形及接缝变位监测坝体内部水平位移观测采用引张线式水平位移计人工观测，坝体内部垂直位移观测采用水管式沉降仪人工观测。现场观测工作按规范要求进行，观测房本身位移通过大坝下游护坡表面变形监测进行并对内部位移观测值进行修正。实际位移观测值全中误差约在±5.0mm。坝基垂直位移及面板接缝采用电位器式位移计及配套仪表进行观测。3面板坝监测资料分析3.1大坝表面变形为使大坝变形监测资料更具可靠性和可比性，大坝表面水平、垂直位移以及坝体内部水平、垂直位移监测基准值观测日均选为2009年7月底，相应库水位为136m。自2009年7月至2012年12月河床部位（6#~10#横向断面）坝顶下游侧测点最大水平位移为49mm~55mm；自2009年7月至2012年12月30日床部位（6#~10#横向断面）坝顶测点最大共沉降121mm~140mm，见图3[4]。坝顶水平、垂直位移主要表现为时效分量及小部分的水位分量。2010年度河床部位（6#~10#横向断面）坝顶测点间隔水平位移为20mm~25mm；2011年度为8mm~12mm；2012年度为11mm~16mm。2010年度河床部位（6#~10#横向断面）坝顶测点间隔沉降为49mm~56mm，相应的年竖直应变增量为0.035%；2011年度为21mm~24mm，相应的年竖直应变增量为0.015%；2012年度为15mm~17mm，相应的年竖直应变增量为0.011%。说明大坝的沉降已渐趋稳定。图3坝顶水平垂直位移过程线3.2坝体内部变形坝体内部水平、垂直位移为内部位移测点相对于观测房的位移量加上观测房本身的位移量。自2009年7月底至2012年底，最大坝体内部水平位移的为位于河床中央断面，垫层位置