小孤山水電站樞紐外部變形監(jiān)測與預(yù)報

1、小孤山水電站樞紐外部變形監(jiān)測與預(yù)報    摘要:簡要敘述了變形監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)、監(jiān)測方案的選擇,并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析,提出了合理的建議。  關(guān)鍵詞:小孤山水電站;變形監(jiān)測;結(jié)果分析;預(yù)報    1工程概況    小孤山水電站水利樞紐是我國目前建在軟基上的第一座中型電站閘壩,是黑河大峽谷的第3座梯級水電站,上接大孤山水電站廠房尾水,設(shè)計正常蓄水位2 160m;下接龍首二級(西流水)水電站庫尾,正常水位1 920m,開發(fā)段河道長約15km,設(shè)計水頭140m,該水電站采用長隧洞引水式方案開發(fā)

2、,設(shè)計引水流量98m3/s,電站裝機(jī)約100MW。工程規(guī)模屬中型工程,主要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為三級,次要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為四級,臨時建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為五級。小孤山水電站開發(fā)河段位于甘肅省肅南裕固族自治縣境內(nèi)的黑河大峽谷中段,兩岸有大面積陡崖分布,峭壁聳立,河中亂石層疊,水流湍急。有山區(qū)四級公路沿峽谷穿過,樞紐距張掖市約100km,交通便利。  為了解和掌握閘壩的穩(wěn)定性、驗(yàn)證相關(guān)的設(shè)計參數(shù),確保水電站的長期運(yùn)行安全,保證發(fā)電機(jī)組正常出力和投資效益的正常發(fā)揮,受黑河水電開發(fā)有限責(zé)任公司的委托,按照黑河小孤山水電站樞紐外部永久變形監(jiān)測技術(shù)設(shè)計報告和水利水電工程測量規(guī)范、水利水電施工測量規(guī)范、混凝土

3、壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的要求,對小孤山水電站樞紐外部進(jìn)行變形監(jiān)測,并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析。    2外部變形監(jiān)測方案設(shè)計    外部變形監(jiān)測主要從兩方面展開工作,一是進(jìn)行建筑物水平位移監(jiān)測,另一是進(jìn)行建筑物沉降監(jiān)測。水平位移監(jiān)測采用視準(zhǔn)線法,在設(shè)置有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩上架設(shè)高精度經(jīng)緯儀,照準(zhǔn)視準(zhǔn)線另一端點(diǎn),測定設(shè)置在該軸線上的監(jiān)測點(diǎn)的變形情況。沉降監(jiān)測是采用精密幾何水準(zhǔn)測量的方法,測定布設(shè)于建筑物上觀測點(diǎn)的高程變化,來確定建筑物的沉降情況。  在監(jiān)測過程中,一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)水平位移量變化較大、監(jiān)測點(diǎn)沉降量較大或沉降量明顯不均勻時,應(yīng)及時向業(yè)主報告,

4、根據(jù)需要采取必要的防范措施。在沉降監(jiān)測中,為了保證監(jiān)測精度,正確反映建筑物的沉降情況,按照二等精密水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測。  2.1觀測點(diǎn)位的設(shè)置  變形監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)是進(jìn)行變形監(jiān)測的基礎(chǔ)。根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)從整體到局部的原則,依據(jù)小孤山閘壩的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn),在樞紐閘壩1#、2#、3#和4#泄洪沖砂閘范圍內(nèi),布設(shè)3條視準(zhǔn)線進(jìn)行閘壩水平位移監(jiān)測;布設(shè)2條精密水準(zhǔn)路線和1條支點(diǎn)水準(zhǔn)路線進(jìn)行閘壩沉降監(jiān)測。  水平位移觀測基點(diǎn)B1、B2和B3是具有強(qiáng)制對中裝置、高1.20m的混凝土觀測墩,預(yù)制在右岸道路兩邊的基巖上,四周加置了鐵柵欄;照準(zhǔn)基點(diǎn)A1、A2和A3是標(biāo)有“萊卡”字樣的

5、目標(biāo)專用照準(zhǔn)覘牌,用3個(或4個)螺釘固定在左岸基巖上。水準(zhǔn)工作基點(diǎn)有2個,一個位于B2觀測墩底座上,一個位于Y15監(jiān)測點(diǎn)下游右岸基巖上,均為現(xiàn)澆圓鋼標(biāo)志。兩個水準(zhǔn)工作基點(diǎn)上均引測了二等水準(zhǔn)高程。  Y01Y15是設(shè)計的變形監(jiān)測點(diǎn),這些點(diǎn)為高出地面0.30m的現(xiàn)澆永久監(jiān)測墩,其上安置了強(qiáng)制對中盤和水準(zhǔn)高程測量標(biāo)志,作為平面位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測的標(biāo)志。  2.2變形監(jiān)測使用儀器的選擇  為保證測量成果準(zhǔn)確、可靠,滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求,水平位移監(jiān)測采用T3型經(jīng)緯儀,并配用監(jiān)測專用活動覘標(biāo)進(jìn)行;沉降監(jiān)測,選用德國蔡司公司生產(chǎn)的NA-2型精密光學(xué)水準(zhǔn)儀(±0

6、.40mm/km)并配用銦瓦合金標(biāo)尺進(jìn)行幾何水準(zhǔn)測量。在作業(yè)前后,對儀器的相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)與校正,使監(jiān)測儀器的各項(xiàng)指標(biāo)符合國家及規(guī)范要求。  2.3變形監(jiān)測方法  水平位移觀測是將T3型精密經(jīng)緯儀架設(shè)在B點(diǎn),正倒鏡照準(zhǔn)對應(yīng)的特制照準(zhǔn)點(diǎn)A各一次,對架設(shè)在各監(jiān)測點(diǎn)上的帶有千分尺的移動覘標(biāo)各讀取一組數(shù)據(jù),取其中數(shù)作為最終觀測值。在沉降監(jiān)測中,為了保證監(jiān)測精度,正確反映建筑物的沉降情況,按照二等精密水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測。    3監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及成果分析    3.1數(shù)據(jù)處理  外業(yè)數(shù)據(jù)觀測結(jié)束后,對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真地檢查校核,剔

7、除粗差后參與計算。閘壩的水平位移量,是將各監(jiān)測點(diǎn)的觀測量與上一次觀測值比較得出相對位移量,將各監(jiān)測點(diǎn)的觀測量與初始值比較得出絕對位移量;閘壩的垂直位移量,是將各監(jiān)測點(diǎn)上利用附合水準(zhǔn)路線經(jīng)平差計算求得的高程值與上一次觀測值比較得出相對位移量,將各監(jiān)測點(diǎn)求得的高程值與初始值比較求出絕對位移量。  3.2成果分析  2006年4月23日進(jìn)駐工地,在28日下閘蓄水前幾天,對各監(jiān)測點(diǎn)的初始值進(jìn)行了測定。2006年5月4日開始首期監(jiān)測,至2008年5月的2年內(nèi),從前段(2006年6月22日前的6期)的按通知無周期規(guī)則監(jiān)測到后段(2006年6月22日后的100期)每周四進(jìn)行的有周期規(guī)則性

8、監(jiān)測,共計106期。  為分析和研究閘壩的外部變形,繪制了監(jiān)測期水庫水位過程線和各監(jiān)測點(diǎn)的位移過程線:以各視準(zhǔn)線上的監(jiān)測點(diǎn)組成的橫剖面代表閘壩橫向位移曲線和以各閘墩為單元,其上監(jiān)測點(diǎn)組成的縱剖面代表閘壩縱向位移曲線。  通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析各個監(jiān)測點(diǎn)的位移過程線(剔除個別監(jiān)測期個別監(jiān)測點(diǎn)的異常值)認(rèn)為,上游排視準(zhǔn)線上的監(jiān)測點(diǎn)的變形情形是:位于壩左(混凝土壩)上的Y01的變形位移量不大,雖然在一段時間內(nèi)和同在一條視準(zhǔn)線上的其它監(jiān)測點(diǎn)呈相似的變化方向、過程,但因變形位移量大多在2倍測量中誤差內(nèi),所以可以認(rèn)為它是相對穩(wěn)定的。Y02、Y03、Y04和Y05點(diǎn)在以上監(jiān)測期發(fā)生變形且位移量

9、隨水位變化波動,總趨勢是水平位移初期向上游,然后再向下游的過程;由于上游排監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)(B1)遭撞擊破壞,自74期后Y01、Y02、Y03、Y04和Y05點(diǎn)無水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù),故對上游排的水平位移無法進(jìn)行連續(xù)性分析;垂直位移是一個緩慢上升到回落繼而下沉的過程,且位移量不大。  中游排視準(zhǔn)線上的監(jiān)測點(diǎn)的位移變形情形是:位于壩左的Y06的水平位移變形量相對較小(最大達(dá)到-4.96mm),但和同在一條視準(zhǔn)線上的其它監(jiān)測點(diǎn)呈相似的變化方向、過程;要引起注意的是Y07、Y08、Y09、Y10和Y11監(jiān)測點(diǎn),在監(jiān)測期后期水平位移向下游方向發(fā)生位移變形并隨水位升降呈規(guī)律性的上下波動且呈加快趨勢。Y0

10、7的水平位移量最大達(dá)到-5.96mm,Y08的水平位移量最大達(dá)到-9.66mm,Y09的水平位移量最大達(dá)到-11.94mm,Y10的水平位移量最大達(dá)到-12.01mm,Y11的水平位移量最大達(dá)到-13.79mm。垂直位移的變化在整個監(jiān)測期也是比較平穩(wěn)的,總體上講是一個緩慢上升到回落下沉的過程,但明顯隨水位升降呈上下波動規(guī)律。  下游排視準(zhǔn)線上的監(jiān)測點(diǎn)的位移趨勢是:在整個監(jiān)測期,Y12的水平位移量和垂直位移量相對較小,Y13、Y14、Y15的垂直位移量相對較小而水平位移量較大,水平位移量絕大部分為負(fù)值并隨水位升降呈規(guī)律性的上下波動且向下游方向變形位移。Y13的水平位移量最大達(dá)到-10.

11、13mm,Y14的水平位移量最大達(dá)到-10.84mm,Y15的水平位移量最大達(dá)到-11.30mm。垂直位移量的變化在整個監(jiān)測期都是比較平穩(wěn)的,總體呈下降趨勢,但位移變化量小,明顯隨水位升降呈上下波動規(guī)律。    4結(jié)論    通過對2年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為在該監(jiān)測期閘壩發(fā)生了位移變形,且位移變形在時間和空間上都是不均勻的:閘壩靠左岸位移變形較小,靠右岸位移變形較大;水平位移變形較大而垂直位移變形較小;水平位移變形方向向下游,大小隨蓄水位的高低波動并在波動中增大;該閘壩存在不均勻位移變形,且不均勻位移變形特征比較明顯。  在整個監(jiān)測期的后期,監(jiān)測點(diǎn)Y07、Y08、Y09、Y10、Y11、Y13、Y14、Y15的水平位移量均逐漸增大,且有繼續(xù)增大的趨勢;垂直位移由蓄水初期的上升到回落再到下沉態(tài)勢,但垂直位移量較小,明顯隨水位升降呈上下有規(guī)律波動。需要強(qiáng)調(diào)的是:該閘壩靠右岸各監(jiān)測點(diǎn)在這期間的水平位移量(向下游)逐漸增大而左岸變化量較小,通過對各個監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對、分析,認(rèn)為該閘壩發(fā)生了不均勻位移變形且特征比較明顯,而殘余變形值逐漸減小。    參考文獻(xiàn)&#