固定式倾斜计在苏丹麦罗维水电站大坝面板挠度监测中的应用

帅永建

(中国水利水电第七工程局有限公司 科研设计院,四川 成都 611730)

1 概 述

苏丹麦洛维大坝工程位于尼罗河中下游地区的苏丹北部麦罗维市附近。

该工程以发电为主,兼顾灌溉和防洪,最大坝高 82m,大坝总长 9789 m,总装机容量为 1250 MW。麦洛维大坝工程由 2A、2B、2C三部分组成,其中:左岸建筑物由土石坝、灌溉渠首工程、混凝土面板堆石坝组成(2A);电站厂房和附属建筑物由溢流坝段、非溢流坝段、电站厂房组成(2B);左岸建筑物由粘土心墙坝、面板堆石坝、灌溉渠首工程组成(2C)。

麦洛维水电站于 2003年 9月 20日开工,2004年 10月大江一期截流,2009年 3月底首台机组发电,2010年底工程将全部竣工发电。

2 面板挠度监测布置

整个工程面板坝总长度约为6700m,混凝土面板面积约 20万 m2。设计分别在左右岸面板坝布置了 4个监测断面,采用固定式倾斜计监测面板挠度变形。

在右岸面板坝布置了两个挠度监测断面,分别在 4+610,4+716、从高程 258 m至坝顶高程295m。在左岸面板坝同样布置了两个挠度监测断面,分别在 6+309,6+445、从高程 263 m至坝顶高程 295m。每个断面布置了 4支固定式倾斜计。其典型布置断面见图 1。

3 固定式倾斜计的工作原理

图1 倾斜计典型布置断面图

固定式倾斜计的工作原理是测量仪器内部两个球形面间电解液的电阻变化,从而测出倾角变化,通过二次仪器精确测出并以电压信号输出。

该工程进行设备选型时,分别考虑了美国AGI公司的 802DeepWater型、加拿大 RST公司的ELS潜水单轴倾斜计(型号:IC6603),在综合其性价比后,最终决定采用加拿大 RST产品。

图2 电解式倾斜计示意图

RST公司(ELS)电解式传感器可用于测量建筑物的微小运动。如图 2所示,电解式倾斜计可用于监测水下建筑物的倾斜,其由电子倾斜传感器和一个坚硬的不锈钢防水外壳组成。结实的安装盘为现场安装提供了方便,确保了仪器不被损坏。倾斜传感器输出电压,并可被读数仪采集或数据采集系统遥测。

该产品可在水下高压力下工作,长期稳定性好,安装可靠。安装盘用于水下安装调平,并能提供水下安装所需要的强度、刚度以及高分辨率。

4 面板挠度分析

由于蓄水后的面板挠度变形过程线呈高度一致性,因此,笔者在分析时,主要以右岸 4+610断面和 4+716断面的倾斜计变化情况作进一步分析。面板坝挠度典型过程线见图 3～4,面板变形分布情况见图 5,向下游面为正,向上游面为负。

在水库尚未蓄水、面板混凝土浇筑尚未完工前,整体面板坝的变形量均较小。水库蓄水分两期进行,第一期从 2008年 4月 15日～2008年 7月 15日,蓄水高程从 259～270m;第二期蓄水从2008年 7月 15日～2008年 12月 15日基本结束,蓄水高程从 270～299.5m;面板受水压力的作用,两个挠度监测断面各测点变化类似:

(1)埋设在最底部的 TM 1倾斜计在第一期蓄水期基本上没有变化,分析其原因主要是其距离趾板最近,而且根据设计要求趾板部位进行了二期回填,受趾板和回填料的双向约束,因此变化微弱;二期蓄水后,其逐渐呈现向下游变化的趋势,但数值仍较小,蓄水到顶后,基本不再变化;

(2)埋设在高程 268 m处的 TM 2倾斜计在第一期蓄水期向上游变化,一期蓄水高程 270 m也正在达到仪器安装高程 268m,这时的 TM 3,TM4基本没有变化;第二期蓄水开始后,该测点由于受上部水压导致面板整体变形,该测点呈向上游变化的规律,与库水位线性相关性明显;

(3)埋设在高程 282 m处的 TM 3倾斜计在一期蓄水时变化较小,呈向下游的微小变化;二期蓄水后,特别是从高程 270～285 m测点加速向上游面变化,高程 285 m以上蓄水时,变化较小。

(4)埋设在高程 295 m处的 TM 4倾斜计在一期蓄水时变化较小,呈向下游的微小变化,二期蓄水后,从高程 270～285m,测点变化也较小,其变形主要在高程 285m以上蓄水期,则变化和库水位呈反方向变化,最大变形量约为 40.5mm(上游方向)。

5 结 语

图3 面板坝挠度过程线示意图

图4 面板坝挠度过程线示意图

图5 面板变形分布情况示意图

(1)固定式倾斜计用于大坝面板表面倾斜量测,总体反映了面板的变形规律和特点,仪器安装简便,可在面板形成后再进行安装,因此不受土建施工干扰;仪器在蓄水前后运行稳定,测值合理,整体大坝变形较小。

(2)各测点的仪器在蓄水期间准确的反映了库水位升高时对面板变形的影响规律,仪器反映灵敏,准确度高(图 5),水库蓄水前,坝顶变形较小,最大约 8.3mm(向上游面,RD18断面);蓄水后,受库水位,特别是尼罗河泥沙淤积坝前的影响,坝顶普遍向上游变形,最大变形量为 40.5mm,符合变形预期。

(3)国内面板坝一般设计为埋设在面板内(或底部)的滑动式测斜计和电平计,这些仪器受施工干扰大,一旦损坏即无法修复和更换,而固定式倾斜计用于面板表面安装,若有损坏,则可利用水库放空检修期进行维护和更换,更适用于长期的水库面板倾斜监测。

(4)需要注意的是:苏丹麦罗维工程面板坝高度较小,若将固定倾斜计用于高坝的面板坝表面安装,笔者认为需要做专门的论证,以解决电缆的牵引和保护问题。