葠窝水库大坝安全监测系统改造探析

孙延芬

(辽宁省葠窝水库管理局，辽宁 辽阳 111000)



葠窝水库大坝安全监测系统改造探析

孙延芬

(辽宁省葠窝水库管理局，辽宁 辽阳 111000)

摘要：葠窝水库大坝设计以大坝安全监测为骨干，以当代先进、应用成熟的监测设备及信息技术为支撑，以确保水库防洪安全和高效运行为目的，对在役资源整合，对报废部分论证改建，对陈久、陈旧资源升级，对局部缺失且必要的部分做增补建设，通过强化非工程措施，以自动化的高效信息模式，辅以人工巡视和巡查检验；在集中巡测过程中，重视单项校验；由基于数据库的软件体系、多任务操作系统和在线监测、离线分析、异地备份的技术手段，建成确保水库大坝安全与高效运行的国内先进系统。

关键词：监测；系统改造；大坝；葠窝水库

1监测系统概况

葠窝水库大坝安全监测系统(即原原型观测)随筑坝工程始建于1972年，包括位移、渗流、内观等几个相对简易的人工观测项目，1989年随(第一次)除险加固工程建设改造成了自动化系统，成为国内水利系统最早实施混凝土重力坝安全监测自动化的大坝之一。

在2003年第二次除险加固中安装了坝顶真空激光准直自动监测设备。目前，葠窝水库大坝安全监测系统的真空激光准直系统已运行10 a，其他自动监测系统及内观系统业已失效，仅有部分外观由人工维持观测，亦亟待改造[1]。

2控制网加固改造

控制网加固改造的主要任务是对原网加固、补点和固形。总工程量为：加固5点，增补永久点4个，过渡点170个，做引校测。加固的5个现状点位于南沙(原点)、山门、警卫楼、北山下下、北山下上(空压)。拟补的4个永久点位于南沙桥西、南沙桥东、南北沙大桥南、南北沙大桥北。拟补过渡点170个，位于坝外140个，坝内30个。引校测自南沙原点经各廊道门至坝内形成环线，经过渡点至基点和双标点。提供对坝体水平位移、垂直位移和坝后冲刷坑测控基准。与拟建廊道内起测基点、引测点和双金属标点(灌浆廊道8#和22#)共同组成稳固的网形。

原来的大坝安全监测系统建设于特殊时期，改造后又过分的依靠自动化，没有在坝区的周围构成足够的人工观测网，这给用人工比测和在自动化系统暂时停止工作时由人工替代的可能性带来极大的困难。

建库初期虽然建了控制网，但由于当时的网主要侧重于建坝，加上葠窝地区近年来南沙和北沙地区城镇化建设迅猛发展对葠窝地区环境的影响，周边快速增长的建筑群及上坝公路经过的火车头山常有巨大滚石等对网形的影响，需要对原网进行改造和强化，构成完整的监测系统[2]。

控制网为永久监测网，分为大坝水平变位控制网和垂直变位控制网两部分，变形控制网设计的主要任务是补点、维护和复测[3]。在坝址下游2.7 km外的南沙土坎处的最原始、最重要的基点被周围的建筑群和商业网点包围和遮挡，需要进行维护，并为了观测的准确性和系统长期运行的稳定性，需要把原来的普通点改为双金属标点，并实施加固和保护，使各新老网点构成完整的工程控制网。

水平位移控制网按现有网形和通视条件，补建大坝下游控制点，选取4个拟建在稳定基础上的永久监测点，即南沙桥西点、南沙桥东点、南北沙大桥南点和桥北点，与原有各点组成监测网。该网的主要作用是保证各监测点相对稳定，以便对变形监测点数据处理时有充分的变形分析依据。该网用常规的大地测量方法来监测，组网原则为各测点相互通视。

即根据地形、网形及仪器特点，由于控制网范围较大，总监测点较多，需要补建部分控制点。在坝下桥两端各建一补充基点，其中BJD2位于左岸，建在火车头山下至老油库变电站之间选点；BJD3建在北沙机械厂外；BJD4建在电厂警卫室外，与其它点配合对冲刷坑的校测控制；BJD1建在老水文站外，用于对水尺校测。同时，这些点的共同作用是为了有效控制葠窝大坝的网形。需要复测BJD1、BJD2、BJD3、BJD4与原控制点组成的控制网。由补建点形成通视条件，并为过渡点，起到传递作用，便于作廊道内的沉陷监测和坝下冲刷坑监测，并能兼顾网形的稳定性[4]。设计保证每一个设站点至少有一个定向点便于定向。

垂直位移控制网依据葠窝水库改造后网的控制来完成对工程的控制，采用的仪器为数字电子水准仪和全站仪。

补过渡点170个。其中：坝外140个，坝内30个。对全部测点和网形进行引测和校测。同时提供对坝后冲刷坑的测控基准。

3坝顶真空激光准直系统改造

坝顶真空激光准直系统建于2003年，目前已运行10 a，经2013年1月30日辽宁省葠窝水库大坝安全鉴定会结论，“复核坝顶设计高程105.28 m。(104.99 m)。需将现状103.5 m高程激光线上移，系统重建。

设计激光轴线长566 m，测点31个，两岸洞子进深均为17 m。

4监测系统改造

4.1　坝基位移监测系统改造

监测区位于基础灌浆廊道7#～22#坝段，高程54.700 m，坝段16个。拆除旧引张线系统，在原建筑结构基础上改造。从真空激光准直或双向引张线2方案中选定其一，改造成自动化监测系统。

葠窝水库灌浆廊道潮湿沥水的环境，采用真空激光准直方案，系统维护量小，与坝顶真空激光共同应用，便于技术人员掌握。

建议采用真空激光准直方案。

4.2　挠度监测改造

拆除4#和22#倒垂，扫孔检测，更新设备。7#和23#需详细检测以确定是否更换，因此，在可研阶段，按全部更新4条倒垂考虑，包括9个测点。该4条倒垂所在处均有淋水，因此要做防淋设计，改造垂线所在的竖井，安装防护门等。

4.3　坝基础变位监测改造

现状在2条廊道布有基岩变位计，分别是5#廊道6处，23#廊道4处，共10处基岩多点变位计。均已报废。

改造方案：拆除10套旧设备，选4处改造，即5#廊道2处、23#廊道2处。扫孔清理，更新多点基岩变位计，其余封盖孔口保护留存。

4.4　裂缝监测改造

拆除4#、5#、6#、17#和23#坝段报废的25支裂缝监测设备，做裂缝评价，测区处理，安装新设备。

选定的裂缝监测区50处(含裂缝和接缝)。包括坝体常态表面重点裂缝，水平贯穿缝(18#～22#坝段)其上、下游对等监测位，接缝监测。对裂缝重新核定后纳入监测网络，实施网络远程自动监测。对于水平贯穿裂缝因其上游常年位于水下，布设测缝仪器时需要做特殊处理[5]。

4.5　倾斜监测改造

新建倾斜监测3处，选定在5#、11#和17#坝段105.28高程，安放弦式遥测倾斜仪，实施网络远程自动监测。坝顶沉陷测点保留，由数字电子水准仪辅助校测。

4.6　位移沉陷校测改造

坝面抬高后，新建人工校测系统。坝顶建设沉陷点62处(31×2)，兼做倾斜。水平点31个，由电子水准和全站仪施测。

4.7　坝基扬压力监测

共有39个监测点，基中有压34个，无压5个。现状测压孔经过近40年运行，有必要清孔。工程内容包括扫孔、拆除旧设备、孔口改造、安装新设备。

4.8　坝基坝体渗流监测改造

主要工程量有扫孔，孔口改造，排水沟清理及维护，堰区改造，设备安装。总数量为泄流孔306个，堰区4个，排水沟清理及维护1 000 m。包括坝基泄压孔240个。坝体泄压孔50个。局部泄压孔16个。堰区4个。

4.9　集水井监测改造

集水井4个，进行井池清理，安装自控设备4套，引水箱4个。

4.10　绕坝渗流监测改建

共20个孔，其中左岸10个，右岸10个。主要工程为扫孔，孔口改造，安装设备，有线自动监测。

4.11　内观系统改造

共有205个测点，差阻式仪器，包括应力、应变及温度测点。经过40年的运行，内部温度场已经稳定，其他场也基本稳定，设备也基本失效。改造过程将全部设备检测分类后接入集线箱备查备用。

这些仪器主要分布在15#和23#坝段中面，包括温度计、应变计、钢筋计、渗压计、测缝计。原21支差阻式水温计，分布在15#坝段7支、23#坝段14支。原7支钢筋计，分布于16#坝段，监测底孔的顶拱和底板钢筋应力状态。原3套1组2支钢筋计，分布在15#、16#、18#闸墩饺座受力筋上，监测铰座应力状态。原测点42个(5#、15#、23#坝段)，报废19个封存，余23个。

4.12　应力、应变监测

配合坝体整体结构的改造，新建应力、应变监测系统，实施应力、应变及温度监测。布置4个横向监测剖面，滚水坝2个，左侧挡水坝2个(其中1个位于电厂后)。沿坝高间隔5 m布置1个水平监测截面。

其中：

1)挡水坝段：下游坝坡贴混凝土后，需要做新老混凝土之间的变形监测、应力观测。布置2个监测断面，其中1个位于电厂后，每个断面竖向布置10个水平监测截面，每个截面布置测缝计1个、坝基压应力计1个，5向应变计组3个，无应力计3个，2向应变计7组。

2)溢流坝段：堰面加高2 m，新老坝体之间变形监测、应力监测。布置2个横向监测断面，每个断面竖向布置4个水平监测截面，每个截面布置测缝计1个、沿溢流面每个监测断面布置3个压应力计，5向应变计组1个，无应力计1个，2向应变计3组。

闸门开启时，在牛腿受力范围内，新老混凝土结合部位(闸墩处)应力观测。布置2孔闸门，即4个受力区。每区布置1个7向应变计组，3个钢筋计。

3)上游坝面贴沥青混凝土，此处的温度应力，变形等监测。沿前述4条监测断面布置面板温度计，设置10个水平监测截面，间隔5 m，共40点。每点布置1组两向应变计和测缝计。

5结论

葠窝水库信息化系统改造工程是经多方面对原监测手段和废遗系统的全面论证，应用现代技术与工程手段，侧重建设以大坝挡水建筑物、岸坡、滚水坝段、重要断层区域安全监测为主体，不忽视相关水工要素；以外部监测为主，内部监测为辅；以自动化监测为主，辅以人工巡视和巡查检验；在集中巡测过程中，重视单项校验分析；基于数据库的软件体系，多任务操作系统在线监测、实时采集存储、传输入库、离线分析的大坝安全监测系统。

最终实现设计先进、经济合理、性能稳定、维护方便、功能实用的目标，达到国内同类大坝安全监测同期建设的先进水平。

参考文献：

[1]张进平.大坝安全监测资料分析方法及信息处理技术的若干进展[J].大坝与安全，2003(06)：19-23.

[2]张进平,黎利兵,卢正超,赵春.大坝安全监测决策支持系统的开发[J].中国水利水电科学研究院学报，2003(02)：84-89.

[3]方卫华.大坝安全监测的若干问题探讨[J].水利技术监督，2001(01)：26-29.

[4]陆云秋.必须重视大坝安全监测设施的建设[J].水利建设与管理，2003(04)：41-42.

[5]刘志玲.大坝安全监测要素分析[J].科技情报开发与经济，2009(13)：222-224.

[作者简介]孙延芬(1968-)，女，辽宁辽阳人，工程师，从事水利工程管理研究。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：TV698.1

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)08-0108-03