基于变形监测的金安桥水电站坝体稳定性分析

张耀祖+陈俊智+段会文

摘要：文章详细介绍了金安桥水电站大坝水平位移监测网组成和布设情况，并且选取了典型的河中8#坝段近几年的监测数据进行回归分析。结果表明变形值最大的河中坝段的坝顶、坝体及坝基的位移值由大到小，符合变形规律。典型测点位移及速率趋势线趋于平稳，坝体坝基变形已经趋于稳定。

Abstract： This paper introduced the composition of Jinanqiao Hydropower Station dam horizontal displacement monitoring network， and selected the typical monitoring data of 8# river dam in recent years and did regression analysis. The results showed that the biggest deformation value of cumulative displacement of the dam crest， the dam and its foundation valued from big to small， and in line with the law of deformation. The displacement and speed of typical measuring point trend line tended to be stable， the dam and dam foundation deformation has been stabilized.

关键词：坝体变形；监测；稳定性；回归分析

Key words： dam deformation；monitoring；stability；regression analysis

中图分类号：TV698.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0150-02

0 引言

大坝是我国重要的水利工程设施，为了提高使其运行的安全、有效性，需要对大坝的坝体变形进行持续的监测[1]。变形监测是对坝体整体变化的宏观状况进行监控，是了解大坝工作性态的最重要也是最直接的方式[2]。近40多年来，大坝安全监测日益受到重视，国内外监测的经验积累日益增多[3，4，5]。大量的事例表明，变形监测工作在及早发现问题、防止大坝失事、减轻灾害损失等方面已经取得了十分显著的成效。每座大坝都应布设变形监测控制网[6]，常见的水平位移监测方法有垂线监测、真空激光准直系统监测[7]、引张线监测等。对坝体稳定状态的评估正是建立在监测数据分析的基础之上，甚至能可靠地预测出在蓄水期间坝体位移变化情况[8，9]。

1 工程概况

金安桥水电站是金沙江中游河段建设的第五级电站，位于云南省丽江市，地处金沙江中游河段上。工程等别为Ⅰ等，坝址设计的地震基本烈度为8度。主要由混凝土重力坝、左岸冲沙底孔、右岸溢流表孔及消力池、右岸泄洪（冲沙）底孔、坝后厂房及交通洞等永久建筑物及导流隧洞、围堰等临时建筑物组成。水库正常蓄水位1418m，相应的库容为8.47亿立方米，调节库容3.46亿立方米，具有周调节性能。碾压混凝土重力坝坝顶高程1424m，最大坝高160m，坝顶长度640m，电站总装机容量4×600MW。坝体总工程量约为常态混凝土120万方、碾压混凝土240万方。

2 变形监测

2.1 水平位移监测网

金安桥水电站坝顶埋设激光准直系统、廊道内埋设引张线监测坝体内部不同高程的水平位移。在重点观测坝段埋设正垂线和倒垂线，观测坝体的挠度以及坝体、坝基的水平位移。平面位移监测网共由12个点组成。全网由基准点组和工作基点组两部份组成，基准点组编号为A01～A04，工作基点组编号为J01～J08。基准点组A01～A04位于坝下游，距离坝体约1.0km～1.5km之间。由于监测网点的点位精度与距离基准的远近有关，而坝下游河流走向呈弧形，在一定程度上阻挡了通视方向，影响了监测网构网强度，因此基准点选择布置在距离大坝较近的地方；为保证整个系统基准的固定，在A1、A2下游左、右岸各布置一个基准点，此两点作为A1～A2的校核基准。这4个基准点位于枢纽区开挖范围下游，岩石完整性较好，其稳定性可以得到保证。工作基点J01～J08基本位于坝轴线下游。

坝顶水平位移采用表面变形监测点进行监测，重点坝段内不同高程的坝体及坝基岩体相对于坝基深部的水平位移采用正垂线和倒垂线的方法进行监测，其余坝段之间的水平位移采用引张线和真空激光准直系统进行监测。

2.1.1 表面变形监测点

在每个坝段的坝顶各布置1个表面变形监测点，由于大坝建设初期的大坝蓄水期间坝体垂线尚未完全形成，此时的坝体水平位移监测主要由这些表面监测点来完成，同时满足人工比测、施工期监测和特殊条件下人工辅助监测的要求。

2.1.2 正、倒垂线

为兼顾典型坝段、廊道布置等，选择在左岸坝肩布置倒垂线，2#左岸非溢流坝段、6#左冲坝段、河中8#厂房坝段、11#厂房坝段、14#溢流坝段及17#右岸非溢流坝段布置正倒垂线组，右岸坝肩布置倒垂线。视廊道间的距离高差确定采用“一线一点式”或“一线多点式”，利用不同高程坝内廊道布置垂线坐标仪，可以同时实现不同坝体高程的挠度变化监测。正垂线均在基础廊道内和倒垂线衔接，监测坝体的水平变形和挠度。同时，正倒垂线作为引张线系统及真空激光准直系统的基点和校核基点。

2.1.3 引张线系统

在EL.1292m廊道内布置1条引张线，贯穿6#～11#坝段。引张线以垂线作为校核基准，每个坝段设置1个测点，监测坝体顺河向位移。

2.2 监测成果

后期随着库水位上升，库水压力直接作用在坝体上游面。监测成果表明，河中坝段坝体顺河向（即上、下游方向）变形值最大。由于监测数据太多，文章对河中坝段的典型监测坝段即8#坝段的典型监测值进行列举。

2.2.1 坝顶表面变形

监测数据表明大坝顺河向位移在2次蓄水水位抬升期间（2011年1月4日达到第一蓄水高程，2011年7月13日达到第二蓄水高程）有一定的波动变化。截止2014年6月30日，坝顶表面变形监测点顺河向基本向下游变形，测值介于-31.8mm～5.2mm。最大值发生在河床坝段7#坝段（31.8mm），有3个点向上游变形，分别是1#（1.3mm）、14#（1.3mm）、20#坝段（5.2mm）。其变形值大小也与大坝基岩距离坝顶的高度有关，即高度越大变形值也越大。

2.2.2 坝体变形

随着水位抬升，6#、8#坝段顺河向均向下游变形，位移与水位相关性明显；6#坝段顺河向位移介于6.3mm～13.28mm，较大位移均出现在坝顶1424m高程；8#坝段顺河向位移介于2.13mm～24.14mm，较大位移均出现在坝顶1424m高程。

2.2.3 坝基顺河向位移

受水位上升影响，各坝段坝基均向下游产生一定的顺河向位移。截至2014年6月30日，坝基顺河向位移介于0.43mm～7.16mm，其中较大位移出现在11#坝段1292.00m高程，总体上靠近河床坝段位移大于两岸岸坡坝段。

3 典型坝段稳定性监测值回归分析

3.1 坝顶顺河向水平位移

选取坝顶典型测点（A8-TP-01表面变形监测点）进行回归分析，位移回归方程及趋势线见图1，位移量累计值在两次蓄水位抬升期间增加最快，在第二次蓄水高程后接近达到正常蓄水位，此后位移累计值增速变缓并在一个稳定值上下波动。

3.2 坝体顺河向水平位移

选取坝体典型正垂测点（A8-PL-01正垂监测点）进行回归分析，位移回归方程及趋势线见图2，变化趋势与坝顶位移累计值变化趋势形同。位移变化趋于稳定。

3.3 坝基顺河向水平位移

选取坝基典型倒垂测点（A8-IP-01倒垂监测点）进行回归分析，位移回归方程及趋势线见图3，变化趋势与坝体位移累计值变化趋势形同。位移变化趋于稳定。

4 结论

①大坝表面变形监测点及水准点，大坝所有静力水准测点，大坝的正倒垂线以及坝基位移监测的多点位移计、基岩变形计和双金属标已安装埋设同时也取得初始值，并通过单元工程、分部工程验收，连续观测了3年，观测成果可靠。②分析表明，变形值最大的河中坝段，坝顶、坝体及坝基的累积位移值由小到大，符合变形规律；典型的8#坝段坝顶监测点位移及速率在两次蓄水位抬升期间有较大的变化，其后位移和速率趋势线都趋于平稳。分析表明，在2011年7月13日达到第二次蓄水位即基本达到设计水位以后，坝体坝基变形已经趋于稳定。③选取了变形值最大的河中8#坝段进行回归分析，分析结果和实际的变形监测结果一致，选取对象简单，分析方法也比较正确，可以快速有效的对大量监测数据进行分析，有一定的现实指导意义。

参考文献：

[1]杨小平.大坝变形监测控制网布设及其基准控制点稳定性分析[J].水利与建筑工程学报，2010，8（2）.

[2]徐忠阳，郭志勇.水库大坝表面变形自动化监测新技术[J].测绘通报，2006，3.

[3]常晓林，朱双林，蒋春艳，位敏.金安桥重力坝坝基稳定问题分析[J].水利水电技术，2005，36（7）.

[4]李宗坤，葛巍，王娟，李巍.中国水库大坝风险标准与应用研究[J].水利学报，2015，46（5）.

[5]孟文琦，刘文忠，王桂青，巴广斌.陡河水库主坝变形监测与稳定性分析[J].测绘科学，2013，38（6）.

[6]崔晓波，王晓辉.故县大坝变形监测控制网稳定分析[J].中国水利，2012，12.

[7]段会文，陈俊智，杨卫.金沙江金安桥水电站B1崩塌堆体积稳定性监测[J].河南科学，2014，32（11）.

[8]何柱，刘耀儒，杨强，周维垣.基于位移反分析的小湾拱坝稳定性评价[J].岩石力学与工程学报，2013，32（11）.

[9]许昌，岳东杰，董育烦，邓成发.基于主成分和半参数的大坝变形监测回归模型[J].岩土力学，2011，32（12）.