江苏溧阳抽水蓄能电站外观监测系统设计

邬昱昆,谢新宇,赵元忆

(1.水能资源利用关键技术湖南省重点实验室,湖南长沙410014;2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南长沙410014)

1 工程概况

溧阳抽水蓄能电站位于江苏省溧阳市境内,电站枢纽建筑物主要包括上水库、输水系统、发电厂房及下水库等工程项目,属一等大(1)型工程。

上水库由1座主坝和2座副坝围筑而成,水库正常蓄水位291.00 m,死水位254.00 m,总库容1 422.9万m3,主坝、①副坝及②副坝最大坝高分别为165.0、59.6 m和51.6 m,均为混凝土面板堆石坝。下水库主要建筑物有大坝、泄水建筑物、补水建筑物、电站出/进水口、库岸及库盆组成。大坝为均质土坝,布置在临沙河水库侧,最大坝高12.60 m；泄洪闸布置在大坝右坝头库岸段,孔口宽度4.0 m。水库呈“L”形,正常蓄水位19.00 m,死水位0.00 m,调节库容1 198万m3,库口面面积0.706 km2。

2 监测目的及原则

2.1 监测目的

(1)通过对各重要建筑物和重点部位实施监控,及时掌握其性态变化和发现异常情况,随时采取相关措施,防止事故发生,确保工程安全。

(2)检验设计方案和施工工艺的正确性,为优化设计方案,改进施工工艺提供依据。

(3)监测和掌握有关岩土工程岩体的变形趋势和稳定过程,及时对其稳定性和安全度作出评价。

(4)为工程安全评估和科学研究积累资料,为反馈分析提供实测数据。

2.2 设计原则

(1)为保证工程安全运行,全面反映大坝工作状况,针对本工程特点,以国家有关规程规范和水库大坝安全管理条例为依据,以集中布置、兼顾全面为基本原则,采取行之有效、经济可靠的监测方法,精心考虑监测仪器及设备的选择和布置,做到目的明确,重点突出。

(2)根据土建工程进度安排,对监测工作实行统一规划,分期实施的基本工作程序。

(3)各部位、各区域的监测项目或仪器设备,尽量能够具备相互配合、相互补充,相互校核的功能,确保观测资料的完整性、准确性和可靠性[1]。

3 外观监测系统布置

根据溧阳抽水蓄能电站工程区的地形地质条件、枢纽总体布置形式及各主要建筑物的结构设计特点等,进行安全监测系统的布置。其中,外观监测项目主要有：变形监测网、大坝及建筑物表面位移监测、库岸边坡监测[2]。

3.1 变形监测网

变形监测网为工程变形观测提供工作基点,由水平位移监测网和垂直位移监测网组成。

3.1.1 上水库变形监测网

(1)水平位移监测网。根据溧阳抽水蓄能电站上水库的地形特征和枢纽布置的特点,水平位移监测网共布置网点8点,网点分布于库盆周边的山体上,1个过渡点位于主坝顶部。上水库变形监测网布置见图1。

图1 上水库变形监测网布置示意

(2)垂直位移监测网。上水库垂直位移监测网由1组基准点、1组工作基点和13座环库沉降点及水准路线历经的测点组成,沉降基准点沿公路布设于上库影响区外的稳定处,环库沉降点设于防浪墙内侧。

3.1.2 下水库变形监测网

(1)水平位移监测网。下水库水平位移监测网共布置网点5点,网点分布于库盆周边的山体上。下水库变形监测网布置见图2。

图2 下水库变形监测网布置示意

(2)垂直位移监测网。下水库垂直位移监测网由1组基准点和24个水准点组成。基准点组布设在距下水库环库公路约0.6 km的稳定基岩处。

3.2 上水库大坝与岸坡表面位移监测

上水库共布54个表面位移测点。其中,上水库主坝坝顶、坝后坡马道及坝坡脚(与垂直位移观测共用)37个,环库测点和岸坡测点17个。环库测点设于防浪墙上,对应的垂直位移测点设于防浪墙内侧公路旁。

3.3 下水库大坝与岸坡表面位移监测

下水库表面变形监测分三段(大坝坝顶、进出水口边坡及“岸0+000～岸0+483”段边坡)共布表面位移测点12个。其中大坝坝顶环库防浪墙外侧每隔约200 m布设1点,共计4点；进出水口边坡在高程39.6 m马道上布设3点；另于库岸断层及蚀变带发育、岩体完整性较差的部位布设5点。

下水库共布置24个水准点,均设于环库公路边。其中12点对应水平位移测点桩号布设,其他区段按约200 m间距布置[3]。

3.4 进/出水口塔体监测

上水库进出水口塔体属新型挡水结构,为了监测塔体的沉降与倾斜,在①、②进出水塔295 m高程平台护栏内侧于进出水方向和垂直于进出水方向各布2个嵌入式垂直位移测点。

4 监测技术要求

4.1 水平位移监测网

水平位移监测网按DL/T 5259—2010《土石坝安全监测技术规范》之一等边角测量技术要求进行观测[4],网点误差椭圆长半轴值不大于±1.4 mm。

监测网点高程原则上按二等水准测量要求进行施测,对险要地段上水准测量难以进行的或因水准测量线路过长精度低的网点,可用电磁波测距代三等水准测量观测。

在监测网有周期性观测成果后,应及时对网点的稳定性进行检验分析,以确定监测网点间的真实相对关系,为边坡、建筑物等观测工程的工作基点及时提供修正成果。

4.2 垂直位移监测网

测(站)段或环线观测限差均应满足GB/T12897—2006《国家一、二等水准测量规范》有关一等水准测量之技术规定,利用水准测段往返测较差求得的单位权偶然中误差不大于±0.45 mm/km,全网平差后的全中误差不大于±1.0 mm/km。

监测网水准路线,在其历经路线修建完全达到设计要求并经验收合格后,按一等水准测量之测站要求布设固定立尺点、测站点,形成固定水准路线。

4.3 表面测点监测

测点以水平位移监测网点为工作基点按一等边角前方交会测量方式进行,测点位移量中误差不大于±3.0 mm。测点垂直位移观测起测于垂直位移监测网工作基点,按二等水准测量技术规定进行。利用水准测段往返测较差求得的单位权偶然中误差不大于±1.0 mm/km,全网平差后的全中误差不大于±2.0 mm/km。

5 巡视检查

为了能够准确、全面地分析和预报工程各部位的安全情况和发展趋势,在工程施工期和运行期必须对水库及其建筑物和近坝区各部位进行巡视检查。工程施工期及水库蓄水期的巡视检查工作主要包括：日常巡视检查、年度巡视检查和专项巡视检查。

(1)日常巡视检查。根据实际情况,按照监理、设计、施工和监测部门共同制订的日常巡视检查程序,对所有建筑物、机电设备、岩土工程等进行例行检查。

(2)专项巡视检查。坝区发生有感地震或洪水、暴雨及其他特殊情况时,需立即组织巡视检查。必要时,还需对可能出现险情的部位实施昼夜监视。

(3)年度巡视检查。每年汛前、汛后及高水位、低气温时,按规定的所有检查项目(包括日常检查和专项检查),对整个枢纽工程进行较全面的检查。

6 观测周期

(1)所有监测项目或监测仪器的监测时间和测次,无特殊要求时按表1中的规定执行。

(2)当受到地震烈度5度以上地震,或相当于5度以上的震动后,应立即对所有的项目进行一次全面的监测。

(3)当遇到大洪水或水库水位发生骤变时,应增加测次,以便及时进行险情预报。

(4)当监测结果出现异常情况时,应增加测次。

表1 监测项目及测次

7 结 语

溧阳抽水蓄能电站外观监测系统包括变形监测网、大坝和附属建筑物以及库岸边坡等的表面位移监测,监测布置合理,符合国家和行业相关标准要求。与内部变形及渗流监测系统相结合,共同组成溧阳抽水蓄能电站安全监测系统,可满足电站施工期、蓄水期和运行期安全监测需要。

测点布置以剖面形式为主,重点剖面与一般剖面相结合,重点剖面选择在结构性态复杂或岩性变化最大的典型区段和有代表性的部位。

监测项目和仪器设备应尽量做到相互配合、相互补充、相互校核,达到“少而精”。仪器设备选型应满足工程预期监测要求,重要部位测点或仪器设备的耐久性、先进性须满足工程长期监测要求。在工程实施过程中,监测信息应做到及时分析反馈,用以改进设计、指导施工,保证工程安全运行,发挥监测应有的作用,并为工程安全评估和科学研究积累资料。

[1] 张殳, 朱海龙. 辽宁省桓仁抽水蓄能电站安全监测设计[J]. 东北水利水电, 2011(3)： 11- 14．

[2] 李俊富, 姜盛吉, 于秀莲, 等. 蒲石河抽水蓄能电站安全监测自动化系统设计[J]. 水力发电, 2012, 38(5)： 84- 87．

[3] 彭涛. 十三陵抽水蓄能电站上水库的设计特点及运行监测[J]. 水力发电, 2002(9)： 47- 50．

[4] 岳建平, 许捍卫. 天荒坪上水库平面监测基点网优化讨论[J]. 河海大学学报, 1999, 27(6)： 57- 60．