向家坝电站升船机安全监测资料分析

李轲 苏振 王波

摘 要：通过对向家坝电站升船机监测资料系统分析，验证了针对升船机特殊建筑物安全监测设计时提出的“全面反映工作状况，保证安全运行，力求精简”理念的实现;监测资料成果表明升船机整体工作性态正常。

关键词：升船机;安全监测;监测资料系统分析

中图分类号：U642             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0094-02

向家坝水电站所在的金沙江河段现为通航河段，通航里程上自新市镇下至宜宾市，全长105km。向家坝通航建筑物按Ⅳ级航道标准设计，最大提升高度114.2m，为目前世界上垂直提升高度最高的升船机。

向家坝电站升船机布置于枢纽左岸，其中心线与坝轴线的交角为90°，左、右分别与左岸冲沙孔坝段和左岸厂房坝段相邻。它由上游引航道、上闸首（包括挡水坝段和渡槽段）、船厢室段、下闸首和下游引航道等五部分组成，全长约1530m。向家坝电站通航建筑物布置图见图1。

升船机上闸首与挡水坝相连，沿升船机中心线总长度115.5m，占据坝段宽为29.6m;上闸首结合左岸厂房安装间的布置需要，在挡水坝段后增设了长为85.45m的渡槽段，槽内侧壁间净宽12m，槽内底高程为367.5m。船厢室段沿升船机中心线长116m，总宽46m，内侧置承船厢室，其宽度为17.3m。在承船厢室的左右两侧各布置2个对称的钢筋混凝土塔柱，塔柱结构的顶、底高程分别为390.0m和257.0m。

向家坝电站升船机于2011年5月开始塔柱筒体混凝土施工，2013年10月塔柱封顶，2015年12月船厢充水，2016年6月完成船厢设备安装，2017年5月完成船厢全行程运行调试，2017年9月完成过船联合调试和升船机全程自动控制连续3次往返不间断过船通航试验，2019年12月12日通过安全鉴定。截至2020年5月26日，升船机累积运行4265箱次，过船4405艘。

1监测系统的设计

1.1 外部变形监测

为监测升船机水平位移情况，在升船机船厢室左右塔柱布有垂线进行水平位移观测，共布设倒垂线11条、正垂线16条。

为监测升船机沉降情况，在升船机船厢室段右侧塔柱内高程▽249.0m、▽296.0m、▽320.5m、▽362.5m和▽382.0m各布设了双金属标，以高程▽249.0m双金属标为固定基准点向上传递观测。在船厢室段塔柱内▽296.0、▽382.0m高程安装精密水准点，每层高程船厢室段左右塔柱内各安装5个精密水准测点，共计20个精密水准测点。

1.2 内部监测

升船机建筑物沿航道纵轴线设置3个监测断面（1-1～3-3监测断面），其中3-3监测断面位于渡槽段，1-1及2-2监测断面位于船厢室段。下部以基础变形监测为重点，主要监测仪器有基岩变位计、渗压计、测缝计等，上部以变形及结构应力监测为主，主要监测仪器有钢筋计、应变计组、测缝计等。

2主要监测成果分析

2.1 水平位移

升船机船厢室段变形基本稳定，水平位移与气温相关性明显，呈年周期性变化。闸室中心线方向位移与气温呈负相关性，即气温降低则筒体收紧，气温升高则筒体外扩;上下游方向表现为上游厢体变形与气温呈负相关性，下游厢体及下闸首变形与气温呈正相关性。正、倒垂线测点位移变化均在合理范围内。2020年5月，升船机船厢室段垂线闸室中心线方向各测点最大累计位移为1.37mm，历史最大位移为6.50mm;当前上下游方向各测点最大累计位移为-8.95mm，历史最大位移为-10.64mm。船厢室段左侧下游垂线测点位移过程线图见图2和图3。

2.2 垂直位移

升船机垂直位移布设有双金属标测点及精密水准测点。从其历史变化规律来看，与温度变化呈一定的相关性，呈年周期性变化，温度上升时抬升，温度下降时下沉。

2020年5月对升船机双金属标及精密水准测点进行观测，监测成果显示：当前升船机船厢室段右侧双金属标各测点累计位移整体表现为抬升变形，测点高程越大、抬升位移越大，▽382.0m高程测点DS4-4G传递观测与从坝顶联测变化趋势及量级一致。当前升船机双金属标累计位移最大为-5.02mm，历史最大累计位移为-7.27mm。升船机双金属标测点位移过程线图见图4。

升船机船厢室段▽296.00高程共安装10个精密水准点，当前测点累计最大位移为-2.75mm，均表现为抬升位移，历史最大累计位移为-2.99mm。船厢室段▽382.0高程共安装10个精密水准点，当前测点累计位移量最大为-8.07mm，均表现为抬升位移，历史最大累计位移为-10.37mm。各测点未发生不均匀沉降或者趋势性下沉。升船机382m高程水准测点位移过程线图见图5。

2.3  渗透压力

总体来看，升船机渗压计仪器埋设初期基本无渗压，自蓄水后渗压水位开始上升，渗压水位（除P1-1、P2-1和P2-2外）呈小幅周期性变化波动状态，且与下游水位具有明显相关性，测值稳定。

2020年5月升船机部位渗透压力在-245.37KPa～-14.28 KPa之间，折算水位当前测值在242.54m～263.04m之间，测值变化稳定。其中，渗压计P1-1、P2-1渗压值较小（P2-1无渗压），位于两个帷幕廊道之间，与下游水位無明显相关性，表明帷幕灌浆效果良好。升船机坝基渗压折算水位过程线图见图6。

2.4  混凝土温度

升船机温度计埋设初期，混凝土水化热影响温度较高，随后温度降至正常状态，逐渐趋于稳定。运行期基岩温度计一直较为平稳，无较大幅度温度变化。升船机墙体内受气温影响，呈年周期性变化，变化幅度小于气温变化幅度。

2.5  接缝开合度

升船机接缝开合度变化基本平稳，月变幅及年变幅均较小，部分测点受温度影响呈小幅周期性变化，温度升高接缝闭合，温度下降接缝张开。2020年5月，升船机测缝计测值在-2.33mm～1.76mm之间，接缝开合度较大仪器主要发生在仪器埋设初期和灌浆期间，接缝灌浆至今变化量均小于1mm。

2.6  钢筋应力

2020年5月，升船机钢筋计测值在-58.63MPa～82.69MPa之间，钢筋应力与温度具有明显负相关关系。其中，升船机渡槽段钢筋计基本呈受拉状态，渡槽底部受拉略大于侧边，最大受拉钢筋计测值为28.34MPa;升船机筒体结构多数钢筋呈受拉状态，且大多数钢筋应力小于50MPa，应力呈小幅年周期性变化。总体来说，升船机钢筋应力测值较为稳定，无较大变化或异常突变。升船机筒体结构393m高程钢筋应力过程线图见图7。

3 结语

向家坝电站升船机安全监测以保证工程安全运行，全面反映建筑物工作状况为基本，在仪器设备布置时突出重点，兼顾全面，力求少而精。目前已取得的监测资料连续性、完整性较好，监测方法及资料可靠，可作为施工期及今后运行期的安全监测依据。经历史监测资料成果分析，升船机安装、调试、运行过程中，各部位变形、渗流渗压、应力应变监测成果无明显异常，升船机安全监测系统运行正常。