公伯峡混凝土面板堆石坝安全监测系统布置及管理模式

孔庆梅

（黄河电力测试科技工程有限公司，青海 西宁 810003）

0 引言

公伯峡水电站位于青海省循化、化隆两县交界的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡至青铜峡段规划的第四个大型梯级水电站。电站总装机容量为1 500 MW，水库正常蓄水位2 005.00 m，总库容为6.2亿m3，具有日调节性能。电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、供水等综合功能。本工程枢纽主要包括钢筋混凝土面板堆石坝、右岸引水发电系统、左右岸泄洪洞及左岸溢洪道、两岸灌溉取水口等。图1为枢纽工程下游侧全貌。

图1 枢纽工程建筑物下游侧全貌Fig.1 Picture of the downstream side of the structures

工程于2001年8月8日正式开工，2002年3月实现截流，2004年2月面板堆石坝填筑至设计高程，2004年8月8日水库开始下闸蓄水，2004年8月第一台机组发电，2006年6月最后一台机发电，工程基本竣工。

1 安全监测系统布置

1.1 系统布置原则

本工程安全监测系统设计以“注重实用、有效、简单易行”为原则，选择典型断面和地质条件复杂部位作为重点监测对象，尽可能采用多种观测手段，做到监测资料相互补充、相互验证，全面系统地监控建筑物的运行性态。

1.2 系统组成及功能

本工程安全监测系统由面板堆石坝堆石体的内、外部变形（包括水平和垂直方向）、堆石体应力、坝基和坝体渗压、渗漏量、面板变形和应力应变、面板与趾板（高趾墙）接缝变化、面板竖缝变形等监测项目组成。

（1）坝面垂直、水平位移监测

为监测面板堆石坝坝面垂直、水平位移，在坝顶和下游护坡上按测点间距50 m网状布设33个测点，通过平面控制网和高程控制网的工作基点和水准基点，采用极坐标法和水准测量法进行监测，水平位移测点与垂直位移测点共用一个观测墩。

（2）坝体内部垂直、水平位移监测

为监测坝体内部垂直、水平位移，根据河谷地形及坝体特征，选择3个监测断面（坝左0+075.00 m、坝左 0+130.00 m 及坝左 0+230.00 m），分别在高程1 980.00 m、1 950.00 m 和 1 920.00 m 布置 6 套水管式沉降仪和引张线式水平位移计，每套水管式沉降仪、引张线式水平位移计分别引至下游坡嵌入式监测室内进行监测。监测室顶部外墙体上设外部变形观测墩，以便获取坝内各测点绝对位移量。

在坝左0+140.00 m断面的坝上0+015.00 m和坝下0+015.00 m布置2套电磁式沉降仪，同时延伸至高程2 005.0 m （测线沿垂直方向每5 m设置一个测点），以便与水管式沉降仪监测成果进行对比分析。

为监测挤压挡墙、垫层料和过渡层之间的相对位移，布置了TS位移计；为监测堆石体的应力状况，在挤压挡墙下游侧的过渡层中埋设了四向土压力计组（竖直、平行面板、垂直面板、上下游方向）；在坝轴线上布置两向土压力计组（竖直、上下游方向）。

（3）面板变形（挠度）、应力应变和温度监测

面板变形监测：在坝左0+66.80 m、坝左0+114.80 m和坝左0+230.00 m断面的面板顺坡向分别布设固定式斜面测斜仪14支、15支和12支；在相应的面板表面布设41支电平器进行对比监测。

应力应变和温度监测：采用三向应变计组（26组）、无应力计（26 支）、钢筋计（42 支）及温度计（7支）进行监测，分别布置在坝左0+075.00 m、坝左0+130.00 m、 坝左 0+230.00 m 及 0+300.00 m 断面处，以期了解面板应力应变分布。

（4）接缝变形监测

面板周边缝变形监测：根据两岸地形及面板周边缝的变形特性，沿周边缝共布置17套三向测缝计进行周边缝开合、沉降和剪切位移监测。

面板接缝变形监测：在面板张性缝、压性缝及面板与防浪墙接缝处分别布置双向测缝计27组，了解面板伸缩缝张性区和压性区分布。

（5）两岸高趾墙变形监测

对高趾墙垂直施工缝进行接缝灌浆，通过测缝计、温度计监测缝的开度及混凝土内部温度变化规律，以确定接缝灌浆时段和灌浆后接缝工作性态。左岸高趾墙垂直位移采用静力水准法（与溢洪道基础沉陷共用一套，其中高趾墙3个测点）监测，右岸高趾墙垂直位移采用水准测量法进行监测，基点采用电站进水口水准基点。

（6）渗透压力与渗流量监测

渗透压力监测：根据渗流计算结果，结合地质情况，在坝左 0+075.00 m、坝左 0+130.00 m 及坝左0+230.00 m三个监测断面的坝基灌浆帷幕前后，沿坝基及坝体内浸润线以下布置44支埋入式渗压计，监测坝基灌浆帷幕防渗效果、坝体内孔隙水压力及坝基渗流情况。

渗流量监测：在坝体下游厂房尾水渠左边墙上，布置监测坝体渗漏量用的量水堰，堰顶高程为1 902.8 m。 当枢纽泄洪下游水位高于 1 902.50 m时，不进行监测。

（7）地震监测

在坝体下游坝面监测室及两岸布置强震监测仪，监测坝体的地震反应情况。

（8）环境量监测

在大坝上、下游各布置一套水尺来监测上下游水位变化；在坝顶或两岸建筑物上设置温度、风速监测仪记录气温、风速的变化。

（9）坝址区平面变形控制网

坝址区平面控制网为一等永久变形监测网，全网由16个点构成70个方向、35条测边，其控制精度满足一等平面控制网要求。

（10）坝址区高程控制网

坝址区高程控制网采用国家一等精密水准法施测。Ⅰ等水准点共26点，网路线全长24.2 km，该网起测点为水准基点组，位于坝下游约3.6 km处。

2 自动化监测系统

2.1 自动化监测系统组成

除面板挠度变形和堆石体内部垂直、水平位移测点、坝体表面变形测点未接入自动化外，其余项目均实现自动化监测。

自动化监测系统采用南瑞公司DAMS-IV型智能分布式系统，软件采用南瑞公司最新的DSIMS 4.0大坝安全信息管理网络系统，主要由数据采集单元DAU、现场网络和计算机信息管理系统三部分组成。

混凝土面板堆石坝自动化监测系统网络共设置了智能型数据采集单元（DAU2000）28台，内置各类NDA智能数据采集模块50个，共计接入差阻式仪器178支、振弦式仪器83支、三向测缝计16支、两向测缝计22支、测斜仪41支、TS位移计12支。

2.2 自动化监测系统建设及运行情况

自动化系统于2007年5月20日完成现场所有安装调试工作，2007年6月10日通过预验收。在1年多的试运行期间，大坝安全监测自动化系统各测点监测数据连续性、稳定性较好，通过与人工对比分析，能够真实反映坝体的变化规律。2008年11月26日，系统通过终验收投入运行，截至2009年8月，大坝安全监测自动化系统运行正常。

3 监测系统管理

监测系统中，部分监测项目采用人工监测手段，部分采用半自动化监测手段，部分采用人工与自动化对比监测手段，几种手段监测资料经过计算、校核、审核后及时录入监测数据库中，及时对比分析，评价其运行性态。

在施工期，钢筋混凝土面板堆石坝安全监测由黄河水电公司工程建设分公司管理，由施工单位进行监测；蓄水期安全监测移交公伯峡发电分公司进行管理，同时由公伯峡发电分公司委托黄河电力测试科技工程有限公司进行监测和管理。

日常管理中，系统管理人员每周对系统进行一次巡回检查，每月进行一次维护，及时全面掌握系统的运行情况，每年进行一次专业维护，使其发挥最大的作用。

4 监测信息管理

公伯峡水电站大坝安全监测信息管理于2008年11月纳入黄河水电公司大坝安全信息管理分系统，实现多坝统一管理模式，并向电监会大坝中心实现网络直报信息。

根据国家电力监管委员会《水电站大坝运行安全信息报送办法》（电监安全〔2006〕38号）和《水电站大坝运行安全信息化建设规划》（电监安全〔2006〕47号）要求，为适应监测信息多坝统一管理的现代化企业发展的需求，黄河水电公司建立了黄河水电公司大坝安全信息管理分系统。

系统于2007年开始一期建设，2009年底完成三期建设，实现龙羊峡、李家峡、公伯峡、苏只、八盘峡、盐锅峡、青铜峡等水电站安全监测信息统一管理，监测资料统一分析、统一处理、统一报送，使各水电站大坝安全运行信息管理和报送工作更加规范化、制度化和标准化。规划中后期将在建的班多、拉西瓦、积石峡等水电站安全监测信息管理也纳入黄河水电公司大坝安全信息管理分系统中。

黄河水电公司大坝安全信息管理系统分系统由西宁大坝信息中心、现场监测站、报送客户、浏览用户、离线分析客户和传输系统六部分组成。

公伯峡水电站现场监测站负责大坝安全信息采集、录入、存储管理，并向中心站上传监测信息。中心站是大坝安全监测信息管理系统的枢纽，实现大坝安全监测资料集中管理、分析大坝运行规律、做出安全性评价，并进行水工观测报表制作，为浏览用户提供资料信息浏览、监测数据下载，为离线客户提供数据下载，对监测成果报表进行审批和意见签署等信息服务。中心站按照设定功能将相关重要监测数据自动上传到电监会大坝中心。各级管理人员按系统中设置的相应访问权限进行校核、审批及信息的查询工作，主要领导和主要工作人员可进行原始资料信息浏览和相应数据的下载，同时可以签署意见，签署的意见可返回到数据库中，作为原始资料进行保存，以备今后查询。离线分析客户软件其主要功能为：客户拷贝数据到本地机，在离线状态下，可对数据进行简单分析、绘图、绘制过程线，查看测点信息，可对数据进行定期更新。信息传输系统主要用于中心站和现场监测站之间的数据传输，中心站向电监会大坝中心的数据报送为浏览用户提供大坝安全监测信息传输通道。

5 系统运行状况及存在的问题

公伯峡面板堆石坝监测系统共布设仪器设施505支（组、台、套），随主体工程施工进度先后实施完成，并及时投入观测，满足了施工期、蓄水期和运行期的监测需要。2006年9月，电监会大坝中心和黄河电力测试科技公司对公伯峡面板堆石坝监测系统内部埋设监测仪器进行鉴定评价，对已坏的内部埋设仪器做了停测封存、报废处理。

截至2009年8月，人工监测系统除3支钢筋计、9支土压力计、4支渗压计、6支测缝计、23支电平器、3支水管式沉降仪、1组电磁沉降仪损坏及15个坝顶平面变形点因基准点破坏无法观测外，其他测点运行正常，测值稳定。自动化监测系统自2007年5月安装后，运行稳定。大坝安全信息管理系统自2008年11月建立以来运行稳定，发挥了应有的作用。

6 结语

为及时客观地掌握大坝的安全运行性态，在公伯峡混凝土面板堆石坝选择了典型监测断面和重点部位布设了变形、渗流、温度、应力、应变、接缝等监测项目，形成了一套完整的监测系统。为了提高大坝安全管理水平，将安全监测信息管理纳入到黄河上游梯级电站大坝安全信息管理系统，实现了多坝统一管理，资料统一分析处理，合理配置了人力资源，充分发挥了专业公司优势，集中优势技术力量进行大坝安全研究，为大坝安全运行提供技术保障，也为流域水电多坝管理工作提供借鉴，是一种新型的管理模式。

[1]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.黄河公伯峡水电站枢纽工程竣工安全鉴定设计自检报告[R].2006.

[2]南京南瑞公司.黄河公伯峡水电站自动化监测系统竣工报告[R].2007.

[3]黄河电力测试科技工程有限公司.黄河水电公司大坝安全监测信息管理系统建设实施方案[R].2008.