蒲石河抽水蓄能电站安全监测设计及资料分析

□王 玮（驻马店板桥水库管理局）

1.水电站概况

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，距丹东市约60km，是我国东北拟建中的第一座大型抽水蓄能电站，该电站枢纽由下水库泄洪排沙闸坝，上水库及上水库粘土心墙堆石坝、上下水库进出水口、地下厂房洞室系统、地下输水洞室系统及地面开关站等地面附属建筑物组成

2.监测设计布置

依据《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）,《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2003）等规范，进行了粘土心墙堆石坝的安全监测设计。

大坝安全监测主要包括变形监测、渗流监测、应力（压力）等监测。

2.1 变形监测

变形监测是重要的监测项目，监测大坝外部和内部的竖向和水平位移判断大坝可能出现问题的部位和原因。

2.1.1 外部变形观测

由于水库汛期库水位较高，库水位变化频繁，外部变形监测极为重要，心墙前堆石体未设内部位移监测项目，因此，上游坡面的外部变形监测尤为重要。

2.1.1.1 精密边角网建立

根据下水库大坝及下进出口边坡的布置情况，在库区周围的山体上及下游平缓地区共设置七个边角网点，用于监测水库坝体坝体上游面及下进出水口边坡表面的垂直、水平位移及坝体下游面的表面水平位移。边角网为专用二等控制网，网中最弱点的点位中误差<±2.5mm

2.1.1.2 水准网的建立

水准网有一组水准基准点（3个标石）和5个水准工作基点组成。水准基准点有一个点设在坝体左岸的公路上，另外2个点设在右库岸的公路边。水准工作基点作为坝体下游面垂直位移监测的起测基点，其高程和垂直位移测点的高程基本一致。设在坝体一边的山体上。

2.1.2 堆石体表面变形监测

在坝体上游坡面下常蓄水位上下各设一条纵向测线，高程分别为80.00m，70.00m，在坝顶上游侧防浪墙位置设一条纵向测线，其坝体下游坡面设3条纵向测线，高程分别为82.00m、68.00m、56.00m。每条测线每隔50m左右设一组垂直、水平位移兼测点，共设置38组垂直、水平位移监测点。

坝体防浪墙位置及坝体下游坡面的垂直位移监测，采用水准测量法，工作基点由水准基准点用二等水准测量，测点高程由工作基点用三等水准测量；坝体上游坡面的垂直位移监测采用三角高程法，直接由边角控制网点进行监测，测量精度应达到三等水准的要求。水平位移监测采用边角交会法或极做标法，由边角控制网点进行监测。测点的点位中误差应≤3mm。为测得完整的变形量,要求测点的建造及监测随坝体的填筑同时进行。

2.2 堆石体内部变形监测

由于坝体为粘土心墙土石坝,考虑仪器埋设对施工干扰及心墙填筑及影响,堆石体内部变形监测仅在心墙下游设置,共设置两个横断面 A-A（桩号 0+150）、B-B(桩号 0+324.41)，断面上均设有外部变形监测点，A-A断面68.00m高程设有一条测线，B-B断面在56.00m、68.00m高程设置两条测线，每条测线均设有垂直位移和水平位移监测。

2.2.1 内部垂直位移监测

内部垂直位移用加拿大RST公司生产的电解液式水平固定测斜仪进行监测，仪器量程为±10度，通过测点间的倾角变化计算垂直位移，每个测点间的间距一般为6m，传感器之间用接长杆进行连接，至坝体下游坡面处与外部变形测点相接，通过外部变形测点的垂直位移量可得到测线上各测点位置的坝体垂直位移，共设置水平固定测斜仪23支。

2.2.2 内部水平位移监测

内部水平位移用加拿大RST公司生产的振弦式土体变形计进行监测，仪器量程为100mm，

精度为0.1%FS，每个测点间距一般为12m，传感器之间用延长杆进行连接，与水平固定测斜仪相同，至坝体下游坡面处与外部变形测点连接，通过外部变形测点的水平位移量可得到测线上各土体变形计位置的坝体的水平位移，共设置土体变形计12支。

2.3 粘土心墙变形监测

粘土心墙是坝体的防渗结构，监测设施的设置应考虑减少对施工的干扰和心墙填筑质量的影响，尽量避免因仪器设置而形成水平渗流通道，因此，心墙的垂直位移和水平位移由同一根测斜管实现，监测横断面同为A-A、B-B，每个断面在心墙内设置一根测斜管，测斜管的底部深入到坝基以下一定深度。

2.3.1 垂直位移监测

在测斜管外不同高程设置磁性沉降板（坝基以下用磁环），在坝体填筑的过程中，用分层沉降仪器量孔口至每个磁性沉降板（磁环）处的距离变化，并换算该位置的垂直位移量，每个断面共设置磁性沉降板（含磁环）共19个。

2.3.2 水平位移监测

心墙的水平位移用活动式测斜仪进行测量，测点间距为50cm,以孔底为不动点，计算测斜孔不同深度处的水平位移。此项目在坝体浇筑后进行。

2.4 渗透监测设计

渗流监测是土石坝运行状态的最后反映，因为渗流是一个综合量，它反映了整个坝的性能。渗流监测主要包括坝体渗流、坝基渗流、绕坝渗流及渗流量项目。

2.4.1 心墙渗量压力

由于下水库为粘土心墙堆石坝，坝体渗流监测点设在粘土心墙，监测断面为A-A、B-B,每个断面在心墙建基面、心墙内部、上下游反滤层建基面及其以上反滤层内设置渗压计，测量心墙不同高程、不同部位的渗流压力。两个断面共设置24支渗压计。

2.4.2 坝基及堆石体渗流压力

渗流监测设一个纵断面和两个横断面为A-A、B-B。每个横断面在上下游堆石体建基面各设置1支渗压计，监测坝体渗流压力，在心墙帷幕灌浆前前后固结灌浆底部以下的基岩内各钻孔设置1支渗压计，监测坝基渗流压力。在帷幕灌浆后面设置一个纵断面，钻孔设置1支渗压计，监测坝基帷幕灌浆的防渗效果。共设置15支渗压计。

2.4.3 绕坝渗流

绕坝渗流设在左右岸山体上。左岸地势平缓，在帷幕灌浆前设置1个点，帷幕灌浆后设置4个点：右岸有多个山头，测点布置在地势较低的凹谷，帷幕灌浆前设置两个测点，帷幕灌浆后设置5个测点，共设置12个测点。另外利用2个地下水位补钻孔，作为绕坝渗流孔。每个测点钻孔安装测压管，管内设测压计。管内水位可用电测水位计人工监测，亦可由渗压计实现自动化监测。

2.4.4 渗流量监测

渗流量是反映水库渗漏状况的综合物理量，根据下水库坝脚排水系统具体情况，在5#公路的涵洞内修建量水堰槽，设置量水堰，安装浮子式水位计和钢直尺监测坝体的渗流量，监测设施设置保护装置以避免人为破坏。

2.5 土压力监测

土压力监测设在粘土心墙部位，它将为判断心墙有无存在拱效应提供数据，监测断面为A-A、B-B，土压力监测包括心墙底面与混凝土垫层的接触土压力和心墙内土压力。与心墙的渗水压力监测相同，在心墙的建基面、心墙内部及心墙上下游反滤层建基面及其以上反滤层内分别设置土压力计，监测建基面及不同高程的垂直压力。两个断面共设置土压力计14支，其中8支埋设在上下游反滤层内，6支埋设在心墙底面和土体内。

3.泄水建筑物监测设计

泄水管用于放空库水，设在粘土心墙堆石坝内，上游进水管段设在坝体上游坝脚，下游一直延伸至二级泵站处，穿越坝体段管外设有泄水廊道，为监测廊道的设置对心墙防渗效果的影响，在心墙靠下游侧、廊道的两侧各设置1支渗压力计。共设置2支渗压计。

4.水文气像监测设计

水文气象监测包括库水位、水温监测、降水量、气温监测。

4.1 库水位

在上游坝面设置一套自记水位计，由2支渗压计和1支气压计组成，渗压计为标准型渗压计，量程为175kPa和350kPa,根据库水位的高低，取用不同的水位测值，以提高测值精度，并用1支气压计测值修正气压变化对水位测值的影响，在坝体右岸的库岸边坡上，安装一套水尺，用于人工监测库水位。

4.2 库水温

在坝体监测横断面B-B上游坡面的不同高程设置温度计，监测库水温度，共设置3支温度计。

4.3 气温、降水量的监测

在库区选择通风有绿化的位置，设置百叶箱，安装温度计，自动监测库区气温变化情况。

在库区相对空旷、平坦、旁离障碍物一定距离的场地上、场地要求应满足（降水量观测规范）的有关要求，选择一台通用的翻斗式雨量计，监测库区的降水量情况。

4.4 安全监测自动化系统的设计概况

本工程设计有一套安全监测自动化系统，将上水库、输水系统、地下厂房、下水库的监测仪器纳入自动化系统，系统具有监测数据的自动采集、数据传输、数据存储和数据管理等功能。

5 主要监测成果

工程安全监测由北京国电水利水电工程公司——西安联能联合体实施，目前已基本按照设计要求，埋设了监测仪器，取得了初步的监测成果。

表面最大垂直位移为42.7mm,发生在下游边坡69m高程的马道处，水平位移呈上游边坡向上游移动，下游边坡向下游移动的趋势，最大位移为17mm，发生在下游边坡59m高程马道。

心墙内电磁式沉降仪测得最大沉降为172mm，发生在0+324.41断面约为56m高程处。

下游堆石体中用电解液水平固定测斜仪测得最大垂直位移发生在距坝轴线44m处。

变形监测结果表明，心墙和堆石体的垂直和水平位移变形在合理的范围内，均小于有限元计算结果，表明心墙和堆石体填筑密实。

心墙土压力监测中，相同高程，反虑层中的土压力明显大于心墙中粘土的压力，

根据分析得知是堆石挤压拱效应引起的，但不致于引起水力劈裂，其监测数据有待进一步研究分析。

6.结语

蒲石河抽水蓄能电站为下库粘土心墙坝为I级建筑物布置了100多支仪器，其中固定测斜仪和土体变形计测量坝体内部垂直和水平位移属国内先进技术，目前仪器在本工程取得了较好的监测效果，这就为堆石坝内部变形监测仪器的选择及安装方法提供了借签，外部和内部变形监测成果为验证设计和施工质量提供了依据。