西藏扎曲果多水电站工程安全监测重点

程淑芬，李运良，钟 辉

(中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州 贵阳 550081)

1 概述

果多水电站位于西藏自治区昌都县境内，为扎曲水电规划“两库五级”中第二个梯级电站。电站装机容量160MW(4×40MW)，保证出力33.54MW，年发电量8.319×108kW.h。工程等别为三等工程，工程规模为中型。工程枢纽布置格局为：碾压混凝土重力坝+坝身泄洪冲沙系统+左岸坝身引水系统+坝后地面厂房。

挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，河床坝基高程3328.00m，坝顶高程为3421.00m，坝顶宽8.00m，最大底宽75.00m，最大坝高93.00m，坝顶全长235.50m。引水系统布置于河床左岸引水坝段，采用一机一管的供水方式，由坝式进水口、坝后背管两部分组成。厂房位于左岸取水坝段后，厂房纵轴线平行于坝轴线，方位角为N52.43°E，距坝轴线约81.5m。工程边坡包括大坝边坡和厂房边坡两部分，边坡级别为A类Ⅱ级边坡。

扎曲河段地处澜沧江上游，属高原寒温带半湿润气候，平均气温较同纬度其它地区低，日照时间长，昼夜温差大，空气较为干燥，相对湿度在39%～59%，降水量很少，多年平均降水量499.5mm。降雨多集中在5月～9月，占全年降雨量的83%，且多为阵雨、暴雨。冬季寒冷，降雨稀少，水边有结冰现象，河面有时封冻，春季3月气候转暖，水面有上游解冻的浮冰顺流而下。

本流域气候主要受印度洋暖湿气流和西风南支急流控制，每年11月～次年4月，受西风气候影响，整个澜沧江流域降水稀少，空气干燥；5月～10月印度洋暖湿气流带来大量水汽，区域空气湿润降水量增加，降水集中，为汛期。但由于深切割地形影响，不同海拔高度对水热状况产生的重新分配，使气候呈现明显的垂直差异，海拔3000m～4000m地带，气候温凉；海拔4000m以上地区，气候寒冷。根据昌都气象站资料综合统计，极端最高气温33.4℃，极端最低气温–20.7℃，多年平均气温5.6℃。该区域昼夜温差较大，最大月平均日温差高达18.8℃，年平均日温差为16℃。

2 安全监测重点

2.1 安全监测概述

果多水电站工程地处西藏高寒高海拨地区，为藏区的第一座碾压混凝土高坝，施工难度大，确保工程在施工期及运行期的安全情况至关重要。工程安全监测不仅可以指导施工、有助于施工质量控制、反馈设计，还可以监控建筑物的工作状态，获得工程相关数据、掌握工程运行状态，为监控工程安全运行提供依据。

果多水电站工程安全监测内容主要有枢纽建筑物巡视检查、工程区环境量监测，大坝、引水发电系统变形监测、渗流渗压监测、应力应变及温度监测，坝区防渗帷幕监测，大坝泄水建筑物的水力学原型试验监测，枢纽区边坡变形监测，大坝地震强震动监测以及导流洞监测等，详见表1。

表1 果多水电站工程安全监测内容

2.2 安全监测重点分析

结合本工程结构布置、地形地质、水文气象条件等因素，果多水电站安全监测重点分析如下：

(1)枢纽布置方案为碾压混凝土重力坝+坝身泄洪冲沙系统+左岸坝后地面厂房，枢纽布置流畅、紧凑，建筑物功能划分明确。监测重点部位为重力坝和引水发电系统。

(2)果多水电站工程坝基岩体由三叠系夺盖拉组第二段(T3d2)灰色厚层块状砂岩、粉砂岩夹泥岩组成，主要为硬质岩类，以Ⅲ2A类岩体为主，岩质坚硬，强度高，地基承载力满足建重力坝的要求，但由于硬质岩与软岩互层，软岩集中分布地带可能存在坝基不均匀变形。经过三维有限元分析后得出，大坝及坝基沉降符合重力坝沉降规律，在泥岩、粉砂质泥岩软岩区域无突变现象。因此，大坝变形和渗流渗压是坝体最重要也是最直观的安全反映，通过对大坝变形和渗流渗压的监测，可快速的发现坝体异常与否，出现问题可及时解决。大坝变形和渗流渗压是本工程的监测重点。

(3)工程位于西藏昌都境内，气候条件复杂，太阳辐射强，空气较为干燥，日照时间长，昼夜温差大，有“一天有四季”之说。因此大坝受如此复杂气候影响，坝体混凝土温度变幅大，骤冷骤热的现象必然会造成混凝土裂缝产生；除此之外，大坝采用碾压混凝土筑坝，属大体积混凝土施工。由于碾压混凝土为干硬性混凝土，其水化反应较慢，再加上坝体上升速度较快，坝体内部温度达到稳定温度场的时间较长。因此应加强坝体温度的监测，了解坝体温度应力和温度变化幅度，做好施工期混凝土的温控及养护工作，保证坝体混凝土顺利浇筑。

(4)右坝肩为斜～顺向坡，自然边坡整体稳定，边坡开挖后将形成最大高约170m的临时边坡和最大高约140m的永久边坡；另外永久边坡上游侧边坡为横向坡，边坡开挖后，受裂隙和层面等组合切割影响，易形成楔形块体失稳；永久边坡下游侧边坡为斜～顺向坡，边坡开挖后，岸坡裂隙及靠下游侧f3断层等与层面组合切割，易形成不稳定的块体。因此右岸永久边坡是坝区边坡监测重点，右坝肩临时高边坡也应加强施工期监测，确保施工人员安全。

2.3 安全监测重点设计

通过对果多水电站安全监测重点分析，在进行监测设计时应主要侧重大坝变形监测、大坝渗流渗压监测、大坝温度监测及右岸边坡监测，主要采取如下监测设计方法及手段。

2.3.1 大坝变形监测

大坝变形监测主要指对坝体和坝基进行变形监测，包括坝体、坝顶和坝基的水平位移变形、垂直位移变形以及接缝、裂缝开合度监测，通过对其进行观测以掌握大坝的变形规律。本工程在进行变形监测断面选择时，根据地质条件、结构特点选择在最大坝高断面(河床溢流坝段8#坝段)、挡水建筑物不同功能坝段断面(左岸引水坝段5#坝段、右岸挡水坝段10#坝段)、地质条件薄弱坝段(泥岩含量比例相对较多且抗滑稳定安全余度较低3#坝段)进行监测，见图1。

(1)水平位移变形监测

本工程水平位移变形监测采用垂线、视准线及真光激光准直系统三种手段进行。

① 垂线布置在左岸取水坝段坝横0+085.00m桩号、河床溢流坝段坝横0+132.25m桩号和右岸挡水坝段坝横0+168.75m桩号断面，采用三组正倒垂结合的型式进行坝体和坝基水平位移监测。另外，针对3#坝段侧向抗滑安全余度较低，在3#坝段坝横0+040.00m桩号布置一组正倒垂线进行水平位移监测。

② 坝顶水平位移采用视准线监测，不仅可以和垂线监测数据相互验证，而且造价便宜，安装和操作简便，并且在真空激光准直系统尚未投入使用前便可发挥作用获取变形初始值。视准线测点结合垂线位置，布置在左右岸两坝肩、左右岸挡水坝段、河床溢流坝段、冲沙孔坝段、左岸取水坝段的坝顶高程下游一侧。

图1 大坝变形监测布置图

③ 真光激光准直系统不仅可以观测到坝顶水平向和垂直向的变形，还可实现自动化观测，提高在自然气候条件恶劣的藏区工作效率，改善观测条件。真空激光准直系统布置在坝顶下游一侧，测点布置在结合垂线、表面观测墩的基础上，应尽可能每个坝段都布置。

(2)垂直位移变形监测

本工程坝顶垂直位移监测方法采用精密水准测量法和真空激光准直系统，坝基采用静力水准法。

① 坝顶精密水准测量法为结合表面观测墩，在左右岸两坝肩、左右岸挡水坝段、河床溢流坝段、冲沙孔坝段、左岸取水坝段的坝顶高程下游一侧布置水准点，采用沿线往返测回形成闭合回路。

② 真空激光准直系统布置同上节。

③ 坝基纵横向不均匀沉降变形监测，采取在坝基廊道内布置一排纵向和横向静力水准点进行监测。

(3)接缝、裂缝开合度监测

① 接触缝监测

为了解两岸坡接触缝及基础面的开合度，为施工期接触缝灌浆提供必要数据，选取在坝体与两岸基岩接触五个高程的上中下游处布置测缝计进行监测；在坝横0+132.25m桩号断面的坝踵拉应力区和坝趾压应力区布置测缝计。

② 坝体横缝监测

进行坝体横缝监测时，除了系统地了解坝段横缝的发展规律外，应重点对岸坡坝段侧向稳定安全余度较低的3#、12#坝段横缝(3#与4#坝段间横缝、12#与13#坝段间横缝)进行监测，了解这两个坝段横缝的张开情况。

综上，选取3#与4#坝段、5#与6#坝段、9#与10#坝段、12#与13#坝段间横缝，结合坝体与基岩接触缝的监测高程，依次在这些高程平面的上下游分别布置1支测缝计监测横缝开合度。

2.3.2 大坝渗流渗压监测

大坝渗流渗压监测包括坝基扬压力、渗透压力、绕坝渗流、大坝及坝基渗漏量监测。大坝渗流渗压监测剖面的选取应结合大坝变形监测剖面布置。

(1)坝基扬压力监测

坝基扬压力采用在坝基廊道内钻孔布置测压管和管内放置渗压计两种手段进行，二者测值不仅可以相互验证，且渗压计还可实现自动化观测。扬压力纵向监测在坝基3332m灌浆廊道及两岸斜坡廊道内布置一排测压管，并在管内放置渗压计；横向监测分别在坝横0+132.25m和坝横0+132.25m桩号断面布置测压管和渗压计。

(2)坝体渗透压力

在大坝坝横0+132.25m桩号3329m高程常态与碾压混凝土分界面上、在3340m高程碾压混凝土施工缝面上、在3355m高程碾压混凝土施工缝面、在坝横0+085.00m桩号3355m高程碾压混凝土施工缝面上，通过将渗压计布置在距上游坝面不同距离处，得到渗透压力沿水平向和垂直向分布情况。

(3)绕坝渗流监测

左岸为逆向坡，但边坡较高，且边坡下部布置厂房；右岸边坡为顺滑向高边坡，且右岸下游存在f3断层。为了解库水绕坝渗流，观测大坝下游近坝区岸坡地下水位的变化，推测可能的地下水位线以及关注坝后边坡的安全稳定情况，绕坝渗流监测以右岸边坡为重点，兼顾左岸边坡安全；因此在右岸设置3个监测断面、左岸上游侧边坡设1个断面、左岸下游侧厂房边坡设1个断面布置水位观测孔。

(4)护坦扬压力监测

下游尾水位较高，为了解护坦扬压力，选取坝横0+132.25m桩号断面护坦底部的前、后部分别布置渗压计。

(5)渗漏量监测

坝体渗漏量监测分别在坝基集水井入口、集水井左右来水两侧的排水沟内各布置1套量水堰。

2.3.3 大坝温度监测

大坝温度监测有坝体温度、坝基温度、库水温度及下游表面温度监测等。通过对各类温度监测，掌握坝体碾压混凝土在施工期碾压过程中随环境条件的变化、混凝土浇筑层上升以及在运行期坝内温度变化的规律，从而指导施工期温控和掌握运行期的温度状态。

(1)坝体温度监测

由于气候条件复杂和坝体施工方法等原因，决定采用光缆和常规点式温度计两种手段对坝体温度进行监测，见图2和图3。

根据坝体结构特点，分别选引水坝段、溢流坝段和右岸挡水坝段三个典型坝段断面做为温度监测断面，桩号分别为坝横0+085.00m、坝横0+132.25m和坝横0+168.75m。监测断面宜按网格布置温度测点，网格间距为8m～15m。本工程大坝最大坝高93m，温度监测网格间距取为8m左右。每个监测断面均间隔8m布置温度测点，在每个高程平面的上下游部位布置1支温度计，高程平面中部根据截面大小布置1～3支温度计。

另外，选取三个区域，分别为5＃、7～8#、10#坝段布置光缆对坝体温度进行全面、连续的监测。光缆在坝段内自下而上、通仓布置，每个坝段的光缆均采用两个高程为一个回路，光缆敷设时应与温度计重合，起到测值相互验证的作用。

(2)坝基温度监测

选取河床最高坝段，在溢流坝段坝横0+132.25m的上游建基面钻一个10m深的孔，沿着不同深度布置温度计，观测混凝土水化热温升时对基岩影响和基岩不同深度下温度分布情况。

(3)库水温和下游表面温度监测

结合坝体温度监测，在坝横0+132.50m桩号布置一断面进行库水温和下游表面温度监测。库水温监测通过将温度计布置在距上游坝面5cm～10cm的混凝土内进行监测，间距为：在正常蓄水位到死水位之间附近，受运行水位变化和日照影响，间距不宜太大，采取间距4m布置1支温度计；死水位以下至淤沙高程之间温度相对稳定，温度计布置间距加大至8m；淤沙高程以下，受异重流影响，测点间距不宜加大，布置间距仍为4m。下游表面温度监测是将温度计布置在距下游坝面5cm～10cm的坝体混凝土内，间隔8m或16m布置1支温度计。

图2 大坝温度及接缝监测布置图

2.3.4 右岸边坡监测

根据边坡计算结果，在右岸永久边坡范围内选取安全系数较低的剖面作为边坡安全监测主要监测断面，兼顾右岸边坡开挖范围较大，在该主要监测断面的上游侧和下游侧分别布置一个断面，共计三个监测断面。

边坡安全监测包括变形监测和支护措施监测，变形监测又包括边坡内部变形和表面变形监测，内部变形多采用多点位移计和测斜孔两种手段进行监测，表面变形多采用表面观测墩光学测量法进行监测。因此在上述三个断面上布置表面观测、多点位移计和测斜孔对边坡内外部变形进行监测，另外针对边坡支护结构应力布置锚杆应力计和锚索测力计进行监测。

3 结语

果多水电站工程安全监测设计，做到监测项目齐全，并在结合工程布置特点、地形地质及水文气象条件的基础上有所侧重，把握工程关注的重点及实施难点，满足工程在施工期和运行期的安全监控需求，在下一步的工作中应加强与工程现场实际情况相结合，对监测设计内容进行适时修改完善，以达到更好地监控工程运行状态及服务工程的目的。

[1]中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院．西藏扎曲果多水电站可行性研究报告[R]．贵阳：贵阳勘测设计研究院，2012．