亭子口水利枢纽大坝变形观测布置

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 概述

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程。该工程以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益。水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3(非常运用时为14.4亿m3)，可灌溉农田19.48万hm2，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本工程工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(Ⅰ)型。据亭子口站1954～2006年53年径流系列统计，多年平均流量598m3/s，平均径流量189亿m3，年平均径流深为309mm，汛期为5～10月，占全年水量的79.8%，以7～9月更为集中，占全年水量的51.9%；非汛期11月～翌年4月，仅占年水量的20.2%。观测方法上世纪50～60年代基本是用视准线量测水平位移，用精密水准法测垂直位移，用正倒垂线测坝体和坝基的相对变形及绝对变形；上世纪70年代开始采用引张线等，上世纪80年代变形观测发展很快，出现了垂线及引张线遥测坐标仪、真空激光准直系统、遥测静力水准仪等，对水工建筑物的监测也从坝体和坝基扩展到坝基深处、坝肩及近坝库岸边坡等；上世纪90年代我国变形监测开始进入自动化阶段，采用了先进仪器和自动化数据采集系统，含有专家系统和决策支持系统一定成分的大坝监测信息系统，正在一些大坝开展并实现，有的已经联网，实现了多座大坝的安全监测信息管理系统。

2 大坝变形监测范围

坝体：坝顶、迎水坡、背水坡及坝址。

坝基和坝区：坝基、坝端、坝址近区、坝端岸坡、上游铺盖。

溢洪道：进水段(引渠)、堰顶或闸室、闸墩、边墙、胸墙、溢流面、底板、工作桥。

输、泄水洞：引水段、竖井、洞身、工作桥、出口。

闸门及启闭机：闸门及其开度指示器、门槽、止水、启闭机及备用电源。

观测及通讯设备：观测设备、通讯设施、照明及交通设施。

大坝变形监测方法与周期见表1。

表1 一级电站大坝人工仪器监测方法与周期

序号名 称测量方法测量周期1坝顶垂直位移水准测量每月应最少2次2坝顶水平位移活动占牌法每月应最少2次3测缝计读数仪每月应最少2次4三向应变计读数仪每月应最少2次5无应力计读数仪每月应最少2次6温度计每月应最少2次7水位人工比测水位计、水尺每周应最少2次

3 大坝变形测量方法

3.1 视准线法

通过视准线或经纬仪建立一个平行或通过坝轴线的铅直平面作为基准面，定期观测坝上测点与基准面之间偏离值的大小，即为该点的水平位移，适用于直线形混凝土闸坝顶部和土石坝坝面的水平位移观测。当采用这一方法时，主要要求它们的端点稳定，所以必须要作适当的布置，只能定期地测定端点的位移值，而将观测值加以改正。视准线观测方法具有速度快、精度较高、原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点，在水平位移观测中得到了广泛应用。不足的是对较长的视准线而言，由于视线长，使照准误差增大，甚至可能造成成照困难。当视准线太长时，目标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响。

3.2 引张线法

利用张紧在两工作基点之间的不锈钢丝作为基准线，测量沿线测点和钢丝之间的相对位移，以确定该点的水平位移，适用于大型直线形混凝土的廊道内测点的水平位移观测，主要用于测定混凝土建筑物垂直于轴线方向的(顺水流方向)水平位移。

3.3 激光准直法

利用激光束代替视线进行照准的准直方法，使用的仪器有激光准直仪、波带板激光准直系统和真空管道激光准直系统等，适用于大型直线形混凝土坝观测。对于布设在直线型的土石坝或混凝土坝顶上观测点的水平位移，主要是采用视准线法和激光准直方法观测。因为它们速度快，精度较高，计算工作也较简单。当采用这一方法时，主要要求它们的端点稳定，必须作适当的布置，采用适当的方法来检核这一要求是否满足。

3.4 垂线法

以坝体或坝基的铅垂线作为基准线，采用坐标仪测定沿线点位和铅垂线之间的相对水平位移。这种方法适用于各种形式的混凝土坝。垂线由不锈钢丝制成，钢丝下部吊重锤，悬挂点在上部的称为正垂线；锚固点在基岩深处，依靠顶部浮筒的浮力将钢丝张紧的称为倒垂线。前者可测相对于悬挂点的相对水平位移，后者可测相对于锚固点的绝对水平位移.

3.5 交会法

利用三角网或导线测定两个或三个固定基点的坐标，通过基点测定闸坝上位移标点的水平位移，适用于长度超过500m的混凝土重力坝和土石坝的水平位移观测，也可用于混凝土拱坝坝顶和下游面的水平位移观测。对于混凝土坝下游面上的观测点以及对于拱坝的观测，常采用前方交会法。这时系以坝下游地区的控制点为测站，对观测点进行前方交会，从而求得其位移值。用前方交会法则可求得位移值的总量，这是该法的优点。基点布置有较大灵活性，能同时观测2个方向的位移，观测耗时少。当测点较多，并分布在多条直线上时，交会法的耗时较视准线等方法少。不足的是，前方交会法由于受测角误差、测边误差、交会角及图形结构、基线长度、外界条件的变化等因素影响，精度较低。另外，其观测工作量较大，计算过程较复杂，故不单独使用，而是常作为备用手段或配合其他方法使用。

3.6 导线法

在混凝土拱坝廊道内布置折线形导线，以导线端点的倒垂线作基准，用以测量坝内导线点的水平位移，只适用于大型混凝土厚拱坝或曲线形重力坝。如重力拱坝、曲线型桥梁以及一些高层建筑物的位移观测，就不如导线测量法、前方交会法以及地面摄影等方法有利。这些方法可以同时测定建筑物上某观测点在两个方向的位移(即在水平面内的位移)。与一般测量工作相比，由于变形观测是通过重复观测，由不同周期观测成果的比较中确定观测点的位移，因此这种导线在布设、观测以及计算诸方面都具有自身的特点。

3.7 几何水准测量法

利用水准仪和水准尺从水准基点开始测量各点位高程，通过各点位高程变化求得其垂直位移，适用于混凝土闸坝和土石坝垂直位移观测。目前沉陷观测中最常采用的是水准测量方法，对于中、小型厂房和土工建筑物沉陷观测可采用普通水准测量；而对于高大重要的混凝土建筑物，例如大型工业厂房、高层建筑物以及混凝土坝，要求其沉陷观测的中误差大于1mm，因而就得采用精密水准测量的方法。

3.8 三角高程测量

三角高程测量往往在一些进行水准测量比较困难，监测精度相对较低的外部变形监测项目中使用，精确量取棱镜高、测站一起高，控制最大视线长度，气象条件观测，必须进行地球曲率和大气折光差改正。

3.9 液体静力水准法

该法是利用连通管原理测量各点位容器内液面高差，以测定各点垂直位移的观测方法，适用于混凝土闸坝基础廊道和土石坝表面垂直位移观测。由于用液体静力水准仪作业时，一定要在液面平衡后才进行读数，因而作业效率就比较低。应用液体静力水准测量，两点不需要通视，精度高，对于解决所提出的任务，不仅能对设备位置进行遥测，而且还能实现自动调整。为保证对建筑物上观测点位置的长期观测，应用固定设置的液体静力水准仪是合适的。

4 结语

亭子口水利枢纽大坝变形监测系统运行稳定，经分析，大坝变形参数均在规范规定的范围内。通过对大坝变形的监测，有以下体会：

在大坝变形监测中，环境潮湿、设备受各种外界条件干扰、折光影响、测点变形、蓄水期前很少测得大坝监测的基准值等问题相当普遍。实践证明，对这些问题解决好的，其变形观测工作就开展得正常。否则，不但监测自动化实现不了，就是人工观测也难以顺利进行，在资料整理和分析中，遇到的问题就更多。因此，大坝监测的各个环节均应十分重视，以保证使大坝监测工作发挥出更大的作用。

〔1〕张正禄，张松林，黄全义，王瀛勇.大坝安全监测、分析与预报的发展综述[J].大坝与安全，2002，(05).

〔2〕栾元重.大坝变形的时空模型及参数反演理论[J].大坝观测与土工测试，1998，(02).