白石水库大坝安全监测系统

师宁焉

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

1 监测系统设计原则和主要功能

白石水库大坝安全监测，以外部观测为主，内部观测在满足要求的前提下，适当简化。其中：外部监测项目有变形监测和渗流监测；内部观测布置在11号溢流坝段和27号挡水坝段的中部。监测项目有温度监测、应力应变监测、裂缝监测。此外，在库区设置气象站，进行气温、气压、蒸发、风速风向等环境量观测。

1.1 变形监测测点布置

1.1.1 坝基水平和垂直位移监测

坝基水平位移监测，在灌浆廊道水平段6号～26号坝段布置一条全长350 m引张线，每坝段中部设一个测点，共19个，高程89.4 m。

坝基垂直位移采用精力水准监测，在灌浆廊道水平段6号、8号、9号、10号、12号、14号、16号、17号、18号、20号、22号、24号、25号、26 号坝段中心处，各布置一台静力水准仪，共14个测点，测点高程88.7 m。

在水平廊道6号和26号坝段，各布置一条三维倒垂线，作为坝基位移监测的基准。

1.1.2 坝顶水平和垂直位移监测

在坝顶上游侧，采用真空激光准直技术监测坝顶水平和垂直位移。该系统全长500 m，在每个坝段中部设一个测点,共30个，测点高程134.3 m。

在0号和31号坝段，各布置一条三维倒垂线作为坝顶位移监测的基准。

1.1.3 水准测量

为校核坝基、坝顶自动化位移监测系统的准确性，增设了精密水准监测网，采用数字式精密水准仪进行人工测量。

1.2 渗流监测测点布置

1.2.1 坝基扬压力监测

在灌浆廊道（1号～31号坝段），共布置47支扬压力计。其中，9号、16号、24号坝段横向排水廊道作为坝基扬压力的3个横向观测断面，9号、16号坝段。各布置4支扬压力计，24号坝段布置3支扬压力计；纵向断面9号、11号、20号、22号坝段各布置2支扬压力计，其余每坝段布置1支扬压力计。

1.2.2 坝基和坝体渗透流量监测

在灌浆廊道底板，每2 m布置一个坝基排水管，排水管深入基岩2 m，通过坝基排水管由人工监测坝基渗漏量；对于坝体渗流，根据坝体排水孔渗漏情况，亦由人工方法定期观测。

在9号、16号、24号坝段，横向廊道排水沟内，安装了3个量水堰，分区测量坝体、坝基渗透流量。此外，在3个集水井内各安装一套排水量自动监测装置。

1.3 温度测点的布置

1.3.1 坝体温度测点的布置

在11号、27号坝段，分别从高程87.5 m和92.75 m开始按网格布置，间距为7.5 m。 为了能同时监测水库水温，对27号坝段距上游立面0.3 m的坝面温度测点做了适当加密。

在27号坝段107 m高程下游距坝面0.06 m处，埋设5支温度计，间距0.1 m，监测混凝土的导温性。

1.3.2 基岩温度测点的布置

在11号坝段基础staD0+16.5（垂直坝轴线方向）和sta0+221.5（坝轴线方向）交线处，从基岩下10 m向上，依次埋设4支温度计，间距为2 m，进行基岩温度监测。

1.4 应力应变测点的布置

在11号溢流坝段坝踵和坝趾89 m高程、距上游面1.5 m、距下游面3.0 m处，分别埋设1组五向应变计和1支无应力计，在坝踵应变计组附近距上游面2.5 m，埋设1支水平压应力计和1支垂直压应力计。

在27号挡水坝段94.25 m高程，距上游面2.5 m，距下游面4.0 m处，分别布设1组五向应变计和1支无应力计，在坝踵应变计组附近距上游坝面2.5 m处，布置1支水平压应力计和1支垂直压应力计。

1.5 裂缝监测测点布置

为研究24号、26号坝段下游111.5 m高程，越冬面水平诱导缝开裂情况，在两坝段各埋设3支裂缝计，距下游面分别为0.5 m、1.5 m、3.0 m。

2 观测仪器设备的安装与埋设

2.1 内部观测仪器的埋设

仪器埋设中应注意的问题：

1）将率定好的仪器按设计接长电缆，电缆接头按要求硫化。

2）在碾压混凝土内埋设仪器，必须采用后埋法，即在该层混凝土碾压后，采用预留或人工造坑埋设，以避免混凝土碾压时仪器损坏，并严格按技术要求注意其方向性。

3）仪器埋设后，坑槽回填混凝土必须保证与周围混凝土结合良好，确保仪器与混凝土成为一个整体。

4）仪器在埋设过程中，应加强观测，如发现仪器有异常变化或损坏，及时采取补救措施。 仪器和电缆埋设完毕，经检测确认仪器工作正常后，记录初始读数，绘制埋设施工草图，填写施工记录。

5）将敷设好的电缆集中引到指定的临时观测站，并加以保护，避免施工机械或人为的损坏。

2.2 变形监测仪器的安装

2.2.1 引张线的安装与调试

1）首先按照图纸要求，进行引张线观测墩的混凝土浇筑施工。

2）校核观测墩的位置，保证所有观测墩在一条直线上，且墩面高程差不超过5 mm。

3）在引张线两端点分别安装固定端和活动端装置。

4）引张线线体采用高强不锈钢丝，用φ140 mm PVC管保护，保护管支架由角钢制成，用膨胀螺栓固定于廊道侧壁。

5）观测墩上放置引张线仪测点箱，箱内安装水箱和浮船等。

6）在活动端加上砝码，调整测点箱，使线体处于保护管中心轴线位置。

7）安装SWT-50型引张线仪、人工比测标尺等。

8）仪器调试，主要包括复位试验和精度试验，以考核系统的综合精度。

2.2.2 三维倒垂线的安装与调试

三维倒垂线仪是由一台STC-50型垂线坐标仪和一台SWC-50型引张线坐标仪组成。将垂线坐标仪水平安装，测量水平位移；引张线坐标仪垂直安装，测量垂直位移。

1）φ168 mm倒垂孔岩石钻孔：孔口安装定位盘，埋设导向管，并经常用万能角尺检查和校正岩芯孔的倾角。钻孔过程中，如果发现孔斜超过允值时，采用扫孔、中心导向管等方法进行纠偏。

2）保护管采用φ110 mm的无缝钢管，底部封堵，管内涂防锈漆，安装合格后，用水泥浆固定管与钻孔间隙。

3）倒垂线线体采用φ1.65 mm铟钢丝，一端锚固于管底，另一端连接浮体，浮筒采用浸没式不锈钢浮筒。

4）在孔口处浇筑混凝土观测墩，墩与坝体用预埋筋锚固成一整体。

5）焊接光学垂线坐标仪支架，并安装垂线坐标仪。

6）安装引张线坐标仪，并在垂线合适位置固定一水平钢杆，作为垂直位移测量基准。

7）倒垂线调试。

2.2.3 静力水准仪的安装、调试与标定

1）与引张线相似，首先进行观测墩的混凝土浇筑施工，并校核观测墩的位置，保证所有观测墩在一条直线上，墩面高程差不超过3 mm。

2）管路连接前，清洗水管、锥体和管接头。然后进行连接管路，安装静力水准仪、标定装置。

3）从末端锥体沿内壁徐徐注入蒸馏水，注意排除气泡。

4）将位移传感器移动件安装在浮子上，把浮子放在锥体内，瞄准铅垂线，轻敲浮子，直至传感器移动件垂直。

5）调整、固定目视测微固定座，使目视读数清晰。6）静力水准系统安装完成后，接入自动化系统，进行系统调试和标定工作。

2.3 施工期间应注意的问题

1）选择合适的仪器，按规定的频次进行观测。

2）认真填写观测记录，记录仪器工作状态、注意观测日常气温、库水位和水温变化情况。

3）使用便携式读数仪，每月应对仪表进行一次准确度检验。

3 结语

白石水库大坝安全监测除渗流观测、精密水准观测采用人工外，其它观测项目均实现了自动化观测。其中坝基和坝顶的变形观测还可进行人工比测；内观仪器由于没有人工观测接口，完全依靠自动化监测。两年来，由于自动化监测数据较为稳定，因此，资料分析时仍然采用自动化监测数据，人工比测资料只作为参考。