结合喀腊塑克水利工程实例探析大坝工程安全监测控制

2014-11-26新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局

河南水利与南水北调 2014年24期

□魏波（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）

0 前言

水利工程的安全既关系着水利设施的效益发挥，又关系着人民的生命和财产安全。大坝工程也不例外，大坝的安全出现问题影响着水利枢纽应有功能和效益的发挥，一旦大坝发生事故，附近的居民将会遭受生命安全危险。因此需要对大坝中存在的某些不安全因素进行监测，以确保大坝的安全运行，并且随着大坝安全监测技术的飞速发展，各类监测仪器设备的日趋精准，为大坝的安全监测提供了新的方法和新的处理手段，保障了大坝安全运行。

1 大坝安全监测控制的重要性

大坝安全监测控制一般包括两个部分：监测技术控制和监测人员控制。

1.1 安全监测技术控制

大坝安全监测技术控制的内容因安全监测手段和相应的监测设施的不同而不同，一般来说，大坝工程的规模越大，监测工作量就越大，需要的监测设施也就越多，其挡水建筑物大坝所承担的风险也就越高。因此应尽量从结构设计和工程处理上保障大坝的安全和项目监测设施的完善。同时还要不断地维护和管理监测设施，如对于监测了很多年的大坝，已基本清楚效应量的变化规律能否减少观测次数；对于效应监测量非常重要，工程部分施工质量存在问题的，相应部位能否加强观测；随着科技的飞速发展，如何实现监测信息的快速反馈，如何实现监测量的自动监测，以实现大坝安全监测更好地服务于大坝的运行管理等。这些内容对于发挥大坝安全监测的作用具有重要意义，因此应科学管理大坝安全监测工作，探寻出一个高质量的控制方式，以实现对安全监测数据的有效采集和处理，这对于确保非常时期的大坝安全尤为重要。

1.2 安全监测人事控制

安全监测人事控制与工程的管理体制、监测技术的改进有着直接的关系。如：伴随着改革不断深化，水利工程出现了私有企业的管理形式，使得大坝工程安全监测控制更具有灵活性；一个健康的大坝使用安全监测自动化系统，能够有效地提高安全监测的质量，节约安全监测人员成本，反之则会加大监测人员的劳动强度[1]。

2 实例分析——喀腊塑克水利工程大坝安全监测控制研究

2.1 工程概况

喀腊塑克水利工程为新疆北疆供水工程的重要水源工程之一，大坝正常蓄水位739 m，死水位680 m，水库库容20.45亿m3，电站装机容量140 MW，年发电量5.19亿度。大坝安全监测结合计算机技术，实行监测及采集自动化处理。

2.2 监测过程中出现的问题

监测过程中出现的问题主要有：监测设施较多，给管理及分析带来了难度；受施工环境的影响，坝内埋设的应变监测设施存在一定问题；安全监测工作人员的工作方式不固定，受其他因素的影响，如：爆破、施工等，测量无法按时进行。

2.3 大坝安全监测技术控制方式研究

2.3.1 仪器布置优化

由于监测系统关系着大坝安全，监测仪器的布设和测量难以做到空间的连续性，这就决定了大坝安全监测系统布置优化的重要性及对监测部位的选择，尽量将仪器设备布置在最科学合理的地方，以节约监测经费及获取有用的数据。反之则可能遗漏一些重要的先兆信息或异常迹象，甚至无法得到可靠的监测数据，降低了监测系统应用的功能。因此监测仪器布置优化应精选监测断面，严格对断面进行分层（关键断面、重要断面、一般断面）布置仪器；不要对同一部位布置多种监测仪器，关键及重要部位除外；应尽量减少中间测站的数量、监测仪器的种类，以提高监测网络结构的紧凑性和及时维护、更新测量系统；综合考虑监测仪器的选型问题，使之符合自动化系统布置的需要；提高监测仪器的使用效率。2.3.2优化研究成果

监测断面优化大坝关键监测部位有2处；提出了工程变形监测统一基准的建议，提出了框架网络结构方案，提出了优化坝区变形控制网，优化倒垂系统、高程监测系统等措施。

2.4 数字监控的应用

数字监控首次实现了在全坝全过程三维有限元仿真分析的基础上对该大坝的安全评估。即在大坝从施工到运行的全过程中，把仪器检测、三维有限元实时数值分析、反分析、预报分析与决策支持有机地结合起来，形成大坝数字监控系统，从而将水利工程大坝安全监控水平上到一个新的台阶[2]。

在大坝的设计、施工和运行管理中，数字仿真和仪器观测是两个强有力的工具，但过去它们是由不同的人在不同的时间分别进行的。它们各自具有本身的优点和缺点，因此它们所发挥的作用，受到了很大限制。大坝的数字监控是从工程开工、施工到运行期，同时进行数字仿真和仪器监测，使两者优势互补，发挥1+1＞2的作用，再加上反分析与决策支持系统，形成强大的大坝安全监控系统。

大坝的数字监控，在施工期间可给出当时的温度场和应力场，并根据当时大坝实际状态及预定的施工计划预报运行期的应力场和安全系数，如发现问题可及时采取对策，避免出现事故。在运行期，可以充分反映施工过程各项因素的影响及仪器观测资料，对大坝做出比较切合实际的安全评估。利用数字监控，适当扩充，还可以建立数字大坝，有利于大坝的管理。在目前条件下，用一台微机，每周上机一次，即可完成全部计算，运用方便，所费不多，收效显著。数字监控系统结构和功能如图1所示。

图1 大坝数字监控系统结构和功能示意图

2.5 大坝工程安全监测人事优化控制

对于安全监测人员的安排遵循了以下原则：

第一，周期性的对大坝安全、数据信息进行观测，在特殊情况下还要进行加测，如：洪水、地震等情况。

第二，充分考虑观测项目间的联系，对建筑物进行全面观测、重点观测，对于有直接关联的原因量和效应量，做到同步观测。

第三，不间断的对建筑物进行观测，观测的设备、方法在相当一段时期内较为固定。

第四，不随意降低观测数据的精度指标，以确保其真实性和可靠性。

第五，对于异常的观测资料要及时上报上层领导。

3 结语

通过文章分析可以看出水利工程中的大坝工程安全监测控制的重要性，尤其是在大坝工程建设快速发展过程中。研究表明对水利工程中大坝安全监测控制是大坝安监发展的必然趋势，这就需要我国大坝工程的研究者和工作者首先要加强保护和管理好全监测设施，从而保障设施的完好率和资料的连续可靠性；其次要重视计算机在工程中的应用，提高数据处理效率，推进大坝安全监测系统自动化建设迈入一个新的台阶；最后为了充分发挥大坝安全监测的“耳目”作用，必须要加强设计、施工和管理单位自身行为，这样才能确保大坝安全监测工作全过程有效地控制。