小湾水电站垂线自动化监测系统应用及分析

郝　灵，彭欣欣，熊孝中，周　健（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南　大理 675702）

小湾水电站垂线自动化监测系统应用及分析

郝灵，彭欣欣，熊孝中，周健
（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

垂线监测作为大坝变形监测的主要手段，一直是大坝安全资料分析、评价的关键项目。简要介绍了小湾水电站大坝垂线监测布置情况，重点进行了初期运行阶段垂线实测资料对比分析。监测成果分析表明，大坝垂线系统布置合理，监测仪器工作性态正常，监测数据所反映的大坝位移变化趋势与水位相关性较好，垂线监测系统为大坝安全稳定运行提供了良好的保障。

垂线系统；径向位移；切向位移；大坝变形；小湾水电站

1　小湾水电站垂线布置

1.1大坝坝体垂线布置

小湾水电站共分43个坝段，在4、9、15、19、22、25、29、35、41号共9个坝段（相对重点监测坝段增加19号、25号，目的是增加河床坝段同时兼顾诱导缝布置坝段的位移监测）的各层廊道中（1 014、1 054、1 100、1 150 m和1 190 m高程）分段设置正垂线，其中4、9、35号和41号坝段的正垂线深入两岸灌浆廊道内，同时用以监测两岸坝基的变形。正垂线分别在基础廊道、灌浆廊道和倒垂线衔接，监测坝体的水平变形和挠度。

1.2坝基与坝肩抗力体垂线监测布置

坝基岩体在蓄水期和运行期水平位移监测采用和正垂线相同坝段的坝基11条不同深度的倒垂线。在22号坝段布置1组（3条）倒垂线，用以相互校核和比较不同深度的基岩变形大小；4、9、35号和41号坝段的倒垂线深入两岸坝肩，监测两岸坝肩的变形情况，同时作为1 150 m和1 100 m高程的灌浆洞内的引张线和铟钢丝位移计的基点。

小湾水电站垂线自动化监测系统垂线坐标仪采用南瑞RZ-S-50、RZ-S-100型电容式双向垂线坐标仪。大坝垂线监测布置立视图（略）。

2　正常蓄水位下垂线监测成果分析

小湾水电站从2008年12月16日开始蓄水，经过四个阶段的蓄水，于2012年10月31日首次达到正常蓄水位1 240 m，2013年10月10日第二次达到正常蓄水位。

本次成果分析选取了2012及2013年度上游水位分别在1 181.0、1 239.5 m条件下垂线的监测成果进行对比分析（见表1）。

2.1坝基位移分析

2.1.1坝基径向位移分析

坝基径向位移监测成果见表1及图1～3。

由表1、图1～3可以看出：

（1）两次达到正常蓄水位的过程中，随着水位的升高，在水推力的影响下，坝基径向均沿下游方向位移明显，测值相当；但低水位时，2013年的径向位移总体上比2012年略大，最大相差1.17 mm。

图1　坝基面典型时段径向位移分布示意

图2　15号、22号、29号坝段倒垂线变形过程线

（2）22号坝段963 m高程（A22-IP-03测点）在第二次蓄至正常蓄水位时径向位移较首次位移之差最大，两次正常蓄水位时位移之差达0.54 mm。

（3）水位由1 181 m蓄至1 239.5 m，水位增幅相同条件下，2013年径向位移增量均小于2012年位移增量（两次增量之比最大为0.89），可能与2013年水位增长较快，时效变形还没来得及完全发生有一定的关系。

图3　35号坝段倒垂不同高程测点径向位移过程线

（4）同一坝段，测点高程越高，径向位移越大。且建基面以上测点径向位移大于建基面以下测点，高水位时差别更明显。四个水位节点，径向位移最大值均发生在建基面以上，且距坝基高度最大（24 m）的A29-IP-01测点。

（5）两次蓄至正常蓄水位的过程中，9号、15号、29号、35号坝段的个别测点两次增量均较大，其中15号坝段A15-IP-01测点的增量最大，说明这些部位对水位变化的反应明显。

2.1.2坝基切向位移分析

坝基切向位移监测成果见表1、图4。

图4　坝基面典型时段切向位移分布示意

从监测成果可以看出：

（1）在水推力的影响下，坝基沿切向分别向两岸变形。

（2）在水推力的作用下，切向位移呈河床坝段变形小，两岸坝段变形大的分布态势，且右岸切向位移略大于左岸。

（3）2013年水位蓄至正常蓄水位，河床及右岸坝基切向位移增量大多小于2012年首次蓄至正常蓄水位位移增量（即两次增量之比小于1），2013年左岸坝基切向位移增量大于2012年位移增量（即两次增量之比大于1）。

2.2坝体位移分析

2.2.1坝体径向位移

坝体径向位移检测成果见表2、图5和图6。其分析结果如下。

图5　典型坝段1 245 m高程径向位移分布示意

（1）随着第二次蓄水至1 239.5 m高程，大坝径向下游位移趋势明显，左右岸坝段变形基本对称，河床坝段径向变形大于岸坡坝段，最大变形量达到118.35 mm，位于22号坝段坝顶（见图5）。从图5中对比可知，两次蓄水过程导致的坝体径向变形状态基本相似。

（2）在1 239.5 m同水位下，截止到2013年10 月10日时各坝段径向变形相对于去年同期均有所变化，其中除了靠近坝肩的9号和35号坝段径向位移量有所减小外，其余坝段变形均表现出不同程度的增大，其中25号河床坝段的径向位移增幅最大，达到4.4～5.4 mm（见图6）。所产生的位移增量主要是由两部分所构成：一是，在2013年6月水库泄至低水位时（1 181.07 m），坝体径向位移尚未完全恢复至2012年同水位时的量值，仍然留有一定的残余变形，当再次蓄水加载时，此部分残余变形导致第二次蓄至高水位时的坝体累计位移量较前期有所增大；二是，第二次蓄水加载过程所产生的附加变形。

（3）从表2中统计的同期位移增量比可知，当剔除残余变形因素后，除个别测点外，绝大部分坝段在第二次蓄水加载过程产生的径向位移增量均不超过前次蓄水的10%，表明坝体在梁向总体上处于较好的弹性变形状态。

表2　坝体位移监测成果统计

2.2.2坝体切向位移

坝体切向位移监测成果见表2。

从表2、图7和图8可以看出：

（1）随着蓄水位上升，库水对大坝拱向产生推力，使坝体沿切向向两岸位移，坝体不同高程的切向变形基本对称。截止到2013年 10月 10日（1 239.5 m水位），切向向右岸最大变形位于9号坝段1 245 m高程，变形量为17.48 mm；向左岸最大变形位于29号坝段1 245 m高程，变形量为20.08 mm。

图6　典型坝段径向位移分布示意

图7　典型坝段1 245 m高程切向位移分布示意

（2）从两次蓄至同水位（1 239.5 m）时的监测成果对比看，第二次蓄水后的大部分坝段切向位移与前期量值基本相当，最大位移增量不超过1 mm。

（3）从表中的切向位移同期增量比计算结果可知，各坝段的位移变化量并不对称，右岸坝段在第二次蓄水过程中的位移增量均小于第一次蓄水，其中右岸河床坝段的位移降幅比较显著；而左岸35号坝段在本次蓄水中的位移增量明显超过前期水平，说明在第二次蓄水过程中，切向位移以水推力作用带来的附加变形为主，前次蓄水后的残余变形影响不明显。

3　结语

小湾水电站垂线自动化监测系统自2009年至2011年陆续安装完成并投入使用，垂线监测系统贯穿于大坝施工建设和运行管理的全过程，截至2014年，历经四个阶段蓄水期、初蓄期各特征水位工况。由两次达到正常蓄水位下的监测成果分析再结合目前大坝垂线系统监测数据综合来看，垂线系统布置合理，监测仪器工作性态正常，监测数据所反映的大坝位移变化趋势与水位相关性较好。小湾水电站垂线系统监测数据具有良好的完整性和连续性，对验证设计、指导施工起到了重要作用，也为大坝安全稳定运行提供了良好的保障。

图8　典型坝段切向位移分布示意

［1］中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院.云南澜沧江小湾水电站枢纽区工程安全监测设计专题报告［R］.昆明：中国电建集团昆明勘测设计研究院，2008.

［2］中国水电工程顾问集团公司.云南澜沧江小湾水电站枢纽区工程竣工安全鉴定报告［R］.北京：中国水电工程顾问集团公司，2012.

［3］南京南瑞集团公司大坝工程监测分公司.RZ-S型电容式双向垂线坐标仪使用说明书［M］.南京：南京南瑞集团公司，2008.

［4］南京南瑞集团公司小湾水电站枢纽区工程安全监测自动化系统项目部.云南澜沧江小湾水电站第二次蓄至正常蓄水位安全监测成果分析报告［R］.南京：南京南瑞集团公司，2013.

（责任编辑陈萍）

Application and Data Analysis of Vertical Automatic Monitoring System in Xiaowan Hydropower Station

HAO Ling，PENG Xinxin，XIONG Xiaozhongm，ZHOU Jian
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The vertical monitoring is a primary mean to monitor dam deformation and is a key item for data analysis and evaluation of dam safety.The layout of vertical monitoring system in the dam of Xiaowan Hydropower Station is introduced and the monitoring data of vertical system in early stage are analyzed and compared.The monitoring results show that the layout of dam vertical monitoring system is reasonable，the operation behaviors of monitoring instruments are normal and the monitored dam displacement data are in good correlation with reservoir water level changes.The vertical monitoring system provides good protection to the stable and safe operation of dam.

vertical system；radial displacement；tangential displacement；dam deformation；Xiaowan Hydropower Station

TV698.1；TV641.31（274）

B

0559-9342（2015）10-0067-05

2015-08-11

郝灵（1989—），男，云南泸西人，助理工程师，主要从事大坝运行维护、安全监测工作.