石佛寺水库安全监测设计探讨

2016-04-06许学娇

水利规划与设计 2016年3期

关键词：安全监测大坝水库

许学娇

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁沈阳110166）

石佛寺水库安全监测设计探讨

许学娇

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁沈阳110166）

摘要：水库安全监测系统是确保水库安全和正常运行的重要保障。本文以辽宁市石佛寺水库为例，立足于水库实际情况并吸取以往水库监测系统设计经验，依据相关设计规范，对大坝和闸门监控设计了安全监测系统。

关键词：水库；大坝；安全监测

水库安全监测设计的目的在于设计一套对水库各种安全因素进行监测的预防性监测系统，确保对异常情况的及时分析处理，保证水库安全运行。监测系统的设计要以水库建设期和运行期所取得的监测资料和分析结果为基本依据［5］，深入分析现有监测技术的适用性与科学性并对大坝的未来性态和可能的发展趋势进行合理预测，同时也要兼顾泄洪闸门的安全，确保闸门在蓄洪期和泄洪期正常运行。水库安全监测系统的成功设计和顺利运行，可帮助水库管理部门确定水库在不同条件下的安全度，适时改变水库运行水位，对工程进行合理调度，使之在安全运行的前提下充分发挥社会和经济效益。

1　工程概况

石佛寺水库坐落于辽宁省辽河干流上，建成于2005年并于当年投入运行，属大型河道型平原水库。水库枢纽主要由主副坝、泄洪闸、穿坝等建筑物构成。水库主坝长度达12.5km，副坝长度29.8km，泄洪闸总宽248.5m，共有16孔，闸坝全长总计达42.6km。其主坝、右副坝土质均匀，是典型的均质坝，地基特性属第四系覆盖。泄洪闸是平顶闸，采用异型双扉门，总净宽200m。水库设计最大蓄洪水位50.2m，总库容量1.85亿m3（其中防洪库容1.60亿m3）。水库虽已制定较完善的安全管理应急预案和响应机制，但对一些影响水库安全运行的突发因素无法避免，如不加以足够重视并采取有效措施，容易造成大坝不同程度的形变和渗漏，影响水库的正常蓄水和截洪。同时，闸门的不正常运行（启闭机械损坏、闸门严重变形等）也有可能导致漫顶甚至溃坝危险［4］。

2　监测项目与方法

2.1 坝体位移监测

位移监测主要包括坝体的垂直和水平位移监测。分别应用水管式沉降仪和测斜仪对坝体垂直度与水平位移进行监测。沉降管应布设在与心墙相距1.5m的下游过渡层中和与心墙距离22m的下游坝体内。测斜管应每隔半米布设于与心墙相距1.5m的下游过渡层。

2.2 渗流监测

大坝渗透压和渗漏量监测是此项目的主要监测内容。将测压管布置于上述过渡层和坝体内以及相关建筑物结合部来测定坝体相应位置渗透压；通过在坝体背水面集中渗漏处修建量水堰对大坝渗漏量进行监测。

2.3 周边缝变形监测

周边缝即指面板与趾板间连接缝，鉴于两者在坝体内所处位置关系和变形模量的不同，在水压持续作用下，彼此间会产生明显的相对位移，并在两侧呈现非连续性。故可在周边缝不同标高布设3DM测缝仪来监测其变形情况。

2.4 外部变形监测

外部变形监测共需在坝体轴线10个断面安置监测设备：在各纵排测点两端的岸坡上各布置一个起测基点，下游800m处设三个水准基点。

3　安全监测系统设计

3.1 大坝安全监测系统

石佛寺水库大坝安全监测系统可分为大坝变形监测系统和渗流监测系统。

3.1.1 大坝变形监测系统

以水库大坝及其周围地质环境条件为依据，选定大坝东端的朱尔山和西侧的调度中心楼顶分别设立基岩墩，作为监测的基准点［3］。

沿大坝方向布设大坝监测点，使每个点分别与基准点联测。如下所示，系统共包括2个高程拟合点和18个坝面GPS监测点，基准点至各监测点距离最远11.3km，最近为5.2km，平均距离7.5km。

沿大坝两侧及轴线共布设10个断面，含30个断面点（不与基准点联测）。此外，还需将各监测点统一进行二等水准联测，增加监测准确度。

图1　石佛寺水库大坝变形监测点位分布图

两个端点选用MicroZ-iCGRS型接收机作为接收设备，可实现连续观测并能与IGS跟踪站联测。MicroZ-iCGRS系统设计满足高品质双频GPS无人值守连续数据采集作业的苛刻要求，数据文件可以在接收机连续跟踪和记录数据的同时，经由MicroZ-iCGRS下载，并且也可实时输出数据。

将定位精度更好Tha1esZ-Max测量系统作为坝面监测点的接收机，选用Ashtech ProMark2型单频接收机作为渗流段面监测用接收机。在段面监测中，由于基线非常短（一般在5～25m之间），可利用Ashtech的单频接收机进行数据采集，再用数据处理软件Ashtech so1utions解算基线并进行平差，其精度可达到设计和土石坝变形监测的精度要求。

3.1.2 大坝渗流监测系统

（1）主坝渗流监测

渗流监测网主要可以实现对坝体在上、下游水位差作用下浸润线变化和坝基渗流压力大小的监测［1］。分别在下图所示BA、BB系列桩号断面上安设4～6个浸润线观测点渗流监测点，以振弦式渗压计为监测设备。同时与各自配备的DAU数据采集仪相连接，再经过光缆与设在集控室的采集计算机联合构成主坝渗流监测体系。详见图2。

图2　石佛寺水库大坝渗流监测断面分布图

（2）泄洪闸渗流观测

在水库蓄水时由于上下游水位存在落差，会在水库内很多区段和部位产生扬压力和浮托力，容易造成相应位置不同程度的渗漏。在泄洪闸每个闸段的闸墩中间的底板上埋设一个测点来监测对泄洪闸及消力池段底板渗透压力的大小。分别在BA0 +245.00、BA0 +339.50桩号两个断面的闸底板埋设5个监测点进行重点观测，在消力池段底板和上游铺盖、斜坡段的横剖面方向及BA0 + 238.00、BA0 +340.00桩号的纵剖面各布置4个测点。以振弦式渗压计为监测设备，同时与配备的DAU数据采集仪相连接，再经过光缆与设在集控室的采集计算机联合构成完整的监测体系。

目前，渗流监测属于内观埋设仪器，有效率为83%，外观监测仪器有效率为100%。

3.2 闸门监控系统

（1）现地手、自动控制

图3　石佛寺水库泄洪闸观测设备安装平面布置图

当预置位切除时，发“启门”令，闸门向上运行到上极限位系统自动停止运行；发“闭门”令，反之。在运行过程中任意时刻，发“停机”令，闸门立刻停止运行。将预置位投入时，发“启门”令，闸门向上运行到预置位系统自动停止运行；发“闭门”令，反之。在运行过程中任意时刻，发“停机”令，闸门立刻停止运行。将电柜通风控制开关打到通风档时，电柜通风电扇运行，打到停止档电柜通风电扇停止运行［2］。

（2）安全制动器控制

在任一控制方式下，停机约2秒后制动器控制接触器。

（3）上极限位保护

在任一控制方式下，闸门向上运行到上极限位系统自动停止运行。

（4）下极限位保护

在任一控制方式下，闸门向下运行到下极限位系统自动停止运行。

（5）荷重报警

荷重预报警：在启门或闭门运行中，出现荷重超过预报警值时，响铃报警。

荷重超载报警：在启门或闭门运行中，出现荷重超过超载值时，响铃报警并系统停机。

（6）电机主回路故障报警

当电机主回路（接触器）发生故障后，系统故障报警，启闭机立刻停止运行，并抱闸。

（7）“远控”与现地选择开关的闭锁功能