龙首一级水电站垂线监测系统评价

陈得鹏

摘要：本文通过对龙首一级水电站大坝垂线监测系统进行现场核查、检验和测试的基础上，评价垂线监测项目是否能达到原设计的监测目的，并对整个垂线观测系统的完备性、监测设施的可靠性、稳定性等做出评价，提出垂线监相关测工作的改进建议，最后对龙首一级水电站大坝垂线监测系统进行全面的综合评价，垂线系统的测点布置观测方法、观测频次满足规范要求，能够全面、准确反映大坝和坝基的水平位移。

关键词：碾压混凝土 拱坝垂线监测 评价

中图分类号：TV698.1文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）5（c）-0000-00

1 工程概况

龙首一级水电站位于甘肃省张掖市西南约30km的黑河中游。工程以发电为主，电站总装机容量59MW。设计水库总库容1320万m3，为日调节性能，正常蓄水位1748.00m。2001年12月底工程全部完工。枢纽由拦河坝、引水系统和发电厂房组成，为三等中型工程，拦河坝由碾压混凝土拱坝、左岸碾压混凝土重力坝和右岸推力墩组成。坝顶高程1751.50m。

2 垂线监测系统布置

为了监测龙首一级大坝和坝肩的水平位移，在拱坝及其拱端共布置有3条垂线。1#垂线布置在右拱端的右岸推力墩，共有2个测点，分布在1700m高程和1751.5m高程，编号分别为IP1和PL1。2#垂线布置在拱冠附近，共有3个测点，分布在1676.5m高程、1700m高程和1751.5m高程，编号分别为IP2、PL2-1和PL2。3#垂线布置在左岸重力坝，共2个测点，分布在1700m高程和1751.5m高程，编号分别为IP3-2和IP3-1。

3 观测方法及频次

垂线自动化监测设备采用南瑞大坝公司研制的电容式传感器。人工比测采用MZ-1型垂线读数仪，观测时，从左到右移动游标尺，通过瞄准孔，当瞄准孔、垂线钢丝和瞄准针三点一线时，分别依次读取左右标尺的的刻度值，瞄准两次，两次读数构成一个测回，取均值作为该测回的观测值，每测次观测两个测回。自动化观测每天观测一次，人工比测目前为每年观测一次。

4 现场检查

现场检查共对龙首一级大坝3条垂线、7个垂线测点进行了现场检查，检查结果如下：

（1）倒垂浮体组安装较好，浮子水平、连杆垂直，浮子活动自由，位于浮筒中心，倒垂线体采用不锈铟钢丝，直径1.65mm，倒垂保护管直径均达到168mm。

（2）正垂悬挂点牢固稳定，保护管直径168mm以上，线体采用不锈铟钢丝，直径1.65mm，线体基本处于保护管中央，阻尼筒内径和高度比重锤直径和高度大20cm以上，可以保证重锤在阻尼筒内自由浮动，重锤设有阻尼止动叶片。

（3）正倒垂结合状态，正倒垂结合点布置在同一观测墩上，能保证正垂绝对位移的可靠性。

（4）各测点观测墩与坝体结合牢靠，稳定，能反映大坝位移。所有测点均设有观测房保护，房内环境较为干燥，测点工况良好。

（5）倒垂线深入基岩的深度在27m～44m之间，满足规范对于倒垂线“钻孔深度不宜小于10m”的要求。

（6）垂线受到扰动后的复位效果是检验垂线设备安装质量的重要指标。复位试验的目的就是检验垂线的安装质量和实际的复位效果。具体方法是在垂线扰动前分别测读垂线左、右盘读数，然后将垂线线体向某一方向推动20mm左右后松手，记录稳定后的读数和稳定所需时间。经检测，龙首一级大坝正倒垂的复位时间在3分钟以内，复位差不大于0.1mm，复位效果较好，垂线安装质量满足要求。

（7）垂线浮力复核

倒垂浮力和正垂挂重是影响垂线工作状态的重要因素，《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178-2003规定，倒垂浮子浮力应满足以下条件：

正垂钢丝应力和钢丝抗拉安全系数的计算同倒垂。

经计算并结合监测规范（DL/T5178-2003）， IP1和IP2受到的浮力满足规范要求，而IP3的实际浮力不满足规范要求值；各条倒垂线钢丝抗拉安全系数均满足规范中K≥3的要求，建议提升IP3倒垂浮筒内油位的油位，增加倒垂浮力；各条正垂线的实际挂重均大于规范要求的挂重，且抗拉安全系数均满足规范中K≥2的要求。

通过现场检查结果，浮筒内液面均未将浮子全部淹没。

5 自动化测值稳定性分析

利用自动化监测系统中的定时测量功能，在尽量短的时间内对测点连续测读n次，利用n次观测中误差m估算垂线自动化监测结果的重复读数精度和测值稳定性。采用该方法对所有垂线测点的重复读数精度和测值稳定性进行了检测，检测结果表明，垂线自动化的测值重复稳定性均达到优秀标准，说明垂线自动化系统短期稳定性较好。

6垂线自动化精度评价

垂线自动化精度评价方法与人工垂线相同，其自动化读数误差取垂线仪重复测试成果表中的结果，因此，垂线坐标仪测量中误差平均为±0.05mm，坝顶、1680.4m和1700.0m高程廊道倒垂自动化观测精度平均为 ，1700.0m高程廊道正垂自动化监测精度平均为 ，坝顶正垂线自动化监测平均精度为 。因此垂线自动化监测的精度满足规范要求。

7 垂线监测准确性检测结果

现场性能标定，使用南瑞公司提供的垂线标定装置，对垂线每个测点、每个方向的人工读数和自动化监测结果现场标定。经检测7台电容式垂线坐标仪中，在不同的标定量下，所有测点均达到或超过合格标准，其中70%以上能达到優秀标准。故垂线系统的测值整体可靠性较高。

8 结语

（1）正、倒垂线观测设计布置合理，监测频次能满足规范要求。

（2）垂线自动化观测精度较高，倒垂精度为0.07mm，正垂精度为0.12mm，均能满足监测规范要求。人工垂线观测最大中误差为±0.25mm，能满足规范要求。

（3）垂线现场检查和线体应力复核表明，除IP3外，其余倒垂线的实际浮力都能够达到规范要求，线体抗拉安全系数均满足规范要求；各条正垂线挂重及线体抗拉安全系数均满足规范要求，建议提升IP3浮筒内的油位，增加倒垂浮力。

（4）从垂线测点的测值过程线可见，曲线连续性较好，测值整体精度较高，能够真实反映大坝的变形规律。

参考文献

[1] 混凝土坝安全监测技术规范，DL/T5178-2003.

[2] 混凝土坝安全监测资料整编规程，DL/T5209-2005.

[3] 大坝安全监测自动化技术规范，DL/T5211-2005.