景洪大坝安全监控指标综合拟定与应用

张礼兵，张 帅，许后磊

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051；2.国家能源水电工程技术研发中心高土石坝分中心，云南昆明650051)

景洪水电站是澜沧江中下游河段两库八级中的第六级电站，位于云南省景洪市上游，电站由碾压混凝土重力坝、引水发电系统、水力式升船机等组成。其大坝坝顶高程612 m，最大坝高108 m，水库正常蓄水位602 m，总库容11.39亿m3，电站总装机容量1 750 MW。

电站已投产运行8年，积累了丰富的大坝安全监测数据，根据国家监管部门的要求及电站安全运行的实际需要，有必要结合现有监测数据提出符合大坝实际运行情况的监控指标，以满足工程运行安全管理及性态评价的需求。

1 监控点选取

监控点的选取应遵循以下原则：

(1)根据相关设计文件及工程特点，对各主要建筑物及基础等监控对象，选择具有代表性的、最易出现危及安全征兆的部位。

(2)选择对建筑物安全评价最重要和直观的监测项目，对于混凝土重力坝，选取变形和渗流监测项目作为主要监控指标。

(3)应力监测项目选择直接测量且对建筑物变化较为敏感的监测项目，如坝基压应力计、闸墩锚索测力计等。

(4)超规程规范中的允许值的测点。

(5)主要工程部位中测值较大，但不超过仪器量程测点。

依据上述原则，选取顺河向位移、横河向位移、垂直向位移、渗流、应力、温度等41个监测点作为景洪水电站主控指标测点。

2 监控指标综合拟定

2.1 基本步骤

监控指标通过统计分析、数模计算、定性评价后结合设计计算成果、规范允许值等进行综合拟定，基本步骤为：

(1)在原有设计成果、资料分析等成果的基础上，按照最有代表性坝段、最关心监控部位、发现异常征兆最敏感监测项目等筛选原则，初步选定监测点。

(2)评价初选测点，选定通过误差评价的测点为监控指标拟定测点。

(3)采用置信区间估计法和典型小概率法两种数学方法计算监控指标，获取数学方法下监控指标拟定的初步成果。

(4)结合设计计算成果、规范允许值、材料允许值，根据监控指标综合拟定原则拟定各监测点监控指标。

(5)按照已拟定的监控指标，指导电厂开展安全监测工作。

2.2 数学方法

2.2.1 置信区间估计法

置信区间估计法将具有较高精度的计算模型(一般要求测点复相关系数R>0.8)置信区间(置信带)和变化趋势作为判断测值异常和安全的依据，由此拟定相应测点的监控指标。根据景洪水电站实际情况及类似工程经验，显著性水平α取5%，i取1.96，即Δ=±1.96S，相应监测量的监控指标为

(1)

2.2.2 典型小概率法

(2)

(3)

用统计检验方法(如A-D法、K-S法)对其进行分布检验，确定其概率密度f(x)的分布函数F(x)(如正态分布、对数正态分布以及极值I型分布等)。

令Xm为监测效应量的极值，当X>Xm时，大坝将要出现异常或险情，其概率为

(4)

2.3 综合拟定

2.3.1 综合拟定原则

(1)变形。变形项目监控指标主要从置信区间估计法、典型小概率法、时段极值3个方面进行综合拟定，在满足3种方法适用条件的前提下，原则上为上述数值中的最大或最小值，设计计算值作为参考。

(2)渗流。当采用的置信区间估计法、典型小概率法、时段极值(蓄水至正常蓄水位后至今)、设计计算值拟定的结果均未超过规范允许值时，渗流监控指标原则上为上述数值中的最大值；当超过规范允许值时，以规范允许值为主要依据，根据《水工建筑物荷载设计规范》中规定的测压管扬压力强度系数推算扬压力允许值作为监控指标。

(3)应力。①坝基压应力。当数学模型计算、历史极值拟定结果未超过规范允许值或材料承载力时，采用数学模型计算历史极值中的最大值或最小值；当超过时，监控指标综合拟定以规范允许值或材料承载力为主要依据。②锚索荷载。当实测荷载与设计荷载比在0.9～1.15之间时，采用数学模型和历史极值中的最大值或最小值作为监控指标；当荷载比不在0.9～1.15之间时，以设计荷载的9/10作为监控指标小值、以1.15倍设计荷载作为监控指标大值。

(4)温度。当数学方法、时段极值等方法拟定结果未超过温控标准时，采用数学方法或时段极值等方法拟定结果中的最大值或最小值；当数学方法、时段极值等方法拟定结果超过温控标准时，监控指标综合拟定以温控标准为主要依据。

综上所述，针对各拟定测点的具体情况，根据数学模型计算值、时段极值统计值、设计允许值和规范允许值等进行监控指标的综合拟定。

2.3.2 景洪大坝监控指标综合拟定成果

景洪大坝监控指标综合拟定成果见表1～表4。

表3 基础压应力监控指标综合拟定 MPa

表4 锚索荷载监控指标综合拟定 kN

表5 渗流监控指标应用

表1 大坝变形监控指标综合拟定 mm

注：表中带*数据表明该数学方法不满足适用条件，计算的监控指标仅供参考，下同。

3 监控指标的应用

3.1 变形监控指标应用

变形是综合反映建筑物物理力学性态的一种效应量，是建筑物刚度和稳定性的直观表现，因此它是监控建筑物安全运行的主要监测量。当实测变形值A≤监控指标，评判为正常；当A>监控指标，评判为预警，应对应采取的措施为：①进行测值复测，关注测值变化；②如测值出现趋势性变化，进行现场检查与巡视，开展监测资料分析评价；③必要时编制专题分析报告，召开专题会议并提出大坝运行控制要求。

表2 大坝渗流监控指标综合拟定 m

3.2 渗流监控指标应用

渗流包括坝基扬压力和渗流量，均是监控大坝安全重要的指标，渗流监控指标应用见表5。

3.3 应力及温度监控指标应用

应力及温度监控指标包括坝基压应力、锚索荷载和坝体温度，应力及温度监控指标应用见表6。

表6 应力及温度监控指标应用

4 结 论

通过对景洪大坝监测数据进行分析、计算及综合评价提出了水电站大坝安全监测监控指标测点选取的原则；提出了安全监测监控指标综合拟定基本步骤、数学计算方法、综合拟定方法，开展了景洪大坝安全监测监控指标的研究；提出了安全监测监控指标在水电大坝运行阶段的应用方式。