桃源水电站安全监测设计及效果评价

聂辉 邹思甜

摘要： 桃源水电站是位于沅水干流上的综合水电枢纽。电站主要由混凝土重力坝、土石副坝、船闸等水工建筑物组成。本文介绍了桃源水电站安全监测设计情况，并通过监测资料分析情况，对电站安全监测效果进行了简单评价，对同类型电站具有一定的参考价值。

Abstract： Taoyuan power station is an integrated hydropower hub located on the main stream of Yuan River. The power station is mainly composed of concrete gravity dam， earth-rockfill dam， ship lock and other hydraulic structures. This paper introduces the safety monitoring design of Taoyuan power station， and through the analysis of monitoring data， it makes a simple evaluation of the safety monitoring effect of the power station. This could provide a certain reference for other power stations of the same type.

关键词：桃源水电站;混凝土重力坝;安全监测;资料分析

Key words： Taoyuan Power Station;concrete gravity dam;safety monitoring;data analysis

中图分类号：TV74                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0186-02

1  工程概况

桃源水电站位于湖南省常德市桃源县城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一个水电开发梯级。桃源水电站为低水头径流式电站，二等大（2）型工程，装机总容量为180MW，装设9台单机容量20MW的贯流式机组，电站多年平均年发电量7.93亿kW·h，装机年利用小时数4404h。

电站枢纽分为左河道水工建筑物、右河道水工建筑物及通航水工建筑物三个部分，主要包含闸坝、河床式厂房、土石副坝、船闸等。泄洪闸共25孔，左河道布置14孔，长度326.60m，右河道布置11孔，长度257.00m，闸坝顶部高程50.70m，最大坝高30.20m;厂房轴线长271.2m，最大高度45.20m;通航建筑物含上下游引航道、上下闸首、闸室等部分[1]。

2  安全监测设计

2.1 右河道水工建筑物监测设计

右河道水工建筑物由土石副坝、泄洪闸和河床式厂房组成，共布置5个监测断面。在右岸土石副坝最大坝高处布置1个监测断面，在泄洪闸⑤坝段和⑩坝段分别布置1个监测断面，在厂房⑦机坝段和③机坝段分别布置1个监测断面。

2.1.1 变形监测

泄洪闸和厂房坝段采用引张线进行水平位移监测，引张线分两段布置在坝顶。在土石副坝坝顶布置视准线。右河道表面垂直位移采用几何水准测量方式进行观测，沿泄洪闸、土石副坝和厂房坝段坝顶布设一条水准线路。

为监测挡水建筑物基础稳定及变形情况，在闸坝⑤和⑩坝段、厂房③機和⑦机坝段基础部位布设基岩变位计。在闸坝⑩与{11}坝段基础结构缝处布置测缝计，在厂房尾水③机与④机、⑦机与⑧机结构缝处布设测缝计，监测相邻结构缝的开合变形情况。

2.1.2 应力应变监测

为监测混凝土应力应变，在⑤坝段溢流堰混凝土内布设四向应变计组和无应力计。选择在⑩坝段的闸墩受力钢筋上布置钢筋计，监测其受力状态。在③机与⑦机尾水流道处布置钢筋应力监测截面，沿流道一侧和顶部布设钢筋应力计，用于监测尾水结构在不同工况下的钢筋受力状态。

2.1.3 渗流监测

在土石副坝高喷防渗墙后2m处分不同高程布设渗压计，监测其防渗效果。为了解混凝土闸坝与土石副坝结合界面的渗流情况，在混凝土闸坝与右岸土石副坝的结合面布设渗压计。沿坝轴线方向在闸坝和厂房每个坝段布置1个扬压力测压管，在闸坝⑤坝段、③机与⑦机坝段基础建基面布设渗压计，用于监测基础扬压力分布及变化情况。在右河道布置地下水位观测孔，监测右河道绕坝渗流情况。

2.2 左河道水工建筑物监测设计

左河道水工建筑物由土石副坝和泄洪闸组成，共布置有3个监测断面，在右岸土石副坝布置1个监测断面，在闸坝{17}坝段和{22}坝段分别布置1个监测断面。

2.2.1 变形监测

泄洪闸坝段采用引张线进行水平位移监测，引张线从{13}坝段起点开始至{27}坝段止。在左、右岸土石副坝坝顶分别布置视准线。右河道表面垂直位移采用几何水准测量方式进行观测，在泄洪闸坝顶及左、右岸土石副坝顶布设垂直位移测点。

为监测挡水建筑物基础稳定及变形情况，在闸坝{17}和{22}坝段基础部位布设基岩变位计。在闸坝{21}与{22}坝段基础结构缝处布置测缝计，监测相邻结构缝的开合变形情况。

2.2.2 应力应变监测

为监测混凝土应力应变情况，在{17}坝段溢流堰混凝土内布设四向应变计组和无应力计。在{22}坝段的闸墩受力钢筋上布置钢筋计，监测其受力状态。

2.2.3 渗流监测

在土石副坝高喷防渗墙后2m处分不同高程布设渗压计，监测其防渗效果。为了解混凝土闸坝与土石副坝结合界面的渗流情况，在混凝土闸坝与左、右岸土石副坝的结合面布设渗压计。沿坝轴线方向在闸坝每个坝段布置1个扬压力测压管，在闸坝{17}坝段基础建基面布设渗压计，用于监测基础扬压力分布及變化情况。在左河道布置地下水位观测孔，监测左河道绕坝渗流情况。

2.3 通航水工建筑物监测设计

船闸由上闸首、闸室和下闸首组成，共布置2个监测断面。靠近上闸首布置1个监测断面，在闸室中部布置1个监测断面。

2.3.1 变形监测

船闸采用视准线进行水平位移监测，在两侧闸墙顶部对称布设两条视准线。船闸表面垂直位移采用几何水准测量方式进行监测，其水准测点与视准线测点结合布设。

为监测闸室基础稳定情况，在2个监测断面处的闸室基础布设基岩变位计。

2.3.2 应力应变监测

为监测闸室内部应力应变情况，在闸室转角混凝土内布设四向应变计和无应力计，在闸墙背面受力钢筋和转角结构钢筋上布设钢筋应力计。为监测两侧回填土对闸墙的作用大小，选择在闸室监测断面对应部位布设土压力计。

2.3.3 渗流监测

为了解闸室基础渗流情况，在闸室基础部位布设渗压计。在闸室两侧回填区内布设了地下水位观测孔，用于了解地下水位变化和分布情况。

3  主要监测成果

3.1 右河道水工建筑物主要监测成果

右河道表面变形数值较小，符合一般物理规律;坝基扬压力分布均匀，实测最大扬压系数[2]为0.635，小于设计取值0.7，对大坝抗滑稳定是有利的;右岸土石副坝防渗体下游渗压较上游有明显降低，说明防渗体起到了应有的作用;闸坝与土石坝之间接触面渗流状态正常，实测渗透坡降[3]最大仅为0.129，小于土石坝渗透允许坡降;混凝土受力较为稳定，钢筋基本呈轻微受压状态;总体来说右河道水工建筑物运行是正常的。表1为右河道闸坝各坝段实测扬压系数计算表。

3.2 左河道水工建筑物主要监测成果

左河道闸坝表面水平位移数值均较小;垂直位移最大向下位移不超过5mm;基岩、接缝变形均在合理范围之内;基础扬压力有6处测点实测扬压系数超过0.7的设计值，在采用电测水位计对所有测压管人工比对修正后，实测扬压系数均小于0.7;闸坝与土石坝之间接触面渗流状态均正常，实测渗透坡降最大仅为0.162，小于土石坝渗透允许坡降;混凝土、钢筋受力均较为稳定;总体来说左河道水工建筑物运行是正常的。图1为左河道闸坝部分垂直位移测值过程线（下沉为正，上升为负）。

3.3 通航水工建筑物主要监测成果

船闸基础变形、船闸表面垂直位移处于正常的、稳定的状态;船闸基础渗压随时间无明显变化，未出现对船闸稳定不利的工况;船闸结构混凝土、钢筋均为受压，受力情况较为稳定;总体来说，船闸工作状态正常。

4  结论

①桃源水电站安全监测设计布置了大坝变形、结构应力应变、渗流等监测项目，在关键部位均布置有监测点和监测断面。

②安全监测成果表明，桃源水电站各建筑物的变形均已趋于稳定，坝基扬压力及渗透压力正常，钢筋混凝土应力均在正常范围内，各建筑物的工作性态是正常的。

③桃源水电站安全监测设计符合国家相关规范规程，安全监测系统已经历长期运行考验，监测数据成果表明水工建筑物运行正常，符合工程安全要求。

参考文献：

[1]奉伟清，王东辉，等.湖南省沅水桃源水电站竣工安全鉴定设计自检报告[R].中国电建集团中南勘测设计研究院，2015.

[2]张晓龙，张慧莉，等.混凝土重力坝渗压系数负值分析[J]. 人民黄河，2016，38（7）：100-103.

[3]刘阳，侍克斌，等.帷幕灌浆及充填灌浆对水库除险加固的影响研究[J].水利科技与经济，2019，25（3）：15-21.