新安江水电站大坝安全监测系统探讨和监测效果分析

赵新华，李慧滢，何 宇，查益华，范振东，傅春江

(1.国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江 杭州 311608；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 工程概况

新安江水电站地处浙江省建德市铜官峡谷，距离建德市白沙镇约4.5 km，是一座大型水电厂，以发电为主，兼顾航运、防洪、养殖。电站为一等工程，水力枢纽主要有拦河坝、发电厂房、溢洪道及开关站等[1-5]。拦河坝为混凝土宽缝重力坝，按1级建筑物设计，坝顶高程115.0 m，防浪墙顶高程116.2 m，坝顶全长466.5 m，大坝划分为26个坝段(0#～25#)，坝轴线呈折线状，两岸折向上游[6-8]。右岸0#～6#坝段为挡水坝段[8]，河床7#～16#坝段为溢流坝段(共9孔)，左岸17#～25#坝段为挡水坝段，坝段宽度一般为20 m(除个别坝段外)，宽缝约占坝段40%[7-8]。

2 监测系统

新安江大坝目前现有的监测项目主要有变形监测(平面变形控制网，坝区水准网，坝顶水平位移，坝体挠度，坝顶、85廊道、坝基垂直位移)，渗流监测(坝基扬压力、绕坝渗流、渗漏量)，宽缝回填混凝土监测(混凝土温度、接缝变形)，环境量监测(上下游水位、坝区气温、水温及降雨量)等。

2.1 大坝监测系统布置

2.1.1 大坝水平位移

大坝水平位移监测项目包括坝顶水平位移及坝体挠度。

(1)坝顶水平位移。坝顶呈折线状，坝顶视准线根据坝顶形状布置3条测线，共21个测点。视准线Ⅰ位于2#～6#坝段坝顶下游侧，共5个测点；视准线Ⅱ位于7#～16#坝段坝顶上游侧，共10个测点；视准线Ⅲ位于17#～23#坝段坝顶下游侧，共6个测点。视准线观测采用WILD T3经纬仪，后视为固定觇牌，测点为活动觇牌，监测频次为1次/月。

(2)坝体挠度。坝体挠度采用垂线监测，分别布设于3#、4#、6#、8#、13#、18#、19#、20#、23#、2#机、6#机、左右岸坝头及右岸灌浆平硐，其中倒垂7条，共9个测点，正垂11条，共19个测点。垂线监测采用人工监测以及电容式垂线坐标仪监测的方式。

2.1.2 大坝垂直位移

大坝垂直位移监测项目包括坝体及基础垂直位移、两岸边坡垂直位移、开关站垂直位移。

(1)坝体及基础垂直位移。坝顶布置一条符合水准观测线路，1#～24#坝段每坝段布置1个观测点(位于视准线观测点旁边)，共24个观测点。85 m交通廊道2#～23#坝段，每坝段布置1个测点，共22个观测点，基础廊道共有23个观测点。

(2)两岸边坡垂直位移。左岸坡布置12个测点，右岸坡布置20个测点，每季度监测1次。

(3)开关站垂直位移。开关站设在右岸大坝下游侧，有88 m和70 m二个平台。88 m平台布置10个沉陷测点，70 m平台布置18个沉陷测点。

2.1.3 大坝基岩、伸缩缝及裂缝变形

(1)基岩变形。3#、10#坝段基础埋设3个测点，3#坝段基础灌浆廊道布置6个测点，10#坝段基础宽缝内布置3个测点，基岩变形均采用多点变位计监测。

(2)伸缩缝变形。61 m廊道内布置有17套三向测缝计，85 m廊道内布置有12套三向测缝计。

(3)裂缝变形。1#坝段坝顶布置了2个测点，右岸坡挡墙布置了1个测点，均采用三向测缝计监测。

2.1.4 大坝渗流监测

渗流监测项目主要为坝基扬压力、渗流量及绕坝渗流监测。

(1)坝基扬压力。坝基扬压力监测孔有浅孔和深孔二类，浅孔共68个，监测建基面扬压力，深孔共22个，监测深层扬压力。

(2)渗漏量。大坝渗漏量分坝体和坝基，坝体渗漏量为85廊道排水孔流量，坝基渗漏量为基础灌浆廊道及3条排水廊道的渗漏量总和，目前采用容积法监测排水孔的渗漏量。

(3)绕坝渗流。绕坝渗流布置有47个渗流孔，其中左岸22个，右岸25个。

2.2 监测系统运行情况

新安江水电站共有各类监测测点497个，截至2020年12月24日，监测系统失效测点总数10个，正常在测测点487个，完好率为97.99%。失效测点同位置均有其他完好测点，因此不影响大坝安全正常监测。现有监测设施基本完好，总体完备，能够满足正常监测要求。

3 监测成果分析

坝顶监测数据从2000年1月1日—2020年12月24日分析。

3.1 大坝水平位移

3.1.1 坝顶水平位移

坝顶向下游最大位移在2.26～26.83 mm之间，向上游最大位移在3.41～4.46 mm之间。坝顶水平位移呈较明显的年周期变化，温度升高或库水位下降，坝顶向上游位移，温度降低或库水位上升，坝顶向下游位移。

3.1.2 坝体挠度

2000—2020年期间，坝体向下游最大位移在0～8.91 mm之间，大部分测点发生在2—4月份的低温季节，机组段出现在高温季节；向上游最大位移测值在0～9.09 mm之间，大部分测点发生在8—10月份的高温季节，机组段出现在低温季节。垂线测点向左岸最大位移在0～3.50 mm之间，向右岸最大位移测值在0～4.50 mm之间。

坝体水平位移受温度及水压的影响呈现年周期变化，坝顶位移变幅较大，高程越低，位移变幅越小。上下游方向在低温高水位时向下游位移，高温低水位时向上游位移。

3.2 大坝垂直位移

3.2.1 坝体及基础垂直位移

坝顶最大上抬量为11.6 mm(V19，2016年9月)，最大下沉量为11.7 mm(V17，2013年2月)。85 m廊道最大上抬量为0.6 mm(V85-02，2013年9月)，最大下沉量为6.7 mm(V85-10，2013年3月)。

坝体垂直位移呈年周期变化，温度升高，大坝上抬，温度降低，大坝下沉。各测点最大下沉一般发生在每年的2—4月份，最大上抬一般发生在每年的8—10月份，可见大坝垂直位移滞后气温变化时间约在1～2个月。

3.2.2 两岸边坡垂直位移

左右岸坡垂直位移变化有一定周期性，高温季节上抬，低温季节下沉。

3.2.3 开关站垂直位移

70 m平台开关站中，110 kV区段(上游侧，回填区)有5个测点(沉5～沉9)出现较明显的下沉，下沉量在45.6～148.3 mm之间，从近几年的监测成果看，下沉量逐年减小，呈收敛形态。

88 m平台开关站，房2～房4测点至2020年12月下沉量在11.6～13.8 mm之间，受温度影响作小幅波动。

3.3 大坝基岩、伸缩缝及裂缝变形

3.3.1 基岩变形

温度变化对基岩变形有一定影响，基岩温度升高时，测值增大(基岩膨胀)，温度下降时，测值减小(基岩收缩)，3#坝段M2-2、10#坝段M8-3的变化幅度约0.1 mm。2006年以来，3#、10#坝段基岩变形稳定，没有出现明显压缩或膨胀现象。

3.3.2 伸缩缝变形

85廊道伸缩缝三个方向的位移变化均很小，基本上处于稳定状态。开合度年变幅在0.2 mm以内，上下游错动位移年变幅在0.3 mm以内。61廊道伸缩缝三个方向的位移变化均很小，处于稳定状态。开合度、上下游错动位移均在0.2 mm以内。

3.3.3 裂缝变形

1#坝段坝顶1#、6#裂缝开合度呈年周期变化，高温季节，裂缝闭合，低温季节，裂缝张开。右岸坡挡墙裂缝开合度呈年周期变化，逐渐闭合，沉降位移持续减小。错动位移变化幅度较小，基本稳定。

3.4 大坝渗流监测

3.4.1 坝基扬压力

大多数测点测值较平稳，与库水位、温度的相关性不明显，说明防渗帷幕工况较好，排水畅通。灌浆廊道幕后排水线处，坝基扬压水位最高为99.25 m(3#坝段03E1-1，2020年7月)，最低为11 m(8#坝段8E1，2017年7月)，大多数测点变幅在8 m以内。左右岸坡坝段扬压水位较高，中间坝段扬压水位较低。

3.4.2 渗漏量

85廊道、基础灌浆廊道、1#排水廊道渗漏量受库水位的影响明显，呈年周期变化，库水位升高，渗漏量增大，库水位降低，渗漏量减小。1#～3#排水廊道、基础灌浆廊道渗漏量有逐渐减小的趋势，近期已基本稳定。85廊道渗漏量2012年8月达到历史最大值6.85L/s。经过渗漏补强处理后，85廊道总渗漏量下降至0.42L/s，2013年后85廊道渗漏量基本稳定。

3.4.3 绕坝渗流

右岸绕坝渗流孔最高测值在31.48～172.29 m之间，左岸测孔最高测值在32.17～137.28 m之间。绕坝渗流大部分测孔主要受降雨影响，暴雨后，孔内水位明显升高，雨量较小或不降雨时，孔内水位降低。

4 结 语

大坝安全监测系统的建设使得大坝运行管理人员能够快速且准确掌握大坝运行形态，同时更好地掌握大坝变化规律，更好的预测大坝变化趋势，及时发现隐患问题或异常情况并进行排查修护，有效提高了大坝运行安全管理工作的效率，促进水电站工程效益的最大化发挥，节约工程的投资。