水利工程安全及其变形监测技术探析

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1、水利工程安全及其变形监测技术探析摘？要由于水压引起的水坝变形，对水库的安全构成了严重威胁。因此必须对水坝变形进行连续而精密的观测。本文作者结合自身多年的水利工作经验，探讨了水利工程安全措施，介绍了世界先进的监测技术，以供同行交流。关键词水利工程；工程安全；变形监测中图分类号TP39文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)112-0112-02水利工程变形监测是水工建设中不可缺少的一个组成部分，无论是在水利枢纽工程的勘测设计阶段，还是在施工建造阶段，以及其后的运营管理阶段中，都要进行相应内容的测量工作。

2、在水利枢纽中，大坝是最重要的建筑物，因此要定期或不定期地对其进行变形观测，以监视安全并且为科研之需。我们常把用工程测量的方法观测水工建筑物几何形状的空间变化称为外部变形观测。包括水平位移观测、垂直位移观测、挠度观测和倾斜观测等。其观测范围不仅包括建筑物的基础、建筑物本身，还包括建筑物附近受水压力影响的部分地区。在这一时期，测量工作的特点是精度要求高、重复性大、仪器设备多。1水工建筑物的安全监测对水工建筑物而言，对其采取安全变形监测工作尤显重要，因为溃坝灾害一般在10min〜20min内造成，洪水巨浪所到之处，摧毁

3、力极强，国内外无数实例令人触目心惊。另外，由于设置了监测系统，通过长期观测和资料分析，及时对工程进行加固，把事故消灭在萌芽之中，这种化险为夷的事例也很多。安全监测不仅确保水工建筑物安全施工和正常运营，也是对施工质量的评定。例如，葛洲坝电厂是建在产状平缓、多软弱夹层的地基上，因此担心开挖后会破坏基岩稳定，于是安装了大量基岩应变计。在施工期间及1981年大江截流和百年一遇的洪水期间的观测表明，基岩处理后，变形量在允许范围内，大坝是安全稳定的。此外，安全监测结果也是对设计数据的验证，为改进设计和科学研究提供资料。1.1

4、水工建筑物安全监测的内容与精度要求不同结构的水工建筑物，其观测内容也不相同。以大坝为例，一般包括现场检查，外部观测和内部观测。现场检查是指对坝的上、下游面、廊道、空腔、坝肩等外露部分是否存在裂缝、渗水、冲蚀、磨损、松软老化等进行检查。还应检查排水、止水设备是否畅通或止水。外部观测包括坝的水平位移、沉降、倾斜、挠度观测以及纵、横缝和裂缝观测，还要进行基岩变形和岸坡稳定（滑坡）观测。内部观测包括坝内的应力、应变观测、渗流观测、水力观测、水文和泥沙观测等。尽管观测项目因对象而异，但共同且必需的项目为水平位移、沉降和水位

5、观测。对于混凝土坝还应观测伸缩缝和混凝土温度。安全监测的精度要求取决于观测的目的和建筑物本身允许变形值的大小。1.2大坝变形监测系统布设就混凝土大坝而言，首先应在坝轴线上、下游靠岸的适当地点布设变形监测控制点，目前仍以大地测量方法为主，且多采用边角网。边角网应在坝轴线的两端附近设点，以监测大坝与岸坡连接部分的变形。对库区滑坡，也应建立边角网。由于现代测绘仪器的测角、测距精度较高，近年来国内外已开始用GPS控制网来代替边角网，如我国清江隔河岩水电站，共安装7台双频GPS接收机，可连续地、全天候地实时监测大坝的变形，

6、其精度达亚毫米级，这在国际上也是先进的。下面结合某重力拱坝的变形监测系统布置作进一步说明。该重力拱坝的坝高245m,坝顶长1066m,坝顶宽25m,底宽102m,共分60个坝段，其纵剖面图如图1所示。设计书提出的精度要求为：大坝和基础水平位移的中误差1mm,坝顶拱冠处水平位移中误差3mm,大坝和基础的垂直位移中误差lnrni。监测系统包括：边角监测网。用于检核导线端点和垂线的稳定性。2）用精密直伸导线（弦矢导线）测定坝体水平位移。该导线布置在高程为40m、109m和163m的廊道和平洞中，平洞深度为70m〜100

7、m,平洞末端的导线端点为位置相对稳定的起始点。在190m高程廊道的7个断面上，悬挂正锤线，正锤线的读数站位于高程为40m、109m、163m的导线附近，以便互相校核位移值。在18、33、45坝段各埋设一个倒锤组，用以确定基础的位移并与正锤线衔接。所谓倒锤就是用锚块固定在基础稳定的基岩上的锤线装置，锤线由安装在坝顶浮箱的重锤拉紧，每个倒锤组有4个不同深度的锚块，坝体读数站相对于倒锤线的移动，表明坝体的位移。垂直位移观测系统由水准基点和工作基点组成的精密水准网进行监测。大坝垂直位移分别在40m〜109m、163m高程

8、廊道和平洞中进行观测。为了确定大坝和基础的倾斜变形，又分别在18、25、33、39和45坝段且高程为5m的灌浆廊道和40m的横向廊道中进行观测。用静力水准系统观测廊道和平洞的垂直位移，该系统包括直径为150mm的管子和连接软管，在每一坝段的两接缝处各设置一个垂直位移观测点。对于直线重力坝，一般是用基准线（视准线、引张线、激光准直）加正、倒锤组成基准线和垂线系统，用基准线观