浅谈白山电站垂直位移及大坝倾斜监测

浅谈白山电站垂直位移及大坝倾斜监测

商炳华

松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂 吉林 吉林 132001

【摘要】白山大坝的变形测量监控着整个大坝的运行状态，而其中垂直位移和倾斜是很关键的变形测量项目，能够很好的反映出白山大坝的运行状态。白山大坝的垂直位移测高程位移变化能够定性、定量的分析白山大坝的运行状态是否处于稳态，为白山大坝的安全稳定运行提供了可靠的支撑。

【关键词】白山大坝；大坝变形；垂直位移；静力水准；

一、工程概况

白山水电站枢纽区建筑物主要有：拦河大坝、河床坝段泄洪建筑物、右岸全地下式厂房、左岸地面式厂房、左岸三期全地下式厂房和开关站等，见图1该电站枢纽平面布置图。

其拦河坝为单曲三心圆混凝土重力拱坝，是由三段圆弧组成，其中中部小半经320米，两侧大半径770米，坝顶弧长676.5米，最大中心角80°12′。全坝分为39个坝段，一般坝段宽16米，高孔坝段宽18米，扩机坝段宽24米，最大坝高149.5米，坝顶宽9/20米，坝顶高程423.5米，最低基建高程274.00米，最大坝底宽63.70米。大坝在326.00米高程以下设一条纵缝，坝体内沿坝基设置3×4米的基础廊道，在281.00米高程设2×2.5米的排水廊道，在300米高程设纵缝、并缝廊道，并在312、340、375、418米高程设置2.0×2.5米的坝内检查交通廊道。在11#及21#坝段各设置一部电梯井，由坝顶直通312米高程的廊道，作为大坝通向地下厂房的交通通道。

白山大坝设计坝址基本地震烈度为Ⅵ度，大坝按Ⅶ度设防。

图1 白山电站枢纽平面布置图

二、白山电站垂直位移的测量方法及测点分布。

2.1 白山大坝水平位移及倾斜的测量方法

目前垂直位移监测分为表面垂直位移监测以及内部垂直位移监测两大类。而内部垂直位移主要用于土石坝的内部观测，因此白山大坝主要采用表面垂直位移监测法进行监测。

表面垂直位移分为两种：几何水准测量法和液体静力水准测量法。他们都是以起测基点高程为基准，引测建筑物变形前和变形后的测点高程，然后通过计算求得该点垂直位移量。

几何水准测量法：这种方法采用三级点位、两级控制。三级点位即设置水准基点、起测基点和垂直位移标点(测点)。两级控制即由水准基点校测起测基点，由起测基点观测位移标点。目前白山大坝的垂直位移人工监测采用的该方法进行监测。

液体静力水准测量法：这种方法适用于在有廊道的大坝内进行垂直位移监测，观测精度高，便于实现自动遥测。目前白山大坝的垂直位移自动化监测这块采用的该方法进行监测。

2.2 测点布置情况

白山大坝垂直位移项目共有71个测点，坝内水准点布置在基础廊道、340廊道、418廊道中。各水平廊道采用地面标的形式。各高程水准点观测利用就近双金属标为工作基点，双金属标需与坝外水准基点定期联测，使坝内水准与坝区水准构成统一的高程系统，联测周期1次/年或根据稳定情况确定。418、340、基础廊道三条廊道六组双标共形成三条独立的闭合水准路线。418廊道 S02E至S36-2E为第一条闭合水准路线，340廊道 S07C至S26C为第二条闭合水准路线，基础廊道 S11A至S19A为第三台闭合水准路线。

倾斜测点在418廊道1号、2号、6号、10号、17号、26号、32号、36号坝段布置了8组16个测点；在375廊道7号、11号、17号、26号坝段布着了4组8个测点，在340廊道10号、17号坝段布置了2组4个测点、312廊道11号、17号、21号坝段布置了3组11个测点。除312廊道外，在其它廊道的上下游边墙各设一水准标点，成为一对测点；312廊道沿横廊布置了三组倾斜点组，共计17组、39个倾斜测点。

三、垂直位移以及倾斜的数据分析

3.1垂直位移的数据分析

3.1.1人工垂直位移观测资料分析

垂
直位移符号规定：下沉为“+”，上升为“-”。垂直位移观测成果及过程线。

图1、平廊过程线

白山大坝垂直位移与气温和上游水位相关，呈年周期变化，即：温度上升+水位升高，坝体向上位移；反之温度下降+水位降低，坝体向下位移。对观测资料进行回归分析，结果表明温度分量所占比重较大，大坝垂直变形规律滞后气温1～2个月，而大坝中部坝段高程较高的测点，水位分量比重有所增加。

大坝垂直位移在正常范围内变化，并有一定的规律。从具有代表性的10号、17号和26号坝段垂直位移、水位、气温过程线可以看出：整体沉陷的变化规律，呈年周期变化。垂直位移与气温存在较为明显周期性对应关系，但滞后气温1～2个月，即温度上升坝体向上位移；反之温度下降坝体向下位移。同时垂直位移与水位也有一定对应关系，即水位升高坝体抬高，反之沉降。从上述分析可以看出：大坝垂直位移受环境量变化影响较为明显，高程较高的测点近些年呈逐渐下沉的趋势变化。垂直位移的变化规律总体符合白山拱坝的正常变形规律。

3.1.2自动化垂直位移观测资料分析

根据人工和自动化观测数据库绘制的历年测值过程线（附录3），从过程线可见大部分测点测值规律性相对较好，呈现出明显的年周期变化，垂直位移特征值符合变形规律，高程越高，测值规律性越好。这主要是因为高程越高，位移变幅越大，观测误差占的比例相对较小。

3.2 坝体倾斜的数据分析

3.2.1 坝体倾斜人工观测资料分析

坝体倾斜符号规定为：向下游转动为“+”；向上游转动为“-”。坝体倾斜观测成果及过程线见附录4。

3.2.2 坝体倾斜数据分析

从倾斜量过程线及相应时段内的水位、气温过程线可以看出：坝体倾斜的变化规律和历年相同，呈明显的年周期变化；同时可以看出坝体各组倾斜量与水位、气温都有很好的对应关系。340高程及以上的测点随水位和气温的变化具有很好的年周期变化规律，即气温升高或水位下降，坝体向上游转动；气温下降或水位增加，坝体则向下游转动。总的来说：高水位+低气温，坝体向下游转动；低水位+高气温，坝体向上游转动。这一规律和垂线径向位移的规律一致，这是因为坝体各测点的水平位移不是平行移动，而是伴随着倾斜同步发生的。因而，两个项目是相辅相成的，综合应用可以增加安全监测的科学性和可靠度。

从各测点的数据可以看出，坝体上部的倾斜量较坝体下部的倾斜量大，河床坝段较岸坡坝段的倾斜量大，大坝的倾斜变化规律非常明显，且与拱坝的正常运行规律相符，这是符合大坝的运行规律的。

3.2.3自动化倾斜观测资料分析

坝内倾斜历年自动化观测结果过程线可见，除高程312廊道测点倾斜测值规律不明显外，其它高程廊道内倾斜测值基本呈年周期变化，呈现高温季节向上游倾斜，低温季节向下游倾斜的规律，说明测点的工作状态正常。

四、参考文献

[1] 《白山大坝第四次定期检查大坝安全监测资料分析报告》

[2] DL/T5178-2016《混凝土大坝安全监测技术规范》

[3] 《2019年白山大坝观测资料整编报告》

[4] DL/T5209-2005《混凝土坝安全监测资料整编规程》

[5] 《2019年白山大坝安全监测自动化系统运行报告》