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| 大坝安全监测及在我局工程 |
作者： 管理员 加入时间： 2009-8-21 浏览次数：422
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大坝安全监测及在我局工程
施工中的应用
李 磊
【摘 要】 文章讨论了安全监测的目的，提出了监测数据的有效性比仪器完好率更有意义的建议；回顾了近年来大坝安全监测工作的开展情况；列举了施工监测为工程施工安全服务的实例；对今后监测专业的发展提出了建议。
【关键词】 安全监测 施工中 应用
1 大坝安全监测
1.1 大坝安全监测目的
安全监测是水利水电工程建设中一项重要的内容，在工程建设施工和运行管理的各阶段都发挥着其重要的作用。大坝安全监测的目的主要是了解大坝安全状况及其发展，以控制大坝安全运行；校核计算参数的准确性和计算方法的实用性；反馈施工方法的正确性，借以改进施工方法和施工控制指标；为科学研究提供现场资料，检验各种理论、假设条件和参数。
按照监测性质划分，大坝安全监测分为永久性安全监测和施工安全监测，前者主要是对永久建筑物的长期监测；后者主要为施工阶段的施工安全提供技术保证。
由于监测工作具有施工性强、技术性要求高的特点，需要具备多方面的专业知识，如水工建筑物、岩土工程、工程地质、工程力学及数值分析、工程测量、计算机、自动化控制等。
1.2 安全监测项目内容
一个大型水利水电工程的永久性安全监测一般包括：对建筑物的巡视检查、渗流渗压监测、应力应变监测、变形监测、水力学监测、环境量监测以及动力学监测。综合这些监测项目的监测成果，对建筑物的的安全性作出评判。
1.3 监测仪器提供数据的有效性
大坝安全监测仪器一般要在工程施工的过程中按照设计位置安装到建筑物中去，有的监测仪器要求安装在建筑物内部，有的则需要安装在建筑物的表面，仪器一旦安装、埋设完成就要长期工作以提供监测数据，因此保证各类监测仪器完好并正常工作，是监测工作在施工期的重要任务。水工建筑物内的各类监测仪器的工作环境是比较恶劣和复杂的，监测仪器多数需要长期工作在潮湿或水压环境下，而且监测仪器在埋入混凝土或土体中要求监测仪器后是无法更换的，这对监测仪器是一个考验。
通常将仪器的完好率视为衡量监测仪器施工质量的一项重要的指标，在施工合同文件中对监测仪器设备完好率都有具体的约定。在监测项目的施工中围绕监测仪器的完好率，控制好监测仪器施工过程中的各个技术环节，以满足施工合同文件的要求。
监测仪器的的可靠性决定了大坝安全监测数据的准确和有效。施工期通过提高监测仪器的安装水平，不但要保证监测仪器的完好率，同时要追求监测仪器所提供数据的有效性，力求使每一组监测数据都能够发挥其应有的作用。对监测数据的可靠性、准确性提出要求，远比仪器完好率更有价值和意义，为此在实际工作中要求在保证完好率的基础上，不断提高监测数据的可靠性和准确性，但不可否认其工作标准、工作难度会大大提高。
从技术角度来说，监测工作的最终目的应是将获取的监测数据经过计算分析，能够客观反映监测物的实际工作状况 ，如果仅仅为满足施工合同的要求，监测工作的意义就会大打折扣。完成了仪器设备的埋设安装工作，只是为监测数据的积累创造了设备条件，也仅完成了监测技术工作的50%～60%的工作量，而此后的监测和监测资料计算分析工作，在整个监测工作技术中占有重要的地位，才将是监测技术工作的精髓。
2 安全监测项目的开展情况
2.1 2006年前已完建项目
安全监测专业是勘测设计研究院的专业之一，勘测设计研究院作为工程局的一个综合性的技术部门，同时又是一个生产经营单位，承担工程局在建工程项目中包括大坝安全监测专业等方面实施工作，同时参与市场竞争独立开发大坝安全监测专业方面的工程项目。近些年来安全监测项目，一部分被作为独立标段进行单独招标，而另一些项目则随土建项目进行招标。
2001～2005年，勘测设计研究院先后承接了工程局承建的公伯峡水电站、小峡、沙坡头土建项目中的安全监测项目工程，此后又承担了黄河苏只水电站安全监测项目；在同期又中标了黄河尼那水电站、毛坝关电站的安全监测工程标，到2005年底上述项目已全部完成。这个阶段监测专业的主要项目集中在青海、宁夏、甘肃，当时专业技术人员较少，年轻同志急需培养，在人员少的情况下合理调配力量，圆满的完成了各项任务。通过实践年轻技术人员得到了锻炼成长。
通过该阶段的工作，研究院安全监测项目的总体施工能力得到了加强，由过去仅承担一个工程中部分监测项目发展到能够承担整体监测项目；安全监测的技术水平、项目管理能力都得到很大的提高，主要表现在以下几个方面：
（1）全面完成黄河尼那水电站、毛坝关水电站大坝安全监测工程项目，熟悉了一、二等水准控制网的建立以及垂直沉降观测等高精度水准测量工作；组织完成了一等平面控制网的实施；全面完成尼那水电站大坝安全监测自动化系统的施工和系统调试；
（2）组织完成了一批工程的倒垂孔钻孔及正倒垂监测系统的安装调试工作；完成了一批工程变形监测项目的安装调试，例如：静力水准系统、引张线系统；
（3）一次性完成了330.0米，西北地区最长的——沙坡头水利枢纽坝顶真空激光准直系统的安装施工和调试；
（4）结合尼那水电站安全监测工程标的实施，开展了《GPS测量技术在尼那水电站变形监测中的应用研究》的科研项目；
（5）依靠技术进步和科学管理，我局的大坝监测仪器施工技术水平不断提高，所承建的工程，监测仪器完好率全部达到合同规定的完好率要求。尼那水电站工程、毛坝关水电站工程、柴家峡水电站CI 标工程监测仪器完好率达到100%。
2.2在建项目情况
2005年底以来，安全监测专业又有了进一步的发展，继中标四川武都水库大坝安全监测项目后，又先后参建了工程局承建的丹江口、官地、柴家峡、苗家坝、阿海、南水北调等工程的安全监测项目。目前在建的安全监测工程项目有16个。结合在建施工项目注意对监测新技术、新设备、新方法的学习、消化和总结。
（1）在南水北调丹江口大坝加高工程中，对国产光纤混凝土测温系统进行了广泛的调研工作，经多方面分析研究后选择了应用于本工程的测温系统。在现场安装过程中针对国产设备存在的问题，改进了施工埋设方法保证了仪器的埋设质量，完成了测温系统的施工，实现了国产光纤测温系统对大体积混凝土温度监控；
（2）目前，在四川武都水库工地结合碾压混凝土工程开展了①进口振弦仪器检验率定方法的研究（南大伟、李亚辉、陈婷婷）；②碾压混凝土中监测仪器安装埋设方法的研究（秦书海、邢昊、王多寿、南大伟、李亚辉）；③碾压混凝土的自生体积变化及温度膨胀系数的实验研究（邢昊、李亚辉）；④监测仪器度汛保护措施的研究与实践等工作（王多寿、南大伟），下一步将结合工程进展情况继续开展一些新的研究项目；
（3）结合目前在建的官地导流洞、阿海导流洞、苗家坝导流洞的施工监测任务，计划开展大洞室条件下的施工安全监测系统研究项目，力求施工监测有效、实用，更好地为工程局的施工安全服务；
（4）结合钻孔声波检测工作的开展，继续提高声波检测人员的技术水平，完善辅助检测装置，继续提高声波检测质量，满足工程施工的需要。
在建安全监测项目一览表
序 号 工 程 名 称 监 测 项 目 监 测 性 质 监 测 时 间
(1) 河 南 西 霞 院 反 调 节 水 库 左 右 岸 土 石 坝 河 床式 电 站 永 久 安 全 监 测 2005年～2007年
(2) 甘 肃 柴 家 峡 水 电 站 混 凝 土 重 力 坝 永 久 安 全 监 测 2005年～2007年
(3) 青 海 拉 西 瓦 水 电 站 混 凝 土 拱 坝 高 边 坡、 洞 室 施 工 安 全 监 测 2004年～2008年
(4) 湖 北 丹 江 口 水 利 枢 纽 南 水 北 调 工 程 混 凝 土 重 力 坝 永 久 安 全 监 测 2005年～2010年
(5) 四 川 官 地 水 电 站 左 岸 导 流 洞 施 工 和 永 久 安 全 监 测 2005年～2007年
(6) 甘 肃 铁 城 水 电 站 碾 压 混 凝 土 大 坝 永 久 安 全 监 测 2005年～2008年
(7) 云 南 腊 寨 水 电 站 混 凝 土 重 力 坝 永 久 安 全 监 测 2006年～2008年
(8) 四 川 武 都 水 库 大 坝 安 全 监 测 系 统 永 久 安 全 监 测 2006年～2008年
(9) 云 南 泗 南 江 水 电 站 引 水 发 电 系 统 永 久 安 全 监 测 2006年～2008年
(10) 南 水 北 调 - 北 拒 马 河 工 程 引 水 工 程 永 久 安 全 监 测 2006年～2008年
(11) 南 水 北 调 - 北 京 段 PCCP第5标 引 水 工 程 永 久 安 全 监 测 2007年～2008年
(12) 甘 肃 乌 金 峡 水 电 站 混 凝 土 重 力 坝 永 久 安 全 监 测 2006年～2008年
(13) 云 南 阿 海 水 电 站 导 流 洞 工 程 施 工 和 永 久 安全 监 测 2007年～2010年
(14) 甘 肃 苗 家 坝 水 电 站 导 流 洞 工 程 施 工 和 永 久 安全 监 测 2007年～2009年
(15) 陕 西 旬 阳 大 岭 水 电 站 混 凝 土 重 力 坝 永 久 安 全 监 测 2007年～2008年
(16) 云 南 阿 墨 江 三 江 口 水 电 站 导 流 洞 工 程 施 工 和 永 久 安全 监 测 2007年～2009年
3 与施工有关的监测项目
多年来我院在承担永久性安全监测项目的同时，主动承担直接服务于施工的安全监测项目，特别是在近几年在工程局承建的高边坡开挖工程、地下洞室开挖工程以及大坝施工工程中，开展了坝基声波检测、爆破开挖试验、爆破震动速度监测等多项监（检）测项目，满足了工程局施工安全和生产的需要。
3.1拉西瓦水电站高边坡开挖施工监测
我局拉西瓦施工局承担右岸坝肩基、进水口高边坡等项目的施工。为配合开挖施工，我院监测人员自2004年8月进场工作。
（1）右岸塌滑体边坡施工监测
2005年3月2日第一套仪器安装调试完成，开始对右岸塌滑体边坡进行施工期安全监测。从次日起开始上报监测日报，为了密切关注裂隙变化情况和施工安全，要求每天不得少于观测三次（早、中、晚各一次），如有大的变化需加密观测，并且逐级上报。右岸塌滑体边坡施工期监测仪器及时安装和观测，共上报监测日报441期、监测周报97期，为以后右岸塌滑体边坡支护措施的确定提出了宝贵的意见。
根据监测提供的资料在该部位增设了20余根预应力锚索进行锚固处理，后期的监测数据反映裂隙呈闭合变化趋势，表明锚固措施发挥了作用，抑制了裂隙的发展。右岸塌滑体监测为右岸坝肩开挖提前20天完成提供了有利的安全保证，为施工支护提供了指导性的意见；
（2）2006年2月13日进水口5#、6#机顶后山坡发生局部出现塌方，给5#、6#机上平段洞室开挖、进洞洞口及进水口5#、6#机前沿开挖带来很大的安全隐患。结合右岸坝肩裂隙监测的成功经验，在5#、6#机顶后山坡塌方区域及周遍共安装监测仪器4套，对5#、6#机顶后山坡塌方区域的实施监测，目前监测工作仍在进行之中。
3.2官地水电站左岸导流洞施工监测
官地水电站施工采用全年断流围堰，隧洞导流，基坑全年施工的导流方式。左、右岸各布置一条导流洞，我院监测人员负责工程局承建的左岸导流洞工程的施工监测和永久监测项目。
施工期对导流洞围岩稳定监测采取收敛监测的方法，监测的重点为Ⅳ、Ⅴ类围岩。初期拟布设10个监测断面，每30~50m布置一个监测断面，采用五点七线观测方式，以监测各基线测点趋向洞中心的收敛变形值。2006年9月6日布置的3-3收敛检测断面（左导0+293.00）的3-4基线收敛值发生突变，变化量为188.42mm，经复核检查和分析发现该断面中的3#测点和5#测点，向洞室中心发生了较大的位移变形。及时向施工局提出了“对该断面附近洞室围岩加强支护，避免洞室围岩发生有害位移，造成塌方和失稳”的建议。设计院修改补充了原来的支护设计方案，采取措施对位移变化较大的围岩断面加强了支护处理。（后来证明该断面洞段地质条件较差，围岩存在局部不稳定块体。）
3.3泗南江引水发电洞系统围岩稳定监测
（1）上平洞钢0+83～钢0+96.5围岩稳定监测
在上平洞钢0+83～钢0+96.5段布置了1-9断面、1-10断面两个收敛监测断面。2005年12月12日的检测结果表明：2个断面内的8条测线的日收敛速率达到了4.73～6.79 (mm/d) ；2005年12月13日～14日连续两天的收敛速率均达到了相同的量值；2005年12月15日该平洞出现塌方。因本次险情已预知，塌方前施工人员、设备已撤离，因此没有发生人员伤亡和设备损失的情况。
（2）上平洞及6#支洞险情预测
2005年12月16日在对6#支洞及上平洞局部进行收敛监测时，发现所有6#支洞收敛断面、上平洞靠近岔口部位各测线长度均出现突变，过程线明显出现“拐点”。监测人员在16日上报的“收敛观测成果”中是这样描述的： ①“2-2a断面相对6#支洞其它断面变化较大；②1-3断面相对上平洞其它断面变化较大。1-3测线时段收敛速率为12.51mm/d，2-3测线时段收敛速率为7.33mm/d；③在观测过程中，顶拱不时有喷砼料脱落，钢拱架有响声，洞内状况危险。”此后经多方协商并制订了加固处理措施，经施工夜抢险，12月25日收敛成果显示上平洞及6#支洞各收敛测线日变化速率均小于1mm，可以看出以上支护方法收到较好的效果。截至2007. 10.10日上平洞及6#支洞各收敛测线日速率小于0.1 mm/d。
3.4建基面验收声波检测
在工程局承建的向家坝水电站300米高程以上开挖工程、景洪、白市等水电站坝基开挖工程中，按照要求对坝基进行了保护层开挖的爆前、爆后对比声波检测以及建基面验收声波检测。
3.5开挖爆破试验及围堰拆除震动速度监测
（1）在工程局承建的向家坝水电站300米高程以上开挖工程、白市水电站坝基开挖工程、三板溪溢洪道修复工程中，结合开挖分区进行了爆破试验，通过现场试验提出了各开挖区域钻孔爆破参数和场地参数K、α值；
（2）在喜河水电站混凝土围堰拆除爆破中，对建筑物、金属结构、电气设备等进行了爆破震动速度的监测，监测数据表明围堰在拆除爆破时控制效果良好，既满足了施工要求同时实测震动速度也小于安全控制指标。
3.6过水围堰水力学监测
四川武都水库工地的上游围堰为过水型围堰。2006年～2007年汛期在对围堰在过水时进行了堰面底流速、脉动压力等水力学参数的监测以及堰顶沉降、水平位移的监测，为判定围堰的安全性提供了依据。
4 追求创新不断提升竞争能力
面对激烈的市场竞争，努力在以下几个方面加大工作力度，不断提升竞争的实力。
（1）深刻体会到目前在建的工程监测项目既是今天生存发展的基础，也是今后参加市场竞争的必需。因此施工中做到精益求精，继续提高技术素质，在保证监测仪器完好率的基础上，提高监测数据的准确和有效性；
（2）继续加强专业性钻孔土建队伍的建设，培育出一支钻孔技术水平高，能打硬仗的专业队伍，它是保证监测仪器施工和提高竞争力的重要保证；
（3）在做好现有大坝监测施工的同时，开展监测资料的分析工作。通过这样的做法会起到①提高专业理论技术水平和技术实力；②检查和发现监测仪器的施工质量，促进施工水平的进一步提高的作用；
（4）加强对外技术合作和联系，拓宽市场范围，既考虑现阶段的需要，又着眼于后水电时期的发展；
（5）把握时机和条件进行相关设备的研发，形成自己的产品，走具有自主知识产权的道路并依此形成核心竞争力。
参考文献
[1] 李磊 徐永举 李宏伟 李晓光 金沙江向家坝水电站左岸高程300m以上边坡工程爆破试验及振动监测
[2] 李磊 李晓光 金沙江向家坝水电站左岸高乘300m以上边坡工程岩体声波检测
[3] 白美刚 赵仁安 李磊 拉西瓦水电站右岸坝肩塌滑体边坡施工安全监测
[4] 李磊 李晓光 汉江喜河水电站混凝土围堰拆除爆破震动监测
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