小孤山水电站枢纽外部变形监测与预报范文

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1工程概况

小孤山水电站水利枢纽是我国目前建在软基上的第一座中型电站闸坝,是黑河大峡谷的第3座梯级水电站,上接大孤山水电站厂房尾水,设计正常蓄水位2160m;下接龙首二级(西流水)水电站库尾,正常水位1920m,开发段河道长约15km,设计水头140m,该水电站采用长隧洞引水式方案开发,设计引水流量98m3/s,电站装机约100MW。工程规模属中型工程,主要建筑物设计标准为三级,次要建筑物设计标准为四级,临时建筑物设计标准为五级。小孤山水电站开发河段位于甘肃省肃南裕固族自治县境内的黑河大峡谷中段,两岸有大面积陡崖分布,峭壁耸立,河中乱石层叠,水流湍急。有山区四级公路沿峡谷穿过,枢纽距张掖市约100km,交通便利。

为了解和掌握闸坝的稳定性、验证相关的设计参数,确保水电站的长期运行安全,保证发电机组正常出力和投资效益的正常发挥,受黑河水电开发有限责任公司的委托,按照《黑河小孤山水电站枢纽外部永久变形监测技术设计报告》和《水利水电工程测量规范》、《水利水电施工测量规范》、《混凝土坝安全监测技术规范》的要求,对小孤山水电站枢纽外部进行变形监测,并对监测结果进行了分析。

2外部变形监测方案设计

外部变形监测主要从两方面展开工作,一是进行建筑物水平位移监测,另一是进行建筑物沉降监测。水平位移监测采用视准线法,在设置有强制对中装置的观测墩上架设高精度经纬仪,照准视准线另一端点,测定设置在该轴线上的监测点的变形情况。沉降监测是采用精密几何水准测量的方法,测定布设于建筑物上观测点的高程变化,来确定建筑物的沉降情况。

在监测过程中,一旦发现监测点水平位移量变化较大、监测点沉降量较大或沉降量明显不均匀时,应及时向业主报告,根据需要采取必要的防范措施。在沉降监测中,为了保证监测精度,正确反映建筑物的沉降情况,按照二等精密水准测量的技术要求施测。

2.1观测点位的设置

变形监测点的布设是进行变形监测的基础。根据监测点布设从整体到局部的原则,依据小孤山闸坝的结构形式及特点,在枢纽闸坝1#、2#、3#和4#泄洪冲砂闸范围内,布设3条视准线进行闸坝水平位移监测;布设2条精密水准路线和1条支点水准路线进行闸坝沉降监测。

水平位移观测基点B1、B2和B3是具有强制对中装置、高1.20m的混凝土观测墩,预制在右岸道路两边的基岩上,四周加置了铁栅栏;照准基点A1、A2和A3是标有“莱卡”字样的目标专用照准觇牌,用3个(或4个)螺钉固定在左岸基岩上。水准工作基点有2个,一个位于B2观测墩底座上,一个位于Y15监测点下游右岸基岩上,均为现浇圆钢标志。两个水准工作基点上均引测了二等水准高程。

Y01～Y15是设计的变形监测点,这些点为高出地面0.30m的现浇永久监测墩,其上安置了强制对中盘和水准高程测量标志,作为平面位移监测和垂直位移监测的标志。

2.2变形监测使用仪器的选择

为保证测量成果准确、可靠,满足规范规定的精度要求,水平位移监测采用T3型经纬仪,并配用监测专用活动觇标进行;沉降监测,选用德国蔡司公司生产的NA-2型精密光学水准仪(±0.40mm/km)并配用铟瓦合金标尺进行几何水准测量。在作业前后,对仪器的相关项目进行了检验与校正,使监测仪器的各项指标符合国家及规范要求。

2.3变形监测方法

水平位移观测是将T3型精密经纬仪架设在B点,正倒镜照准对应的特制照准点A各一次,对架设在各监测点上的带有千分尺的移动觇标各读取一组数据,取其中数作为最终观测值。在沉降监测中,为了保证监测精度,正确反映建筑物的沉降情况,按照二等精密水准测量的技术要求施测。

3监测数据处理及成果分析

3.1数据处理

外业数据观测结束后,对观测数据进行认真地检查校核,剔除粗差后参与计算。闸坝的水平位移量,是将各监测点的观测量与上一次观测值比较得出相对位移量,将各监测点的观测量与初始值比较得出绝对位移量;闸坝的垂直位移量,是将各监测点上利用附合水准路线经平差计算求得的高程值与上一次观测值比较得出相对位移量,将各监测点求得的高程值与初始值比较求出绝对位移量。

3.2成果分析

2006年4月23日进驻工地,在28日下闸蓄水前几天,对各监测点的初始值进行了测定。2006年5月4日开始首期监测,至2008年5月的2年内,从前段(2006年6月22日前的6期)的按通知无周期规则监测到后段(2006年6月22日后的100期)每周四进行的有周期规则性监测,共计106期。

为分析和研究闸坝的外部变形,绘制了监测期水库水位过程线和各监测点的位移过程线:以各视准线上的监测点组成的横剖面代表闸坝横向位移曲线和以各闸墩为单元,其上监测点组成的纵剖面代表闸坝纵向位移曲线。

通过监测数据分析各个监测点的位移过程线(剔除个别监测期个别监测点的异常值)认为,上游排视准线上的监测点的变形情形是:位于坝左(混凝土坝)上的Y01的变形位移量不大,虽然在一段时间内和同在一条视准线上的其它监测点呈相似的变化方向、过程,但因变形位移量大多在2倍测量中误差内,所以可以认为它是相对稳定的。Y02、Y03、Y04和Y05点在以上监测期发生变形且位移量随水位变化波动,总趋势是水平位移初期向上游,然后再向下游的过程;由于上游排监测基准点(B1)遭撞击破坏,自74期后Y01、Y02、Y03、Y04和Y05点无水平位移监测数据,故对上游排的水平位移无法进行连续性分析;垂直位移是一个缓慢上升到回落继而下沉的过程,且位移量不大。

中游排视准线上的监测点的位移变形情形是:位于坝左的Y06的水平位移变形量相对较小(最大达到-4.96mm),但和同在一条视准线上的其它监测点呈相似的变化方向、过程;要引起注意的是Y07、Y08、Y09、Y10和Y11监测点,在监测期后期水平位移向下游方向发生位移变形并随水位升降呈规律性的上下波动且呈加快趋势。Y07的水平位移量最大达到-5.96mm,Y08的水平位移量最大达到-9.66mm,Y09的水平位移量最大达到-11.94mm,Y10的水平位移量最大达到-12.01mm,Y11的水平位移量最大达到-13.79mm。垂直位移的变化在整个监测期也是比较平稳的,总体上讲是一个缓慢上升到回落下沉的过程,但明显随水位升降呈上下波动规律。

下游排视准线上的监测点的位移趋势是:在整个监测期,Y12的水平位移量和垂直位移量相对较小,Y13、Y14、Y15的垂直位移量相对较小而水平位移量较大,水平位移量绝大部分为负值并随水位升降呈规律性的上下波动且向下游方向变形位移。Y13的水平位移量最大达到-10.13mm,Y14的水平位移量最大达到-10.84mm,Y15的水平位移量最大达到-11.30mm。垂直位移量的变化在整个监测期都是比较平稳的,总体呈下降趋势,但位移变化量小,明显随水位升降呈上下波动规律。

4结论

通过对2年监测数据分析,认为在该监测期闸坝发生了位移变形,且位移变形在时间和空间上都是不均匀的:①闸坝靠左岸位移变形较小,靠右岸位移变形较大;②水平位移变形较大而垂直位移变形较小;③水平位移变形方向向下游,大小随蓄水位的高低波动并在波动中增大;④该闸坝存在不均匀位移变形,且不均匀位移变形特征比较明显。

在整个监测期的后期,监测点Y07、Y08、Y09、Y10、Y11、Y13、Y14、Y15的水平位移量均逐渐增大,且有继续增大的趋势;垂直位移由蓄水初期的上升到回落再到下沉态势,但垂直位移量较小,明显随水位升降呈上下有规律波动。需要强调的是:该闸坝靠右岸各监测点在这期间的水平位移量(向下游)逐渐增大而左岸变化量较小,通过对各个监测点的监测数据的比对、分析,认为该闸坝发生了不均匀位移变形且特征比较明显,而残余变形值逐渐减小。

摘要:简要叙述了变形监测网点的布设、监测方案的选择,并对监测结果进行了分析,提出了合理的建议。

关键词:小孤山水电站;变形监测;结果分析;预报