长洲水利枢纽大坝外部变形观测.doc

长洲水利枢纽大坝外部变形观测刘明军 中电投南方电力有限公司 广州 510130摘要：安全监测是大坝安全管理的耳目，是了解和掌握大坝性状变化和安全状态的主要手段本文对长洲水利枢纽内、中、外三江、船闸控制楼、进行沉陷位移在不同时间段，以相反次序进行返测，得到大坝外部变形观测数据，以期做到防患于未然，确保大坝安全运行的目的关键词：长洲；大坝变形；观测；垂直位移我国现有大坝 8万余座，在国民经济中发挥了巨大的经济和社会效益然而，由于多种原因，如水文、地质、老化等，部分大坝存在安全隐患，影响了工程效益的发挥和下游人民的生命财产安全上个世纪我国板桥、石漫滩等大坝失事至今仍让人心有余悸大坝安全已引起政府高度重视，国家相继成立了水电站大坝安全监察中心、水利大坝安全监测中心来具体管理 [1]监测工作是确保大坝长期安全运行的重要手段，是水工建筑物工程管理的耳目 [2]通过监测设备获取监测部位数据，进而揭示大坝运行状态，评估大坝安全状态 [3]1. 工程概述长洲水利枢纽位于西江水系干流浔江下游河段，坝址位于梧州市长洲岛端部，枢纽坝轴线横跨两岛、三江，是一座以发电为主，兼有航运、灌溉和养殖等综合利用效益的大（1）型水利工程。

长洲水利枢纽主要建筑物分内江、中江、外江三江布置：内江枢纽由 12孔泄水闸、6 台灯泡贯流式水电机组厂房段、左右岸接头重力坝、碾压土石坝及开关站组成；中江由 15孔泄水闸和左右岸接头重力坝组成；外江由 16孔泄水闸、9 台灯泡贯流式水电机组厂房段、千吨级船闸、重力坝段、土石坝以及开关站和鱼道组成电站总装机容量为 630MW，采用 15台灯泡贯流式发电机，年发电量 30.143亿 kW·h水库总库容 56亿 m3，正常蓄水位 20.6m时库容 18.6亿 m3，汛期限制水位 18.6m2. 观测方案本次测量严格按照《国家一、二等水准测量规范》中关于一等水准测量的各项技术要求，对水准路线进行往、返观测，采用徕卡 DNA03数字水准仪配合铟钢条码尺，严格按照国家一等水准观测顺序进行作业，往、返测奇数站观测顺序为“后—前—前—后” ，偶数站为“前—后—后—前” 水准路线在不同时段进行往、返观测观测过程中观测仪器和设备固定，观测人员固定，以及在基本相同的环境和条件下进行观测外江坝顶监测点沉陷位移观测路线：从长洲水利枢纽水准网工作基点水 6起，经过外江 2#船闸右闸首 WLD-8测点，进入船闸和重力坝段，进入泄水闸坝段后由 WLD16测点往左岸方向逐点测至外江厂房安装间砼墩的 WLD41测点，最后附和到泗化洲岛土坝水准工作基点水 5，组成附合水准路线。

在不同时间段，以相反次序进行返测中江坝顶监测点沉陷位移观测路线：从泗化洲岛水准网工作基点水 5起，经泗化洲岛土坝ZLD1，测至右岸重力坝，往左岸方向经过中江泄水闸墩各监测点，测至左岸重力坝 ZLD27，最后测至长洲岛水准网水准工作基点水 4，组成附合水准路线在不同时间段，以相反次序进行返测内江坝顶监测点沉陷位移观测路线：往测是由长洲岛水准网水准工作基点水 4起，经过长洲岛土坝坝顶各监测点，进入内江重力 2号坝段 NLD2点、经内江 3、4 号重力坝及泄水闸坝段、厂房发电机组段以及安装间砼墩各监测点，测至内江土坝坝顶上游的 NLD44，最后附合到内江土坝水准网水准工作基点水 3，组成附合水准路线在不同时间段，以相反的次序进行返测3. 观测成果及精度分析（1） 从本次观测结果来看，各江土坝整体表现为下沉现象，内江厂房以及内江泄水闸段表现为上抬现象，中、外江泄水闸坝段整体表现为上抬现象；（2） 结合各江变形成果表来看，本次下沉量最大的为长洲土坝坝顶上游的 ZLD35点，最大下沉量为+6.65mm，本次上抬量最大的为外江 2#船闸右闸墙的 WLD8，最大上抬量为-1.67mm；（3） 埋设在回填土基础上的监测点沉降位移与上次观测相比仍然呈下沉现象，对于土坝上的各监测点本次位移变形值下沉较大的主要原因是载重车辆频繁进出，加上回填土未完全稳定导致位移变形量继续呈现下沉现象；（4） 本次测量中平均气温为 23℃，气温较上次观测有所下降，结合各江典型测点观测曲线可以看出，各监测点呈周期性变化，监测周期主要受温度的影响，即温升时坝体上抬，温降时坝体下沉，呈弹性变化，符合混凝土坝体变形规律；（5） 结合前两年的观测曲线可以看出，在长洲水利枢纽工程中，气温的变化始终是影响大体积混凝土建筑物变形的主要因素。

关于船闸控制楼的沉降位移已从初期的下沉量大到现在逐渐趋于平稳状态，从最近几期监测数据来看，船闸控制楼的沉陷速率已相对减缓，但还需要对该建筑物进行持续性加密观测，便于掌握最新的数据动态表 1 各水准路线及限差情况测站数 水准路线长 往返测高差 不符值 往返测高差允 许不符值部 位站 (Km) (mm) (mm)备 注水 5～新水 6 42 1.297 +1.74 ±2.278 外江水准路线水 4～水 5 36 0.998 -1.23 ±1.998 中江水准路线水 3～水 4 45 1.3897 -1.36 ±2.358 内江水准路线新水 6～新水6 38 0.998 -0.62 ±2.358 控制楼水准路线注：往返测高差允许不符值限差=±2 ， K 为测线公里数本次水准观测各江往返测高差良好，符合一等水准测量规范从本次各江观测成果表可以看出，内江泄水闸主要以上抬为主，最大上抬量为 1.48mm，内江土坝仍然表现为下沉现象，最大下沉量为 4.74mm；中江泄水闸主要表现为下沉现象，最大下沉量为 1.34mm；外江厂房、泄水闸段主要以下沉为主，最大下沉量为 0.8mm由此看出本次观测除却内江土坝外各江各工程部位变形量较小，内江土坝各观测点受重载车辆影响，从观测至今仍呈下沉状态。

4. 变形分析本次测量期间外界天气情况主要为晴天，平均气温为 23℃，本次观测成果与之前观测成果的对比分析如下4.1 外江水工建筑物变形情况及分析4.1.1 坝顶垂直位移随时间变化情况外 江 船 闸 段 测 点 垂 直 位 移 随 时 间 变 化 过 程 线-6-4-202462007年 1月 2007年 9月 2008年 6月 2009年 3月 2009年 12月 2010年 9月 2011年 6月 2012年 3月 2012年 11月 2013年 8月位 移 值 （ mm）WLD-08 WLD-09 WLD-10 WLD-11 WLD-12外 江 泄 水 闸 坝 段 测 点 垂 直 位 移 随 时 间 变 化 过 程 线-4-3-2-101234562006年 4月 2007年 1月 2007年 11月 2008年 9月 2009年 7月 2010年 5月 2011年 3月 2011年 12月 2012年 10月 2013年 8月位 移 值 （ mm）WLD-18 WLD-25 WLD-29 WLD-33外 江 厂 房 及 安 装 间 段 测 点 垂 直 位 移 随 时 间 变 化 过 程 线-3-2-1012345672007年 7月 2008年 1月 2008年 7月 2009年 1月 2009年 7月 2010年 1月 2010年 7月 2011年 1月 2011年 7月 2012年 1月 2012年 7月位 移 值 (mm)WLD-35 WLD-36 WLD-37 WLD-39 WLD-40 WLD-41图 1 外江各坝段典型测点垂直位移随时间变化情况过程图（1）图中位移值符号为“+”表示测点下沉，位移值符号为“-”则表示为测点上抬；（2）外江船闸坝段：布设5个测点(WLD08～WLD12)，各监测点均表现为上抬，本次最大上抬测点为WLD-08，上抬量为-1.67mm；（3）外江泄水闸坝段：各观测点主要表现为下沉现象，外江泄水闸段测点呈弹性变化，符合混凝土坝体变形规律，各测点间下沉变化幅度相差不大；（4）外江发电厂房及安装间坝段：各监测点均表现为下沉现象，位移量呈弹性变化，发电厂房及安装间段各测点位移在+0.2～+0.8mm 间变化，各测点位移变化量相差不大，最大下沉测点为 8#机左边敦上端的 WLD36点；（5）各监测点累计位移量呈周期性变化，变化周期主要受温度的影响，即温升时坝体上抬，温降时坝体下沉，呈弹性变化，符合混凝土坝体变形规律。

4.1.2 坝顶垂直位移沿坝轴线分布选取温度大致相同的两个时间段（2011 年 9月、2012 年 10月）的位移值绘制坝顶垂直位移沿坝轴线的分布图，以了解坝顶垂直位移纵向分布规律及各坝段间纵向沉降情况外 江 坝 顶 垂 直 位 移 沿 坝 轴 线 分 布-4-3-2-1012345WLD-08WLD-10WLD-12WLD-15WLD-17WLD-19WLD-22WLD-24WLD-26WLD-28WLD-30WLD-33WLD-35WLD-37WLD-40测 点2011年 9月 2012年 10月图 2 外江坝顶垂直位移沿坝轴线分布图（1）各测点沿坝轴线方向位移符号基本为“+” ，外江泄水闸、外江厂房及安装间段整体表现为下沉现象，外江船闸段整体表现为上抬现象；（2）外江混凝土各坝段在两个时间段内沿坝轴线方向各测点位移值变化趋势较为一致；（3）外江坝顶垂直位移除个别测点外其余各测点间位移变化情况相差不大，表明度汛时期外江坝顶各测点未发生趋势性位移变化情况4.2 中江水工建筑物变形情况及分析4.2.1 坝顶垂直位移随时间变化情况中 江 泄 水 闸 测 点 垂 直 位 移 变 化 过 程 线-3-2-101234562008-6-1 2008-12-1 2009-6-1 2009-12-1 2010-6-1 2010-12-1 2011-6-1 2011-12-1 2012-6-1位 移 值 (mm)ZLD-7 ZLD-9 ZLD-13 ZLD-16 ZLD-20 ZLD-23图 3 中江水工建筑物典型测点累计位移过程曲线（1）图中位移值符号为“+”表示测点下沉，位移值符号为“-”则表示为测点上抬；（2）中江 1-2#重力坝段：布设了 2个监测点（ZLD-4、ZLD-5） ，受温度下降的影响，各点均呈轻微下沉现象，符合混凝土变化规律，该两处测点本次位移变化量分别为+0.67mm、+0.38mm，累计沉降变形值分别为+4.74mm、+5.44mm；（3）中江泄水闸坝段：在泄水闸 1-16#闸墩上游处各布设 1个测点，共计 16个测点（ZLD-6～ZLD-23）监测坝体沉降位移变化情况，本月受气温下降的影响各监测点与上次（2012 年 7月）相比整体呈现下沉现象，各监测点位移变形值在+0.36～+1.34mm 之间变化，测点间变形值相差不大；（3）中江左岸长洲岛土石坝段：布设 15个测点（ZLD-27～ZLD41） ，长洲岛土坝的各监测点在本次测量当中均表现为下沉状态，下沉位移值在+1.04～+6.65mm 之间变化，长洲岛土坝各监测点自开测以来一直呈下沉趋势，累计下沉量最大的是位于长洲岛土坝与中江左岸重力坝结合处的 ZLD-27点，该测点自开测以来下沉量已达 79.72mm；（4）中江泄水闸段监测点受温度变化影响明显，即温升时坝体上抬，温降时坝体下沉，呈弹性变化趋势，符合混凝土坝体变化规律。

为了解该点的状态和沉降情况，现绘制 ZLD-27点的沉降过程曲线图中 江 左 岸 接 头 土 坝 ZLD-27点 累 计 沉 降 位 移 过 程 曲 线010203040506070809009-8-1 09-11-1 10-2-1 10-5-1 10-8-1 10-11-1 11-2-1 11-5-1 11-8-1 11-11-1 12-2-1 12-5-1 12-8-1日 期位 移 值 (mm)ZLD-27图 4 中江左岸接头土坝 ZLD-27累计沉降位移过程曲线从图中可以看出，中江左岸接头土坝的 ZLD-27点自 2009年开测以来到现在一直处于下沉状态，前期下沉速率快，中。