波堆水电站外部变形监测

波堆水电站外部变形监测

刘和平王辉

（中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610225）

摘要：本文主要针对对西藏波堆水电站大坝、坝左右岸及原DJ开挖料场水平位移变形、垂直位移沉降观测方案的确定及数据采集。监测的主要内容为大坝水平位移监测、垂直位移监测、左右岸及原开挖料场变形、沉降监测。

关键词：水平位移变形监测；垂直沉降监测；二等水准；交汇法；变形分析

1工程概况

波堆水电站属波得藏布流域规划四级梯级水电站中的第三级水电站，主要开发任务是发电。工程位于西藏林芝地区波密县倾多镇境内，波得藏布中下游河段（通多村附近），距离倾多镇12km，波密县43km。

波堆水电站为波得藏布四级梯级水电站开发中的第三级，为坝后引水式水电站。波堆水电站坝址以上流域面积为2453km2，年平均流量为132m3/s。水库正常蓄水位2788m，死水位2784m，水库总库容1087.52万m3，电站装机3台，单机容量3200kW，总装机容量为9.6MW。工程由首部取水枢纽工程（包括沥青混凝土心墙土石坝、左岸洞式溢洪道和泄洪洞等主要建筑物）、引水发电隧洞和厂区枢纽工程（包括地面厂房、升压站和尾水等主要建筑物）组成。

工程总体布置是采用碾压式沥青混凝土心墙碎石土坝挡水、左岸洞式溢洪道+泄洪洞（兼导流隧洞）、左岸发电引水洞引水和地面厂房。

大坝位于东经95°32′10″，北纬30°05′40″，为碾压式沥青混凝土心墙土石坝，坝顶长147.7m，坝顶宽7.00m，最大坝高44.65m。

2外部变形监测布置及要求

由于水利水电工程一般规模大、范围广、影响因素多，单纯依靠内观监测仪器监测建筑物的性状具有很大的局限性。为了能正确、全面地了解、掌握工程的工作性态，分析和预测预报岩体及相邻建筑物的变化趋势，使用测量仪器与专用仪器对枢纽建筑物表面变形现象进行监测，通过监测确定在各种负载和外力作用下，水工建筑物的形状、大小空间状态和时间特征，了解大坝及其附属建筑物的表面变化规律、为评定大坝运行安全提供基本的信息资料。

大坝外部变形监测是监测组成的主要内容，建立牢固、稳定、可靠的基准点是外部变形监测的首要任务。波堆水电站的基准网主要分为水平位移监测基准控制网、垂直位移监测基准控制网，主要任务是监测大坝、左右岸坡、下游厂房及DJ1原料场的位移和沉降。根据《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178-2016的要求，对坝区网点的选择、监测精度和稳定性都做了勘察和研究。根据地形、地质和波堆水电站建筑物的特点，对网点的体系的构建、基准网点数量、位置通视、覆盖率等做了深入思考。

2.1布置

波堆水电站地处高原地区，坝址区域处于峡谷带，河床狭窄，右岸山体垂直高耸，两岸基本成V型的河谷。电站每年4-10月份雨量充沛，很容易造成山体滑坡，大坝属于沥青混凝土芯墙土石坝，蓄水后坝体变形、沉降的监测也尤为关键。波堆水电站的平面控制网基准点由业主提供的设计GPS基点引测，设计GPS点由三个水准高程点和两个平面坐标点组成。

波堆水电站平面控制网由四个网点构成，沿大坝左右两岸分布。平面监测网基准点选择通视良好、地基稳定且能长期保存的地方，测线避开强电磁场的干扰，观测墩为现浇钢筋混凝土，结构坚固可靠，不易变形，底部开挖至新鲜或微风化基岩上，并与基岩紧密结合，保证观测墩的稳固。观测墩顶部设置强制对中盘，强制对中盘调整水平，不平度小于4′。具体埋设和技术要求完全按照《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178-2016的要求执行。布置网如下图1所示

图1水平布置基准网图

沉降位移监测网的基准点设在了沉降变形区以外的稳定地区，打孔安装埋设了双金属标。打孔深度35m，孔底深度完全位于完整基岩面上，孔径不小于ф325mm，确保双金属标的273фmm外保护管安装；孔斜不大于0.5°。标心铝管为铝锰合金管。使用橡胶环来固定标心管，标心管丝扣要防水，安装后钢标比铝标高出35～45mm。安装完成后在保护管与孔壁之间填入细砂，保证密实。孔口1m管外孔隙用水泥砂浆填注。

平面位移监测点全部设在了大坝坝顶下游，分别为点号005、006、007、008，坝体在填筑完成后，在回填料层深挖1.5m，浇筑基座，采用钢筋混凝土标墩是观测稳固连接。，具体埋设和观测技术要求按照设计图纸和《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178-2003的要求执行。

垂直位移变形网的测点共12个，分别安装埋设于浇筑的混凝土观测墩上，安装了测点保护罩进行了保护。测点主要沿左岸上坝路和下游道路布设，用来监测大坝、尾水厂房、升压站及周边附属建筑物的垂直位移沉降。

2.2设计等要求

2.2.1依据规范规程

1《工程测量规范》GB50026-2007

2《水电水利工程施工测量规范》DLT5173-2012

3《国家一二等水准测量规范》GB/T12897-2006

4《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178-2003

5《西藏波堆水电站外部监测设计报告书》SGBD-2014

2.2.2主要技术指标

注：n为测站数

变形量的正负号与变形方向之间关系的规定

水平位移：向下游为正，向左岸为正，反之为负。

垂直位移：下沉为正，上升为负

3变形监测实施

3.1外部变形观测情况简要说明

监测内容主要包括：水平位移监测基准控制网的复测、垂直位移监测基准控制网的复测、水平位移监测第二期数据采集、垂直位移监测第二期数据采集。水平位移监测和垂直沉降位移监测数据计算，对比以往监测数据，得出结论来了解大坝外部变形的基本规律。水平监测基本网点8个，其中基准点4个，水准沉降位移监测点13个。采用TS50全站仪一台（测角精度0.5＂，标准模式下的测距精度1mm+1ppm）、DNA03水准仪一台（测量精度：每公里往返标准偏差0.3mm）。

内业数据处理采用的软件：徕卡水准网平差软件一套、徕卡变形数据管理及分析系统软件一套、科傻控制测量数据处理通用软件一套。

3.2平面坐标及高程系统建立

平面坐标系统及高程系统均采用假定系统，平面坐标系X轴平行于坝轴线，左岸方向为正向；Y轴垂直于坝轴线，下游方向为正向；平面坐标系统原点为水平位移监测点中的008号点所在的位置分别向右岸和上游平移10000m所得，即008号点发生水平位移前的的初始坐标值为X：10000，Y：10000。

高程系统起始面为坝顶垂直位移监测点所在的平均地面向下平移2793.15m，即坝顶垂直位移监测点所在的平均地面发生垂直位移前的初始高程为2793.15m。

3.3水平位移控制网复测

考虑到对观测精度的影响，监测网型和方案不变的情况下，首先对DJ原料场设立的003号，右岸004号点，左岸002号点，以及大坝下游左岸001号点基准点水平位移监测控制网进行了复测。复测结果如表3.3.1所示

由于《水电水利工程施工测量规范》DL/T5173-2012的标准主要以点位中误差来稀量平面控制网的精度，因此，通过上表的计算结果与规范规定的相应控制网等级相比照，得出计算结果的中误差达到二等平面控制网的精度要求。

3.5沉降监测（沉降位移监测）

沉降变形监测采用严格的二等水准测量标准，主要是以BM07号基点出发，沿大坝上下游的河流两岸成环形布设的测点来进行观测，测出各个监测点的高程，最后平差跟以前所测的初始值对比，推算出本次观测沉降值和累计沉降值，具体的测量路线如下图3.1所示

波堆水电站沉降观测测量路线示意图3.5.1

3.6观测路线和基点校测

水准测量的原理主要是利用水准仪提供的水平视线，来观测两点之间的高差，从而有已知点的高程来推算未知点的高程，经过计算获得沉降值。

根据相关规范及二等水准测量观测顺序的要求确定波堆水电站的水准观测的的顺序为：

往测：奇数站后→前→前→后偶数站前→后→后→前

返测：奇数站前→后→后→前偶数站后→前→前→后

所有测站数必须是偶数结束。前后视距差不得超过1米，累积差不得超过3米。由于基点长时间暴露在外，往往会受到各种外在因素的破坏和影响，为了使观测数据更加精确需对垂直位移监测基准控制网进行了复测。复测结果如表3.6.1所示

如图中所示波堆水电站的水平位移变化量为005号点向下游方向偏移12.2mm，向右岸方向偏移3.3mm，006号点，向下游方向偏16.4mm，向右岸方向偏移0.4mm，007号点向下游方向偏移15.8向右岸方向偏移1.7mm，008号点向上游方向偏移1.3mm，向左岸方向偏移2.8mm。而变化量最大为006号点。结合平面控制网布点位置，我们不难看出沉降量较大的3个点都布设在大坝坝顶下游方向。

波堆水电站垂直位移观测数据采集成果统计表4.2

5结束语

从波堆水电站的水平位移监测成果图4.3和垂直位移监测成果4.4来看，波堆水电站的水平位移、垂直位移变化最大量都出现在了大坝左岸方向，从位移及沉降变化量来看，波堆水电站的位移变化和沉降变化非常小，所有点位的沉降和位移都符合其规律，满足规范和设计等级要求，目前大坝主要受到坝体自重和渗透水压力的影响，个别点位出现了微量的不均匀沉陷，但是对大坝的主体不会造成过大的危害。波堆水电站运行一年来大坝等主要水工建筑物平面位移、垂直沉降位移的变化量都不是很大。但为了保证大坝及其它水工建筑物的安全，应对主要水工建筑物定期检查，及时进行资料分析和评价。对可能会发生破坏的部位和过大变化的部位应密切关注。水电站运行期的安全监测至关重要，为了能更加准确的判断，外部变形监测数据应该和永久性内部观测数据想比较对照，作出综合评判保证大坝安全经济的运行。

参考文献：

[1]《工程测量规范》GB50026-2007

[2]《土石坝安全监测规范》SL551-2012

[3]《国家一、二等测量规范》GB/T12897-2006

作者简介：

刘和平，（1984-），男，甘肃平凉市人，中国水利水电第五工程局西藏波堆大坝安全监测项目部项目经理，工程师，本科，从事大坝安全监测与自动化工作。

王辉，（1984-），男，甘肃通渭县人，中国水利水电第五工程局关刀桥安全监测项目部项目经理，工程师，本科，从事大坝安全监测与自动化工作。