蓬辣滩水电站船闸变形监测存在问题分析及完善处理

蓬辣滩水电站船闸变形监测存在问题分析及完善处理
发布时间：2023-05-05T06:31:05.133Z 来源：《福光技术》2023年5期作者：樊振宏
[导读] 本文介绍蓬辣滩船闸变形监测的方法，分析设计和运行中存在的问题及解决措施。

广东能源陆河蓄能发电有限公司广东陆河 516700
摘要：蓬辣滩水电站由于各种原因未按设计要求安装大坝安全监设备设施，原业主梅雁水电股份有限公司于2006年将蓬辣滩水电站100%产权转让给广东省粤电集团有限公司。

自粤电集团接管后，逐步完善各项大坝安全监控手段，本文介绍蓬辣滩船闸变形监测的方法，分析设计和运行中存在的问题及解决措施。

关键词：船闸；变形；监测；蓬辣滩水电站
1 概况
广东梅江蓬辣滩水电站（杨桃坪坝址）位于广东省大埔县三河镇杨桃坪，是梅江干流规划的四个梯级中的第四级。

枢纽是以发电为主，兼顾航运、旅游、养殖等综合利用的水电工程。

蓬辣滩水电站装机容量4.4万千瓦，属Ⅱ等工程，枢纽永久性主要水工建筑物为3级建筑物，水库总库容1.32亿立方米，水库正常蓄水位49米，属低水头径流式电站。

水电站建筑物由左岸土坝段、左岸重力坝段、船闸段、泄水闸段、厂房段、右岸重力坝段及右岸土坝段组成，设计全长612.8米。

船闸为单线一级船闸，航道级别为Ⅵ级（远期为Ⅴ级），船闸闸室有效尺寸120米×15米×2.2米（长×宽×门槛水深），可通过船舶吨位为100吨（远期300吨）。

2 监测方案
2.1 原船闸监测设计
蓬辣滩水电站在2003年主要建筑物全部竣工后，由于各种原因未按设计要求安装大坝安全监测设施，为了及时掌握大坝、船闸等水工建筑物的工作性态，2008年进行了安全监测的补充设计。

设计初阶段，船闸部分的变形监测初步定为采用自动化方式进行监测，其中水平位移采用引张线法监测，垂直位移采用静力水准法监测。

在船闸闸室右侧闸墙顶设置1条引张线，在闸室每区段墙顶中间各设置1个测点，共5个测点，在引张线上游端设置1条倒垂线、下游端设置1个双标倒垂作为校核基点；在船闸闸墙顶设置7个垂直位移测点，利用船闸下游端安装的双标倒垂当作水准基点来进行监测；双金属管标采用双标仪自动监测。

2.2 方案变更
根据船闸的通航等级，闸墙顶设计高程为51米，与20年一遇洪水的下游水位基本持平，因此存在自动化监测设备易淹没的问题，基于防洪等级以及其它方面的考虑，最终把自动化监测改为人工监测。

水平位移采用前方交会法进行监测，在闸室每区段墙顶中间各设置1个测点，左右闸墙共14个测点，工作基准点及校核基准点设置在左岸山坡坚实地方。

垂直位移用水准法来进行监测，在所有的水平位移监测点旁均设置1个垂直位移监测点，共14个测点，在船闸左岸设置1个双金属标兼作起测基准点和水准基点。

船闸变形监测于2009年开始进行，水平位移变形点按二等水平位移观测技术要求和精度进行监测，垂直位移按一等水准测量技术要求和精度进行监测，监测频率均为每月1次。

3 简要分析
3.1 水平位移
水平位移变形的规律从数据上看并不明显，但无较大突变和持续递增、递减现象。

分析其主要原因，一是监测基准点布置在左岸山体原状土，未布置在更为坚实的岩体上；二是基准点均在测点的左岸，受地形限制，三个基准点组成三角形的内角达不到规范规定的不小于30°；三是测量所用的徕卡TCA2003全站仪对湿度和光照度等环境因素敏感，导致测量时间长、测量期间温差大。

由于上述原因，基准点联测进行基点校核时发现，基准点的变形量超过了船闸测点的变形量，以变形量大基准点去校测变形量小的测点，测得的结果不具有参考价值。

3.2 垂直位移
⑴垂直位移的过程线呈明显的年周期性变化，各测点位移值的历史最大值和最小值分别发生在2011年2月与2012年7月份；
⑵在空间分布上两侧相对应的测点年变幅右侧变化大于左侧，但位移值则左侧大于右侧。

在横向分布中，下游侧测点年内变幅略大于上游侧测点；
⑶所有测点的过程线线型均比较相似，波峰和波谷出现的时间基本一致，同步性较好；
⑷所有测点垂直位移与气温呈现出较好的相关性，表现为气温上升时抬升，气温下降时下沉；
⑸水位变化对垂直位移的影响不是很显著。

4 改造方案设计由于受枢纽周边的地形影响，无法再寻找更合适的水平位移基准点位置，因此将原设计方案采用引张线法进行监测的思路重新进行设计，利用引张线和倒垂线，对船闸导墙水平位移进行监测，其中以倒垂线为基准，与引张线共同组成绝对位移监测系统进行船闸的水平位
移监测。

4.1 倒垂线
船闸引张线监测到的水平位移结果，仅仅为相对位移量，要获得船闸导墙的绝对位移，则还需要增加倒垂线，倒垂线布置在船闸右上、右下两个闸首内。

倒垂线主要包括浮体组、垂线、监测平台、锚固点等，倒垂线安装在倒垂孔里，倒垂孔内埋设直径168毫米、厚6毫米的专用地质无缝钢管，倒垂线是水平位移监测的基准，倒垂孔的造孔技术要求很高，入岩深度原则上应深入基岩10米以上，每钻进0.5～1米时用浮桶式测斜仪测斜一次。

倒垂线线体采用直径1.2毫米的高强度不锈钢钢丝，安装在倒垂线孔保护管内，一端锚固于管底，另一端连接浮体，浮筒采用浸没式不锈钢浮筒；在孔口处安装不锈钢倒垂浮体组支架，分三层安装支架，从上到下依次安装倒垂线浮体组、RZ-S型电容式双向遥测垂线仪、MZ-1型垂线瞄准仪。

4.2 引张线
引张线布设在船闸右闸墙靠泄水闸侧，共计7个测点，测点位置与导墙原有变形观测点位置相对应。

引张线测点墩采用混凝土浇筑，其顶面高出闸墙顶0.1米，墩上放置引张线仪测点箱，箱内安装水箱和浮船等。

引张线线体采用直径1.2毫米的高强不锈钢丝，用镀锌钢管进行保护；传感器电缆、电源及通信电缆等均用镀锌钢管进行保护。

引张线仪是船闸导墙变形自动观测的关键设备，由于变形观测要求精度高，且其运行环境条件差（高湿度或高温），因此要求测量仪器的结构必须简单、易于维护，且能在潮湿环境中长期稳定地工作。

目前国内外有电容式、电磁式、光电式（CCD）、步进电机光电跟踪式等遥测设备，基本可分为光电式、感应式与机械式三种，此次选用电容式引张线仪作为引张线系统的自动监测仪器，该仪器精度高、长期稳定性好，具备良好的防潮、防尘、防霉、防腐蚀能力。

4.3 系统连接
船闸上右闸首二楼安装1台DAU（编号：DAU07）和2块NDA1705模块，接入包括7个引张线测点和2个倒垂线测点的变形监测传感器，并充分利用已有的监测分析软件，在“NARI DSIMS V4.0”大坝安全信息管理网络系统基础上，创建新增测点并进行功能升级。

前文提到船闸自动化监测设备存在易淹没的问题，二期改造时将浸水不可恢复的数据采集模块、电源模块等布置在更高的船闸上右闸首二楼，而其他设备设施如浸水后相对容易恢复，此方法解决了易淹没的问题。

5 改造后水平位移监测数据成果分析从系统投运以来，采集到五年的数据进行分析，主要分析成果如下：
⑴闸室右侧闸墙顶位移与闸首没有呈明显的年周期性变化，各测点垂直位移与闸室内水位呈较好的相关性，气温的影响不是很显著；
⑵在空间分布上闸墙顶两端相对应的测点变幅小于中间，下闸首的测点变幅大于上闸首，其中两个闸首上下游位移变幅小于左右岸位移；
⑶所有测点的过程线线型均比较相似，波峰和波谷出现的时间基本一致，同步性较好；
⑷闸墙顶各测点水平位移与闸室内水位呈较好的相关性，表现为闸室满水时张开，空闸时往闸室中心闭合，张开量通常小于2mm；
⑸汛期日变幅通常小于枯水期，主要原因是枯水期下游水位较汛期低，从船闸冬季检修时闸室长时间把水抽空时，也能看出下游水位对闸室变形的影响，变幅通常小于1mm。

6 结语
从最初设计到二次改造，蓬辣滩水电站船闸部分的监测设施最终得以完善，也给船闸的安全运行提供了数据层面的分析依据。

蓬辣滩水电站建立船闸部分监测设施的思路和过程，可为其它类似工程提供一些参考。

参考文献：
[1]刘敏，宋鹏，刘洪.蓬辣滩水电站大坝安全监测系统技术改造设计[J].广东水利水电，2015（03）：48-51.
[2]DB45/T 2278.1-2021.船闸监控与信息系统技术规程[S].。