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三里坪水利水電樞紐安全監(jiān)測設計

文檔作者：胡長華，楊定華文檔來源：長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年11月24日
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上一篇：水利水電工程施工安全控制

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第43卷第6期
2 0 1 2年3月
人 民 長 江
Yangtze River
Vo1．43．No．6
Ma／"．， 2012
文章編號：1001—4179(2012)06—0096—04
三里坪水利水電樞紐安全監(jiān)測設計
胡長華，楊定華
(長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司樞紐設計處，湖北武漢430010)
摘要：根據(jù)三里坪水利水電樞紐工程的結構特點和地質條件，安全監(jiān)測設計遵照“突出重點、兼顧全面、統(tǒng)一
規(guī)劃、逐步實施”的總原則，在確保有效監(jiān)控工程安全的前提下，確立了“以變形和滲流監(jiān)測為重點，儀器布置
少而精”的設計思想。將總體結構設計成“一個整體系統(tǒng)，兩個子系統(tǒng)，三大環(huán)節(jié)，二級監(jiān)控”的形式，可確保
工程從建設到運行的各個時期，均能及時、準確地掌握工程安全性狀的演變過程，并向建設及運行單位迅速反
饋有關信息。
關鍵詞：安全監(jiān)測；自動化系統(tǒng)；監(jiān)測設計；三里坪水電站
中圖法分類號：TV697 文獻標志碼：A
三里坪水利水電樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱
壩、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。壩頂高程
420．00 m，最大壩高141．00 m，電站裝機2臺，單機容
量35 MW。工程等別為Ⅱ等，相應攔河壩、電站引水
洞進口等建筑物為2級。電站引水洞、電站廠房、開關
站等建筑物為3級。壩址區(qū)主要巖層為天河板組泥質
條帶灰?guī)r、豆狀灰?guī)r，石龍洞組白云巖、白云巖夾灰?guī)r，
巖體較完整，抗壓強度較高，壩基上游為石牌組砂質頁
巖、粉砂巖。壩址區(qū)巖溶不發(fā)育，巖體透水性弱，斷層
不發(fā)育。
根據(jù)該工程特點，安全監(jiān)測系統(tǒng)設計將按照重點、
一般兩個層次選擇監(jiān)測部位，有針對性地布設各類監(jiān)
測設施；充分考慮當前監(jiān)測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，力求采用
可靠、先進的監(jiān)測手段，及時、準確地掌握建筑物及其
基礎從建設到運行全過程的安全性狀，為分析、評價工
程安全和決策提供可靠依據(jù)。監(jiān)測設計力求做到施工
期與永久運行期監(jiān)測相結合，儀表量測與人工巡查相
結合，人工采集與自動化半自動化采集相結合。監(jiān)測
系統(tǒng)的重點則放在對兩個效應量的監(jiān)測上，即變形和
滲流。
1 安全監(jiān)測的目的
三里坪水利水電樞紐工程安全監(jiān)測以確保各類建
筑物在施工期、蓄水期和運行期的安全為主要目的，同
時兼顧驗證設計、指導施工等需要。
首先，通過對各類建筑物整體狀態(tài)全過程持續(xù)的
監(jiān)測，采集建筑物的變形、滲流、應力應變、溫度變化各
效應量的初始值、基準值和各階段變化過程的數(shù)據(jù)，及
時進行分析與評價。對危及建筑物的不安全因素及時
提出處理措施，為有關部門決策提供依據(jù)。
其次，通過安全監(jiān)測提供的有效數(shù)據(jù)，檢驗設計方
案的正確性，檢驗施工質量是否滿足設計要求。施工
期的監(jiān)測，還可以檢驗施工方法和施工措施是否符合
設計意圖，也可以檢驗某些設計是否符合實際，從而為
改進和完善施工方法和措施，優(yōu)化和完善設計服務，以
達到設計、施工動態(tài)結合及不斷優(yōu)化的目的。
此外，多項目、多功能的長期監(jiān)測實踐，可以為我
國水利水電工程設計標準的改進和監(jiān)測水平的提高提
供依據(jù)。
2 設計原則
根據(jù)該工程結構特點和地質條件，確定安全監(jiān)測
的總原則為“突出重點，兼顧全面，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步實
施”。
選取工程中有代表性的部位作為重要部位(斷
面)，其他部位為一般部位(斷面)。重要部位(斷面)
收稿日期：2012—01—11
作者簡介：胡長華，女，高級工程師，主要從事水電工程的安全監(jiān)測設計工作。E—mail：huchanghua@cjwsjy．COB．Cll
第6期 胡長華，等：三里坪水利水電樞紐安全監(jiān)測設計 97
觀測項目齊全，儀器布置相對集中，對重要的效應量采
取多種方法平行進行觀測。一般部位(斷面)以重要
物理量為主，僅布置少量儀器和測點，以掌握工程的整
體工作狀態(tài)或施工過程中出現(xiàn)的新情況。監(jiān)測項目中
又以變形和滲流為主，應力應變及其他項目為輔。
該工程建設期長達4 a，監(jiān)測系統(tǒng)不可能一次建
成，特別是施工期必須采集的初始資料，不可能等待監(jiān)
測系統(tǒng)完成后才開始采集，因而必須根據(jù)施工計劃和
監(jiān)測規(guī)劃逐步實施。但監(jiān)測系統(tǒng)作為一個有機整體，
必須在工程開始施工前進行統(tǒng)一規(guī)劃。
3 監(jiān)測系統(tǒng)總體結構設計
該工程安全監(jiān)測系統(tǒng)是一個由各建筑物、多種監(jiān)
測項目和數(shù)以百計的監(jiān)測儀器、設備和計算機硬軟件
組成的復雜而龐大的信息采集、管理、分析、評價和反
饋系統(tǒng)。它的總體結構可以概括為：“一個整體系統(tǒng)、
兩個子系統(tǒng)、三大環(huán)節(jié)、二級監(jiān)控，設計單位提供技術
支持，業(yè)主單位決策”(見圖1)。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結構
針對該工程建設期較長，各建筑物分區(qū)布置，運用
相對獨立的特點，將各建筑物分別獨立形成安全監(jiān)測
子系統(tǒng)，以滿足施工期安全監(jiān)測要求；工程完工后，各
安全監(jiān)測子系統(tǒng)將成為整個工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的有機
組成部分，由工程安全監(jiān)控中心統(tǒng)一管理。整個工程
安全監(jiān)控系統(tǒng)共設兩個子系統(tǒng)，從左至右依次是：大壩
子系統(tǒng)、電站子系統(tǒng)。
該工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行可分為3個環(huán)節(jié)：數(shù)
據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、資料分析及建筑物安全度評價。數(shù)
據(jù)采集包括MCU自動采集、人工采集和巡視檢查。數(shù)
據(jù)管理包括對原始數(shù)據(jù)的可靠性檢驗和必要的處理及
存儲管理。資料分析及建筑物安全度評價包括初步分
析其規(guī)律性和合理性，對建筑物安全度作出初步評價。
使用數(shù)學模型，運用多種分析理論，對建筑物的工作性
態(tài)和安全度作出綜合判斷和評價。這3個運行環(huán)節(jié)是
依次進行、相互銜接的。一般來說，前兩個環(huán)節(jié)是由子
系統(tǒng)監(jiān)測站完成的；后一個環(huán)節(jié)是由工程安全監(jiān)控中
心完成的。
工程正常運行的情況下，安全監(jiān)測系統(tǒng)將定期報
告各建筑物運行情況；對危及工程安全的非正常工作
狀態(tài)，會及時向管理部門發(fā)出預警。施工過程中，安全
監(jiān)測系統(tǒng)還將監(jiān)測成果和分析報告送交設計和施工單
位，以便及時優(yōu)化設計或采取必要的措施，確保建筑物
的施工與運行安全。
4 監(jiān)測斷面及測點布置
三里坪水利水電樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱
壩、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。拱壩以監(jiān)測表
面變形、內部變形、基礎變形、滲流、接縫、壩體溫度和
壩體應力應變?yōu)橹?。電站以監(jiān)測進水口邊坡安全、地
下廠房圍巖變形，巖錨梁安全和引水洞結構安全為主。
另外，在左、右岸壩肩布設了少量監(jiān)測設施。
4．1 碾壓混凝土雙曲拱壩
壩體的變形監(jiān)測包括表面變形和內部變形及撓度
監(jiān)測，該工程表面變形采用水平、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)和精
密水準點進行監(jiān)測；壩體內部變形監(jiān)測則采用雙金屬
標、正、倒垂線。橫縫和接縫監(jiān)測也是拱壩的主要監(jiān)測
內容，在壩體混凝土和左、右岸巖石接縫處布設了大量
的基巖變形計和測縫計，另外在5條橫縫上分8～l2
個高程布設了約40支測縫計。在3號壩段和4號壩
段各布設了一個重要監(jiān)測斷面，主要監(jiān)測壩基變形、壩
體變形、滲流壓力、壩體溫度和應力應變等，主要的監(jiān)
測設施有：精密水準點、雙金屬標、正、倒垂線、基巖變
形計、滲壓計、溫度計、七向應變計、二向應變計、鋼筋
計、無應力計等。另外在壩體基礎灌漿廊道、左、右岸
灌漿平洞內還布設了測壓管、量水堰等，用來監(jiān)測壩體
滲流和滲漏量。
4．2 引水發(fā)電系統(tǒng)
在進水口邊坡和引水隧洞各布設了1個監(jiān)測斷
面，主要監(jiān)測邊坡的內部變形和引水隧洞的滲流壓力。
地下廠房是引水發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測重點，在主廠房、副廠
房和安裝場共布設了4個監(jiān)測斷面，主要監(jiān)測巖錨梁
變形、圍巖和接縫變形、滲流、錨桿應力等。引水發(fā)電
系統(tǒng)主要的監(jiān)測設施有：精密水準點、測斜管、多點位
移計、測縫計、收斂計、錨桿應力計和滲壓計等。
4．3 左、右岸壩肩
在左壩肩1號和2號抗剪洞內布設了應變計、無
應力計和測縫計，監(jiān)測抗剪洞混凝土的應力應變、分縫
及接縫變化情況，共約30個各類測點。在右岸300～
345 m高程下游壩肩的地質缺陷處理區(qū)，選擇4根錨
98 人 民 長 江
索進行錨固力監(jiān)測，共4臺錨索測力計。
5 監(jiān)測系統(tǒng)自動化設計
5．1 組成與結構
工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)是一個大的信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，
采用二級監(jiān)控、一級決策和技術支持的分級結構模式，
系統(tǒng)層次分明，各級任務明確，便于進行操作、管理和
統(tǒng)一調控。整個系統(tǒng)由大壩監(jiān)測子系統(tǒng)和地下電站監(jiān)
測子系統(tǒng)組成，采用開放型分層分布式智能化網(wǎng)絡結
構。整個系統(tǒng)分為兩個監(jiān)控層次：第1層監(jiān)控是將分
布于大壩和地下電站的各類傳感器就近引入相應的
MCU(測量控制單元)，由測量控制單元進行第1級監(jiān)
控；第2層監(jiān)控是將分布于各部位的MCU接人工程安
全監(jiān)控中心，由安全監(jiān)控中心進行第2級監(jiān)控(見圖
2)。
]
圖2 自動化系統(tǒng)結構
5．2 監(jiān)測項目及測點選擇
工程安全監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋了各建筑物及其基礎，項
目多而雜。對于接入自動化系統(tǒng)的監(jiān)測儀器，首先應
力求少而精，突出重點斷面(部位)的監(jiān)測項目和測
點，并確保這些項目和測點能實時監(jiān)測，長期可靠運
行。其次要求在關鍵斷面(部位)能夠采集到足夠的
重要信息，以便建立安全監(jiān)控模型。
按照目前國內國際公認的“以變形和滲流監(jiān)測為
重點，適當?shù)呐渲靡恍儨y點”的原則或思路，
并根據(jù)該工程監(jiān)測設施具體布設情況，初步考慮將大
壩和電站的重點監(jiān)測斷面(部位)和可實現(xiàn)自動化測
量的全部變形監(jiān)測儀器、滲流監(jiān)測儀器和約1／3～1／2
的應力應變監(jiān)測儀器接入自動化系統(tǒng)?？紤]到左、右
岸壩肩不是監(jiān)測的重點，因此這兩個部位的監(jiān)測設施
不進入自動化系統(tǒng)，這樣既能突出關鍵項目和測點，又
能有效控制自動化系統(tǒng)的規(guī)模。經(jīng)比選研究，擬接入
自動化系統(tǒng)的監(jiān)測儀器主要有以下幾種：
(1)變形監(jiān)測儀器。雙金屬標儀、垂線座標儀、傾
斜儀、多點位移計、基巖變形計等。
(2)滲流滲壓監(jiān)測儀器。滲壓計、測壓管、量水堰
計。
(3)應力應變監(jiān)測儀器。無應力計、溫度計、測縫
計、鋼筋計、錨桿應力計及應變計等。
5．3 監(jiān)測設施
(1)第1層監(jiān)控設施。第1層監(jiān)控設施由分布于
大壩和地下電站的各個MCU和接入MCU的傳感器組
成。大壩部位配置8臺MCU，接入的儀器包括垂線座
標儀、滲壓計、基巖變形計、測縫計、鋼筋計、裂縫計、溫
度計、應變計、無應力計等。地下電站部位配置4臺
MCU，接入的儀器包括多點位移計、錨桿應力計、錨索
測力計、滲壓計、測縫計等。
(2)第2層監(jiān)控設施布置。第2層監(jiān)控由安全監(jiān)
控中心來實現(xiàn)，監(jiān)控中心由2臺監(jiān)控主機、1臺激光打
印機、1臺復印機、2臺刻錄機、2臺UPS電源、2臺防
雷擊隔離電源、2臺網(wǎng)絡適配器、1套監(jiān)控管理軟件組
成。安全監(jiān)控中心主要功能包括管理整個安全監(jiān)測系
統(tǒng)的圖紙與文件，以及所有的儀器、儀表資料；控制和
接收各MCU傳送來的信息，并且按照不同的監(jiān)測項目
進行分類管理；根據(jù)資料繪制各種圖形，編制表格，并
進行管理；對工程性狀進行分析，提供整個工程定期的
安全監(jiān)測月報、年報，以及汛期及異常情況下的日報或
緊急報告等。
6 結語
安全監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測建筑物及其基礎、邊坡、洞室
運行狀態(tài)和工程安全狀態(tài)的耳目，可為業(yè)主提供決策
依據(jù)。建立一個可靠、高效能實時分析、快速反饋的安
全監(jiān)測系統(tǒng)，是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及多個專業(yè)和
學科，需要統(tǒng)籌考慮、精心設計，以使監(jiān)測系統(tǒng)的總體
結構優(yōu)化、布置方案合理。該工程的安全監(jiān)測設計，遵
照“突出重點、兼顧全面、統(tǒng)一規(guī)劃、逐步實施”的總原
則，在確保有效監(jiān)控工程安全的前提下，確立了“以變
形和滲流監(jiān)測為重點，儀器布置少而精”的設計思想，
經(jīng)過分建筑物、分部位、分項目的反復比較和精心研
究，建立起一套集中、精簡、高效的安全監(jiān)測系統(tǒng)。該
系統(tǒng)既有監(jiān)視工程安全的靈敏“耳目”，又有分析判斷
工程安全程度的智能“頭腦”，它將在工程施工中逐步
建立、逐漸完善，運行水平將日趨提高，對三里坪水利
水電樞紐工程的安全運行必將發(fā)揮重要作用。
(編輯：徐詩銀)
第6期 胡長華，等：三里坪水利水電樞紐安全監(jiān)測設計 99
Safety monitoring design of Sanliping Hydropower Project
HU Changhua，YANG Dinghua
(Department of Hydraulic Complex Design，Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China)
Abstract： According to the structural characteristics and geological conditions of Sanliping Hydropower Project，following the
general principles of highlighting the key points，considering all— round aspects，comprehensive planning and implementing in
step，the safety monitoring scheme is designed．The design idea focusing on deformation and seepage monitoring by less and well
— equipped devices is determined．The overall structure is designed in the form of”one whole system
，
2 subsystems，three links
and two levels monitoring” to master evolutionary process of safety state timely and correctly
， and provide relevant information to
the owner in the period of construction and operation．
Key words： safety monitoring；automation system；monitoring design；Sanliping Hydropower Project
(上接第8s頁)
O ptim ization design of installation schem e of bridge crane
of Sanliping underground powerhouse
ZHOU Jie
(No．2 Engineering CO．，Ltd，Gezhouba Group，Chengdu 610091，China)
Abstract： In the installation of bridge crane of Sanliping underground powerhouse，in the light of the powerhouse eharacteris—
tics and referring to the exper．ience J：~om other projects，2 installation schemes are prepared：installation by truck cranes；aran—
ging coresponding anchor cables and lifting devices on top arch in powerhouse excavation coordinated by ground hoists．Through
comparing advantage and disadvantage of 2 schemes，the scheme of installation by truck cranes was determined． The detailed
scheme of transport way，installation schedule，installation optimization was designed．The reasonable installation scheme guaran—
teed smooth bridge crane installation．The load test of the bridge crane after installation shows that the installation quality meets
the design requirement and the bridge crane is safe and convenient in operation．
Key words： underground powerhouse；bridge crane；truck cranes；scheme optimization；Sanliping underground powerhouse
(上接第92頁)
Debugging of computer monitoring system of Sanliping Hydropower Station
GUO Ronghao，SONG Shifeng，MENG Dexue
(Fangxian county Hydropower Development Co．，Ltd，Hubei Energy Group，F(xiàn)angxian 442100，China)
Abstract： Compared with other large hydropower stations in China，in spite of the simple stru cture and the less equipment，the
computer monitoring system of Sanliping Hydropower Station can still fully reflect the functions and characteristics of the system
based on the programmable logic controller(PLC)．The basic components and functions of the computer monitoring system of
Sanliping Hydropower Station are introduced，so are the debugging items and debugging process of the system during the construc—
tion period．Meanwhile，the reasonable and standard testing methods are discussed，and the feasible solutions to the problems oc—
cu~ed in the debugging process are also summarized．
Key words： computer monitoring system ；system debugging；operation monitoring；Sanliping Hydropower Station

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