乐昌峡水利枢纽安全监测系统设计思路与要点研究

设计施工　水利规划与设计　２０１３年第５期　

乐昌峡水利枢纽　

安全监测系统设计思路与要点研究　

王盛　刘平　

（１．广东省水利电力勘测设计研究院　广东广州　５１０６３５；　２．广东省乐昌峡水利枢纽管理处广东乐昌　５１２２００）　

【摘要】　本文根据乐昌峡水利枢纽工程安全监测设计成果和实施效果，提出在类似工程安全监测设计中，针对　碾压混凝土重力坝、地下厂房、输水系统和滑坡体的监测设计思路和主要监测项目。论述了碾压混凝土重力坝位　移与扬压力监测、大坝应力应变及温度监测、滑坡体监测和监测自动化系统防雷接地等设计要点。描述了采用较　先进的光纤测温技术和ＧＰＳ水平位移测量技术进行的碾压混凝土重力坝光纤测温监测和滑坡体表面位移ＧＰＳ监　测的设计布置与实际监测效果。　【关键词】　乐昌峡水利枢纽碾压混凝土重力坝滑坡体安全监测系统　【中图分类号】ＴＶ２２　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１６７２。２４６９（２０１３）０５．００８１．０４　［ＤＯＩ编码】　１０．３９６９８．ｉｓｓｎ．１６７２．２４６９．２０１３．０５．０２６　

１　概述　

乐昌峡水利枢纽工程位于广东省北江支流武　

江乐昌峡河段旧塘角火车站附近，下距乐昌市　１４ｋｍ，韶关市８１．４ｋｍ，是以防洪为主、结合发电，　

兼顾航运、灌溉等综合利用的枢纽工程。该工程为　ＩＩ等大（２）型工程，主要由碾压混凝土重力坝、　

地下发电厂房及输水系统等建筑物组成，枢纽主要　建筑物级别为２级。拦河坝为碾压混凝土重力坝，　坝顶高程１６４．２ｍ，最大坝高８４．２ｍ，坝顶长２５６．０ｍ，　

河床中央布置５孔溢流坝总长７８．０ｍ，左岸非溢流　坝段长９６．０ｍ，右岸非溢流坝段长８２．０ｍ。发电厂　

房布置于大坝左岸山体内，为地下厂房，厂内安装　

３台单机容量为４４Ｍｗ的水轮发电机组。　乐昌峡水利枢纽工程安全监测范围主要包括　

碾压混凝土重力坝、地下厂房、输水系统等枢纽　建筑物及库区三个滑坡体，即鹅公带、松山子、　半岭。监测系统设计完善合理，技术先进实用，　

在枢纽工程施工期、蓄水期和最近的运行期都达　到了很好的监测效果，满足了工程需要。本文根　

据该工程安全监测设计成果和实施效果，提出在　

类似工程安全监测设计中，针对碾压混凝土重力　坝、地下厂房、输水系统和滑坡体的监测设计思　

路和主要监测项目；着重论述了碾压混凝土重力　

坝位移与扬压力监测、大坝应力应变及温度监测、　滑坡体监测和监测自动化系统防雷接地等设计要　

点；描述了采用较先进的光纤测温技术和ＧＰＳ水　平位移测量技术进行的碾压混凝土重力坝光纤测　温监测和滑坡体表面位移ＧＰＳ监测的设计布置与　

实际监测效果。　

２　安全监测设计思路及主要监测项目　

乐昌峡水利枢纽工程安全监测设计遵循如下　思路：１）以监测各建筑物及滑坡体的安全为目的，　

监测方法以自动监测为主，同时保留人工监测方　式。２）监测断面和测点的选择布置首先考虑地质　

和结构复杂的特殊部位，其次是最高坝段或有代　

表性的部位，同时兼顾分布的均匀性。３）安全监　测自动化系统需遵循实时性、可靠性、接口适应　

性（实用性）、先进性、开放性（可扩展性）、易　维护、对恶劣环境的适应性、防雷及抗电磁干扰、　

冗余设计等原则。各主要建筑物及库区滑坡体监　测项目见表１。　

３　碾压混凝土重力坝位移与扬压力监测设　

计要点　

乐昌峡碾压混凝土重力坝最大坝高８４．２ｍ，　

其水平位移监测包含坝顶水平位移和坝基水平位　

作者简介：王盛（１９７５年一），男，高级工程师。　．８１　．

　设计施工　水利规划与设计　２０１３年第５期　

表１　乐昌峡水利枢纽工程主要建筑物及滑坡体监测项目　

监测对象　监测项目　碾压混凝土　巡视检查；水平与垂直位移监测、坝基扬压力监测、坝体渗透压力监测、绕坝渗流监测、坝体应力应变　重力坝　监测、坝体温度监测、坝体接缝监测、渗漏量监测；　巡视检查；主副厂房及主变室的围岩变形监测、岩锚吊车梁与围岩间隙监测、锚杆应力监测；蜗壳的钢　地下厂房　筋和钢板应力监测、钢板与混凝土缝隙监测、温度监测；集水和排水廊道的渗流量监测；　输水系统沿线地下渗流场监测；进／出水口水位监测；引水隧洞、尾水隧洞段的混凝土衬砌与围岩间缝隙　输水系统　监测、钢筋应力监测：引水钢管段的钢板与混凝土衬砌间缝隙监测、混凝土衬砌与围岩间缝隙监测、钢筋和　钢板应力监测；　鹅公带、松山子、　半岭滑坡体　巡视检查；表面水平位移与垂直位移监测、滑坡体内部水平位移监测、渗流监测、降雨量监测。　

移两部分：在坝项设置１条引张线，于每个坝段　

各设置１个测点；左右两岸坝头各设置１条倒垂　

线作为校核基点；引张线采用自动化监测方式，　

人工直接读数比测。在坝体灌浆廊道内共设置３　条倒垂线监测坝基水平位移，倒垂线采用遥测坐　

标仪自动监测，并用垂线瞄准器进行人工比测。　垂直位移监测也包含坝顶位移和坝基位移　

两部分：在坝顶设置１套静力水准系统，于每个　坝段设置１个测点；左右两岸坝头各设置１个双　

金属标作为校核基点；静力水准测点利用静力水　准仪进行自动化监测，并在每个测点附近设置１　个水准标点，利用精密水准仪进行人工比测。在　

坝体灌浆廊道内每个坝段设置１个测点监测坝基　垂直位移，利用精密水准仪进行监测，且设置３　

个双金属标作为校核基点。　

坝基扬压力监测：设置１个监测纵剖面，每　个坝段设置１根测压管，并放置１支渗压计进行　

自动化监测；设置３个坝基扬压力监测横断面，　

每个断面布置４支渗压计；采用水位测深仪进行　人工比测。　

乐昌峡碾压混凝土重力坝位移监测与扬压力监　

测以自动监测为主，自动监测与人工监测相结合，　监测设计总体布置合理，实测施工期、蓄水期及运　

行期数据均符合一般规律，能满足工程需要。　

４　碾压混凝土重力坝应力应变及温度监　

测设计要点　

乐昌峡安全监测系统针对碾压混凝土坝的　

大体积混凝土布置有常规温度、应力应变监测项　

目，共设３个监测断面，分别为溢流坝段１个断　

面、重力坝段（底孔坝段）１个断面（参见图１）　

和重力坝段（非底孔坝段）１个断面。　

其中温度计按网格布置，网格间距约ｌＯｍ。　

．８２　．　溢流坝段监测断面布置１１支温度计、ｌ组５向应　

变计、３组３向应变计、１支无应力计和７支应　

力计；重力坝段（底孔坝段）监测断面布置２４　

支温度计、４组５向应变计、３组３向应变计、４　支无应力计和１０支应力计；重力坝段（非底孔　

坝段段）监测断面布置１２支温度计、４组５向应　

变计、３组３向应变计、４支无应力计和ｌ０支应　

力计。这些传感器在大坝施工期所测得的应力应　

变及温度数据表明该监测方案具有较高的可靠　

性，反映了施工期间坝体混凝土内部温度场的分　

布规律，为混凝土性能分析，施工质量的管理提　

供了科学依据。　

为满足快速筑坝温控防裂的需要，在夏季高　

温时段的大体积混凝土浇筑期间，大坝温度监测　

增设了分布式光纤温度监测系统。此系统为线式　

温度监测，实际操作时首先依据点式温度计所得　

的温度数据进行对比校正，校正后形成光纤经过　

处各点温度数据，再将所得数据扩展形成大坝水　

平横断面甚至大坝三维温度监测图。　

测温光纤设计布置于非溢流坝段大体积碾压　

混凝土施工的相应高程段，共分六层布置，每层　

间隔６ｍ，每层采用Ｓ形４ｍ间隔铺设，在光缆拐　

角处或改变仓面时需保证光缆弯曲半径大于　

１５０ｍｍ。测温光缆要求具有一定的抗压和抗拉强　

度，在上一层混凝土碾压结束后新一层混凝土尚　

未铺摊之前，在仓面上根据埋设的线路挖槽（宽　

１５ｃｍ深８ｃｍ），在槽内平铺光纤再回填不含粗骨　

料的混凝土。　

根据实测数据，分布式光纤监测系统实测大　

坝混凝土温度数据能够准确地反映浇筑面中混凝　

土实际温度状态，数据具有较高的可靠性，能正　

确反映混凝土浇筑层面温度的变化规律。

　设计施工　水利规划与设计　２０１３年第５期　

坝体温度、渗压及应力应变监测布置　坝体光纤测温监测布置　

图１　坝体典型横断面安全监测布置示意图　

５滑坡体监测设计要点　

各滑坡体均布置监测纵断面和监测横断面，每　个断面设置３个监测点，部分监测点为纵断面和横　

断面共用。每个测点监测项目包括坡面水平位移监　

测、坡面垂直位移监测、深层水平位移监测、地下　

水位监测。坡面水平位移采用前方交会法进行监测，　

坡面垂直位移采用水准法进行监测，深层水平位移　

采用活动测斜仪进行监测，地下水位采用测压管监　

测。另在各滑坡体地下水出流汇集处设置量水堰进　行渗流量监测，并在滑坡体适当位置设置翻斗式雨　

量计进行雨量监测。　

在工程实施过程中，为满足滑坡体的实时监测　

需要，考虑到本工程三个滑坡体均为“牵引式”滑　坡体，设计在每个滑坡体的最前端测点的测斜管内　

增加布置固定式测斜仪进行实时监测。该前端测斜　

管作为滑坡体深层水平位移监测的代表，若该管数　

据出现异常，则对所在滑坡体其它测斜管立即进行　人工活动测斜仪监测，否则对其它测斜管仅采用定　

期人工监测。　根据工程现场实际情况，因各滑坡体采用传统　

光学测量方法进行表面水平位移监测实施难度很　

大，工程补充设置了各测点ＧＰＳ静态测量系统，即　采用原装进口卫星天线接收机一体机进行表面水　平位移监测。根据设计要求，施工采用了ＧＮＳＳ变　

形监测技术，共投入８台天宝ＧＰＳ接收机进行静态　数据采集：其中６台在各滑坡体的监测测点进行采　集，结束后再移动到其它测点采集；另外２台固定　

布置在基准点不间断地进行静态数据采集，以保证　

基准点与测点有同时段的静态数据。ＧＰＳ监测方式　实测效果良好，以２０１２年５月和７月两次监测数　据为例，滑坡体表面水平位移介于一３．２～５．６ｍｍ之间，　

位移绝对值的平均值为１．６７ｍｍ，变化不大，与同　时期滑坡体测斜管测斜未发生大的位移情况相符。　

６监测自动化系统防雷接地设计要点　

乐昌峡水利枢纽工程建于山区，雷电活动频繁，　

安全监测系统大部分布置于野外，自然就成了易受　雷击的对象。故在乐昌峡安全监测自动化系统设计　

中采取了一系列的防雷措施以保证系统的防雷安　全：１）将系统与枢纽地网可靠连接，在安装数据　采集装置的部位设置连接接地网的接地点。２）在　

传感器电缆上加避雷装置，将传感器电缆接入避雷　装置后再接入ＭＣＵ。３）对所有暴露在外的电源电　

缆、信号电缆、通讯电缆均采用钢管保护，起到屏　蔽防雷作用；为减小系统接地电阻，增强系统的防　雷抗干扰能力，钢管之间采用焊接方式连接保证电　

流导通；电缆保护钢管尽量敷设在沟内或埋入地面　

．８３　．