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大坝安全监测解释及介绍

时间:2009-09-24 14:16来源:监测人 作者:监测人 点击:次
大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程(如大坝、溢洪道、水闸、隧洞、渡槽、地下洞室、电站建筑物等)主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察;“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测,也包括对建筑物外
  

大坝安全监测

一、安全监测的目的

大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程(如大坝、溢洪道、水闸、隧洞、渡槽、地下洞室、电站建筑物等)主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察;“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测,也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。

水利水电工程安全监测的目的在于:

(1)监视工程安全

通过安全监测,可以及时获取第一手资料,评价水利水电工程的安全状况,实现对工程的在线、实时安全监控,并为实施安全预警和制定应急预案提供基础。

(2)服务工程效益

通过安全监测,可以及时了解和掌握水利水电工程的工作性态,发现工程的异常迹象,制定工程的控制运行计划和维护改造措施,为充分发挥工程经济效益提供技术服务和安全保障。

(3)检验设计和施工

通过安全监测,可以认识水利水电工程监测效应量的变化规律,对基本理论、设计方法、计算参数等作出验证,对施工措施、材料性能、工程质量等作出验证。

二、安全监测的意义

我国是水利水电工程大国,已经建成各类水利水电工程不计其数;截至2006年,仅各类大坝就达到8.7万余座。但是,由于人们对自然力量(如洪水、地震等)、材料性能(如材料力学指标、老化病害等)、结构机理(如建筑物失稳机理、超载能力等)、施工控制(如混凝土温控、填筑密实度等)以及人为损坏(如运行疏忽、恐怖袭击等)等影响水利水电工程安全的因素认识尚不充分,加之许多工程运行年龄已达30~50年,一些工程甚至已经超过设计服役年限,导致部分工程处于带“病”状态运行,存在严重的安全隐患,甚至失事。以大坝为例,一些调查资料显示,我国20世纪50年代建设的大坝中,不少大坝已成为陷入危境的“病坝”或“险坝”,大坝失事事件也时有发生。1975年8月8日,河南板桥水库大坝溃决,沿坝址汝河下游两岸,宽约10km、长约60km的农村和遂平县城均遭毁灭性破坏,京汉铁路中断数十天;1993年8月27日,青海沟后水库大坝失事,导致200多人死亡,直接经济损失数亿元。据统计,我国总溃坝率达3%,其中中小型大坝的溃坝率达4%,溃坝率高居世界前列。根据水利部和国家电监委最近10余年来对所属水利大坝和电力大坝的定期安全检查结果,发现40%的水利大坝是病坝或险坝;电力大坝安全状况略好,也仍存在多座病坝或险坝。因此,我国大坝安全问题比较突出,安全形势不容乐观,建立、健全和发展水利水电工程安全监测体系十分必要,也十分迫切。

安全监测犹如水利水电工程的“医生”,是工程安全的耳目。在水利水电工程安全监测中,有两个典型的实例:法国马尔巴塞(Malpasset)拱坝的失事和瑞士苏济尔(Zeuzier)拱坝的修复。

法国马尔巴塞拱坝于1959年12月2日突然溃决失事。马尔巴塞拱坝坝体内未埋设监测仪器,仅在坝下游面横缝F、H、J、L等不同高程处设置了28个位移观测点,通过大地测量法,每年进行一次位移观测。从开始蓄水到大坝失事,分别于1955年9月(库水位79.95m)、1956年7月(库水位83.85m)、1958年7月(库水位87.30m)和1959年7月(库水位94.10m)共进行了4次观测。从仅有的四次观测成果来看:前三次观测成果正常,测点位移与库水位大致成正比;第四次实测位移偏大,超出了正常范围,且在中央悬臂梁的底部,测点的水平位移普遍增大约10mm,横缝F底部达到16mm,并有7mm的切向位移。同时,实测值与计算值的比值,在坝体中上部54m~102m高程处基本一致,在坝基处则相差较大,在横缝H、J处实测值比计算值大3倍,而横缝F处大5倍。由于大坝管理者监测间隔时间过长,失事前未及时对实测资料进行认真的分析,且未接到设计部门提供的安全监控标准,也未将观测成果及时反馈给设计部门,因此观测成果所反映出的坝底部位移异常的情况未引起各有关方面应有的重视,丧失了有可能避免大坝失事的机会。

瑞士苏济尔拱坝于1957年蓄水,该拱坝布置了比较齐全的监测设施,并进行了基本上每月1次的长期观测,监测资料也进行了及时的整理和分析。大坝正常运行21年后的1978年12月,在例行观测检查时发现坝体变形出现异常情况:坝体沉陷110mm,坝顶弦长缩短60mm,库满状况下坝体垂线径向水平位移却偏向上游,坝体下游面形成周边型裂缝。业主对此深感不安,立即决定将库水位降至最低水位,并报告瑞士联邦水利局,组织专家组对该拱坝的安全状况进行全面检查。专家组一方面要求业主加强坝的安全监测,增加监测项目,加密监测测次;另一方面对已有的监测资料作更为系统细致的分析,对出现异常变形的种种可能原因进行判断。专家组在查找异常变形原因时,首先根据观测资料排除了观测误差和坝体异常温度的可能性,之后还曾考虑过其它各种可能,如地壳构造运动、火山活动、软岩层的潜蚀等。最后结合大范围的巡查,发现真正的原因是公路部门在距左坝肩1400m、坝以下400m处所打的一个公路探洞的影响。该探洞穿过了与坝下地层相连的灰岩底部含水层,使岩层迅速脱水,应力重新分布,从而引起岩层裂缝、断层压缩和坝体下沉。从监测资料来看,坝的位移异常值与探洞排水量增长趋势极为相似,洞的掘进停止和渗漏稳定后,坝体异常变形也趋于稳定。同时,河谷下沉的形状和土壤中排水所产生的情况很相似。在查找出原因后,专家组还对坝进行了应力分析,并制定了切实可行的修复加固方案,于1980~1984年分三个阶段完成。水库重新蓄水工作在严格计划和严密监测的基础上,分六个阶段历时6年完成,现该坝运行状况良好。

从马尔巴塞拱坝的失事成为“监测作用未得到发挥”的反面教材,到苏济尔拱坝的修复成为“监测作用得到充分发挥”的经典范例,清楚地反映出了安全监测在确保水利水电工程安全中的意义。

监测犹如工程“医生”,是工程安全的耳目,对工程实施安全监测是必要的。马尔巴塞拱坝布置的安全监测设施很少,无法利用监测设施及时地发现或全面地反映出坝体及坝基出现的异常情况;苏济尔拱坝则安装埋设了比较齐全的监测仪器,利用这些监测仪器,及时地发现了坝体出现的异常变形常情况,避免了坝的失事。

马尔巴塞拱坝布置的安全监测设施很少,有限的监测设施没有进行连续观测,监测资料未得到及时的分析,更谈不上利用实测资料对大坝的结构性态作出评价和监控,以至异常情况未得到及时发现,最终酿成灾难性的后果;苏济尔拱坝则不同,安装埋设了比较齐全的监测仪器,且进行了长期连续的观测,监测资料得到了及时的分析和处理,对大坝结构性态作出了及时的评价,正是这种及时的监测、分析和评价,才在大坝出现异常的初期即被发现,为坝的安全改善赢得了时间。

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