安全监测施工期报告

安全监测系统资料整编报告

（施工期）

陕西颐信网络科技有限责任公司

二〇一三年三月

1 综述

大坝安全监测可以通过及时获取第一手的资料来了解大坝的工作性态，为评价大坝状况和发现异常迹象提供依据，从而可以制定适当的水库控制运行计划及大坝的维护方案来保证大坝安全，在发生险情时还可以发布警报减免事故损失。

本报告依据《土石坝安全监测技术规范》（SL 60-94）、《土石坝安全监测资料整编规程》（SL 169-96）的要求，参照有关监测资料的整理、整编和分析的标准和规范编写而成。

本次对水库已取得监测数据的项目分断面进行整编分析，观测数据截至2013年3月13日。

1.1 工程概况

陕西省南沟门水利枢纽工程包括南沟门水库和引洛入葫工程两部分组成。

南沟门水库位于陕西省延安市黄陵县境内，水库坝址位于葫芦河河口上游约3km处的寨头河村南沟门附近，距黄陵县城约25km，距洛川县城约17km，距延安市约120km。葫芦河是洛河最大的一条支流，位于东经108°09′～109°21′，北纬35°44′～36°30′之间，发源于甘肃省华池县的老爷岭，自西北流向东南，至我省洛川县交口河镇汇入洛河。

据黄陵县气象站1970~1987年实测资料统计，多年平均气温9.3℃，极端最低气温-21.4℃（1975年12月12日），最高气温36.5℃（1973年8月3日），多年平均降水量631mm，多年平均风速3.1 m/s，最大风速22.0m/s（1987年5月16日），风向NNW，多年平均最大风速16.1m/s。多年平均日照时数2416h，多年平均相对湿度%，最大冻土深度69cm。

据洛川县气象站1961~2006年实测资料统计，多年平均气温9.6℃，极端最高气温37℃（2006年6月17日），最低气温-23.0℃ （2002年12月26日），多年平均降水量612mm，多年平均风速2.1m/s，最大风速16.0m/s（1973年12月20日），风向WNW，多年平均最大风速12.4m/s。多年平均日照时数2531h，多年平均相对湿度62%，最大冻土深度74cm。

南沟门水库为供水、拦沙兼顾灌溉等综合利用的大（2）型水库。南沟门水库枢纽主要建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、溢洪道、引水发电洞、坝后电站等五部分组成。

拦河坝：南沟门水库大坝为均质土坝。坝顶高程852.0m，坝顶宽10m，最大坝高63.0m，坝顶总长482m。

导流泄洪洞：明流洞，主要由进口段、洞身段和出口挑流消能段三部分组成，进口底板高程803.0m，出口底板高程795.05m，全长832.8m。

溢洪道：为岸边式溢洪道，进口型式采用堰顶设闸门型式，出口消能采用挑流消能。溢流堰顶高程843.0m，堰顶宽7m，全长460.03m。

引水发电洞：根据引水发电洞的作用，引水发电洞设计为圆形压力洞。进口采用塔式进水口，塔内设平板检修闸门一扇，出口闸室设弧形工作闸门一扇，闸后消能采用消力池消能。引水发电洞全长1349.5m，为圆形压力洞。

马家河低坝引水枢纽：由河床溢流坝段、左岸挡水坝段、冲沙闸和进水闸等部分组成。

1.2 安全监测设计概况

1、监测项目的选择

根据南沟门水利枢纽工程的工程实际情况，设计选择的监测项目有坝体变形监测（内部沉降和外部沉降）、渗流监测、环境量监测（库水位、降雨量、气压及气温）、边坡位移、库区泥沙淤积和泄水建筑物水等。

2、库区环境量监测

环境量监测包括水库上下游水位和库区气象监测。

1）布设6套自动水位计，现阶段确定坝前导流泄洪洞进水塔附近、电站尾水下游各设置1个水位计，实时、全天候在线监测水库上下游水位变动。其它自动水位计的具体安装点位在实施阶段确定。

2）坝肩适当位置布设1套自动气象站，自动观测降雨、气温、湿度、风速、风向、气压、蒸发等气象要素。

3、专项监测

专项监测项目包括安全监测控制网及施工表面变形监测工程、水力学观测项目和安全监测自动化系统三部分内容。

1）库区枢纽工程安全监测控制网

布设枢纽工程安全监测控制网及表面变形监测。布设18个平面基准点和9个工作基点，监测控制网监测及大坝、大坝左右岸岸坡、电站厂房边坡、隧洞进出口边坡、溢洪道边坡、马家河引水枢纽挡水及溢流坝段、库区淤积及其他施工过程中的边坡表面变形监测。

2）水力学观测

布设溢洪道、导流泄洪洞流量、流速观测和溢洪道沿程空化现象观测。

3）安全监测自动化系统

本工程的安全监测自动化系统主要是对工程安全监测系统前端传感器采集的监测数据进行入库、归纳、分析，为及时了解工程施工期、运行期的运行形态提供技术保证措施。

4、建筑物安全监测

（1）挡水建筑物安全监测

1）大坝渗流监测

沿坝轴线方向布设主3副2渗流监测剖面共计78个测点，以期获得实际的大坝及基础统一体（含可能发生的两岸坡地表水补给现象）的渗流场分布情况。

2）大坝沉降监测

在渗流监测的3个主剖面的建基面上各布置1列（顺水流方向）8个坝基沉降测点。并布设1套活动式测斜仪（沉降管）对该处的坝体的分层沉降变形进行监测。

3）大坝沉降监测

坝体表面变形采用设置表面变形观测点的方式进行。共涉及6个断面39个观测点。

1）导流泄洪洞安全监测

导流泄洪洞在南沟处的洞顶围岩覆盖层10米左右，在南沟地表设置5个沉降测点，与引水发电洞穿越此处的地表沉降测点进行联测。

在洞轴线建设一套静力水准系统，水准系统共计5个测点，每个测点间隔50米。

2）水力原型观测项目

●导流泄洪洞水力学原型观测

在导流洞出口导0+790.000处埋设水力学通用底座，测量流速分布，并根据流速及水流断面推算流量观测数据，同时采用目测摄影法记录空蚀破坏情况。

●溢洪道的水力原型监测

在溢洪道弯道处溢0+110.000和溢流面反弧段0+251.000处进行空蚀破坏的目测摄影监测，同时采用水下噪声测试仪观测沿程空化现象。

（3）引水发电洞安全监测

在引0+30断面、引0+495断面和引1+274.8断面布设结构安全监测、围岩变形及支护监测点，主要为沉降、应力、应变、钢筋变形、位移以及渗压观测等项目，每个断面的监测布置形式完全一样。

施工期间在洞轴线建设一套静力水准系统，每个测点间隔50米，工程建成后并入永久观测自动化系统，结合该处两洞洞内的安全监测信息，对此处洞室安全随时做出评估。

（4）电站厂房安全监测 

在电站厂房基础实施基础变形监测，主要通过埋设多点位移计获得厂房基础岩体的变形信息。

对于厂房后背边坡，顶部设置固定式测斜仪、多点位移计进行岩体内部的变形监测，底部设置锚杆应力计，对边坡下部岩体应力变化进行监测。同时，全坡面设置表面变形测点。

（5）边坡工程安全监测

1）H6边坡监测

H6边坡监测位于导流泄洪洞、引水发电洞进水口处，对H6边坡监测进行表面变形观测和内部变形观测。

●表面变形观测

导流泄洪洞进出水口、引水发电洞进出水口、溢洪道表面变形监测主要是通过设置表面变形观测墩(平面和水准监测共用一墩)，采用大地测量加水准测量法进行监测。

●内部变形观测

在导流泄洪洞、引水发电洞进水口边坡固定式测斜仪和多点位移计进行边坡内部位移观测，同时设置渗压计对边坡的地下水位进行有效监控。

2）H16边坡监测

对H16进行表面变形观测、内部变形监测和渗流监测。

●表面变形观测

通过设置表面变形观测墩(平面和水准监测共用一墩)，采用大地测量加水准测量法进行表面监测，必要情况下选用GPS进行自动的表面变形监测。

●内部变形观测

岩体内部采用设置固定式测斜仪和多点位移计进行边坡内部位移观测。

●渗流监测观测

设置渗压计对边坡的地下水位进行有效监控，结合内部变形、外部变形监测成果，能够及时有效全面的对边坡健康运行进行监控和评估。

（6）马家河引水枢纽安全监测

1）副坝及溢流坝段表面变形监测

马家河引水枢纽副坝及溢流坝段设置表面变形标点进行变形监测，表面变形观测采用GPS方式进行。

2）引水隧洞内部变形监测

对引水隧洞内部结构布设结构安全监测、围岩变形及支护监测点，主要为沉降、应力、应变、钢筋变形、位移以及渗压观测等项目，每个断面的监测布置形式完全一样。

（6）临时（建筑物）安全监测

临时监测主要涉及施工期各建筑物结构安全监测，对监测范围包括：上下游围堰、引水发电洞、导流泄洪洞、引洛入葫输水隧洞等收敛观测。

2 仪器埋设及现状

2.1 仪器安装埋设

1、环境量监测

截止2013-3-13该监测项目没有实施。

2、专项监测

截止2013-3-13该监测项目没有实施。

3、建筑物安全监测

截止2013-3-13挡水建筑物安全监测中大坝渗流监测项目埋设渗压计共计45支，其它监测项目没有实施埋设安装；埋设的渗压计实际有效渗压计45支，目前仪器完好率为100%，如下表。 

坝体坝基渗压计埋设情况一栏表

工程至2013-3-13共埋设渗压计45支，所有仪器读数正常，均运行良好，观测数据连续、稳定。

3 观测资料的常规分析

观测资料常规分析主要是通过作图法、比较法、特征值统计等方法，定性分析土石坝运行变化规律及其发展趋势。

作图法主要是通过绘制各观测物理量过程线及特征原因量（如库水位、气温、降雨）下的效应量（如变形量、渗流量等）过程线图，考察效应量随时间的变化规律和趋势；绘制各效应量平面或剖面分布图，以考察效应量在空间的分布特点（必要时加绘相关物理量，如填筑过程、蓄水过程等）；绘制效应量与原因量的相关图，以考察主要影响因素及其相关程度、变化规律等。

比较法即比较同类观测量的变化规律和发展趋势是否具有一致性、合理性；与历史极值、技术警戒值、设计值比较，判断工程状态是否异常。

特征值统计法，效应量最大最小值及其出现日期、年变幅等进行统计比较，考察各测值在变化趋势的一致性、重现性、稳定性等。

由于当前处于施工阶段，监测项目及数据有限，仅可使用部分方法对已埋设部分仪器进行分析。

3.1 大坝渗流监测

渗流监测常规分析主要绘制各断面仪器的渗流变化过程线图，对各断面进行时空分析、位势分析，确定坝体、坝基内渗流压力分布和变化情况，以便确定大坝产生渗透变形得可能性，及时了解大坝的渗流状态，并在出现异常状况时提前采取必要措施予以防范。

（1）0+083断面

（2）0+163断面

（3）0+245断面

（4）0+307断面

（5）0+376断面

从上面45支渗压计观测数据计算的孔隙水压力过程线可以看出：

（1）观测数据趋势连续、稳定、真实、可靠、没有出现异常，能够反映当前各个测点及相关断面的实际情况；

（2）各个监测点埋设渗压计运行状态良好，没有异常，仪器完好；

（3）坝基扬压力渗流测观测点在埋设后观测的渗流压力过程线迅速变化为正值，（正压状态），说明仪器埋设位置处于渗流状态（饱和状态），也验证了坝基渗流监测孔埋设时满孔水位的实际情况；同时也说明了埋设渗压计灵敏度和符合性良好，能够反映测点的实际，也说明仪器运行正常，测值真实有效；

从上图各个断面扬压力水位过程线也可以看出，埋设在坝基渗压计的渗压水位都很接近，基本都在795m左右，说明各渗压计的变化趋势基本一致；特别是0+083断面和0+163断面埋设的8支渗压计渗压水位过程线基本重合，说明各渗压计灵敏度较高，测值准确可靠；

（4）坝体渗流观测点埋设在清基面上渗压计埋设后观测的渗流压力过程线大部分在0点徘徊，基本没有明显的变化趋势，说明仪器埋设位置处于非渗流状态（无渗压水位），也验证了此观测数据时段水库蓄水位很低，并没有渗流水位；

    从上图可以看出，埋设在0+083断面轴距+20、0及-20m的3支渗压计在埋设后渗流压力由负值慢慢变为正值，且埋设在截渗槽的渗压计（坝轴线+20m）的渗流压力最大，坝轴线0m渗流压力次之，坝轴线-20m渗流压力最小，主要原因是在左岸截渗槽附近有山体渗水造成，且向下游渗流水位越来越低，符合渗流规律；同样也说明仪器运行正常，仪器测值的变化趋势和实际渗流变化趋势一致；

上图为0+083、0+163、0+245、0+307四个断面埋设在截渗槽渗压计的渗流压力过程线，由图可以看出，埋设后不久渗流压力就变为正值，说明该部位已经有渗压水位，原因主要是受上游库水位的影响，同时说明渗压计反映灵敏；0+376断面埋设在截渗槽渗压计的渗流压力过程线埋设后一直0点徘徊，没有渗压水位，主要是其埋设高程相对其他几个断面较高，坝前库水位还不足以影响或不能渗流到此测点；综合上述两点验证仪器反映出了工程运行状态的实际情况，也说明了仪器本身运行状态良好；

（5）部分渗压计观测的渗流压力开始时段变幅较大，其主要是受施工埋设影响；

（6）个别埋设仪器渗压过程线变化趋势基本一致，也说明了仪器运行状态良好，仪器符合性较好；

（7）由于观测数据时间段水库蓄水很少，而且没有相关要素项目观测，因而无法进行趋势和定性分析，待水库蓄水后观测积累一定的数据后进行相关过程线分析。

4 分析成果及建议

渗流监测仪器从渗压过程线可以看出，仪器工作状态良好，观测数据稳定、可靠、有效，但需要积累水库蓄水后的库水位和一定时期的观测数据，分析仪器和库水位变化的相关性及大坝工况，建议继续进行观测，记录天气情况和每日上游库水位和下游水位情况，并做好巡视及特殊或局部位置的影响因素记录。