赵红旭，马成武，陈和权，豆泽军

（中水东北勘测设计研究有限责任公司工程测绘公司，吉林长春 130062）

0 引言

丰满水电站为吉林省境内第二松花江干流上修建的第一座大型水力发电工程，控制流域面积42 500 km2。坝址多年平均流量为439 m3/s。水库正常蓄水位263.50 m，相应库容87.7×108m3；万年一遇校核洪水位267.70 m，相应总库容109.88×108m3。是一座以发电为主，并承担下游防洪、灌溉、工农业及城市供水、旅游等多方面综合利用的大型工程。

丰满水电站始建于1937年的伪满时期，是我国最早建设的大型水电站。由于当时的建设条件，大坝施工质量较差，渗漏严重，存在安全隐患，虽然1997年以前对大坝进行了外包混凝土、预应力锚索、灌浆、排水等综合处理，但226 m高程以下上游坝面未做防渗处理，由于上游坝面还未能形成完全封闭的防渗结构，坝体渗漏严重的问题始终未能得到彻底的解决。

1 安全检测概述

2006年2月，东北电网有限公司就丰满水电站大坝防渗灌浆试验、溢流坝段降低渗水压力工程举行公开招投标，工程总体要求是：在拦截坝体渗漏水量的基础上，加强坝体排水，有效降低坝体渗透压力，减少溢流面下部负温区混凝土含水量，从根本上解决溢流坝面冻胀问题，确保大坝安全运行。我公司通过招投标的方式承担了溢流坝段降低渗水压力帷幕灌浆工程中上游坝面变形监测工作，目的是在溢流坝体灌浆实施过程中，监测大坝上游面的位移变化情况，防止灌浆对坝体造成损坏，保障帷幕灌浆期间坝体的安全。

本次帷幕灌浆工程从2008年3月正式开始，变形监测工作同时进行，并伴随坝体帷幕灌浆施工全过程。

2 安全监测系统设计

2.1 监测仪器布置

丰满水电站拦河大坝为混凝土重力坝，最大坝高91.7 m，坝顶全长1 080 m，共分60个坝段，坝段长18 m。左岸1～8号坝段为非溢流坝段，9～19号坝段为溢流坝段。坝顶宽度11 m，堰顶高程252.5 m，溢流孔孔口尺寸12 m×6 m，闸墩厚度6 m。针对工程的具体情况，本着“重点突出、兼顾全面、经济合理、运行方便”的设计原则，在坝体防渗灌浆区每个坝段（选在坝体透水量较大的部位9～17号坝段）的不同高度按照“品”字形布设1～2个观测点，形成既覆盖全面又重点突出的监测网络，以期能够达到在溢流坝段降低渗水压力帷幕灌浆工程中全面反应大坝运行性态，确保施工期的坝体安全。

水下变形监测仪器采用美国基康公司研制的固定式振弦测斜仪，型号为GK-6350，标准量程垂直方向±10°，精度为0.1%FS。

2.2 倾斜仪的安装及工作原理

2.2.1倾斜仪的工作原理

GK-6350振弦式倾斜仪用于长期测量结构的倾斜变化，包括大坝、基础、挡土墙以及相似结构，基本原理是利用安装在被监测结构上的倾斜传感器来精确测量倾斜度。

传感器由悬挂的摆块和弹性铰组成，振弦应变针支撑着摆块，应变针感应由摆块重心偏转产生力的变化。悬垂块和传感器装在防水的保护外壳内，其包括连接传感器和固定板的组件。为了减小腐蚀影响，外筒由不锈钢管制成。双轴系统将两个互成90°夹角的传感器安装在双轴支架上。

2.2.2倾斜仪的安装

首先安装单轴固定架，此固定架用于垂直坝面上的固定。标记好固定的位置，并钻一个直径12 mm的孔，深度大约为100 mm，把孔清理干净。将锚杆推入孔中，可使用手锤敲到孔底，等锚杆固定后再继续安装。用配备的部件把固定支架连接到螺栓上，用水平仪或其他水平装置调整固定架，保持其和墙面垂直。用配套的带帽螺杆、垫圈、螺母把倾斜仪连接到固定架上，不要上紧螺母，连接便携式读数仪，在固定架的轨道内调节传感器，并观察读数，把读数和相应仪器率定表给出的零点读数对比，直到两数值相差在±50个数以内为止。读数满意后，拧紧帽螺钉，把倾斜仪固定，固定后再次检查读数，确保读数和零读数相差在±50个数以内。

2.2.3倾斜度计算

倾斜度通过GK-401或GK-403的B档进行数字化测量。这些数字显示值和倾斜角变化的关系由下列线性方程给定：

△θ=(R0-R1)G

式中：R0—初始读数；R1—是当前读数；G—是传感器率定系数。

当倾斜度小于2°时，该线性方程能很好地反映其关系。当大于这个角度时，误差就会增大。线性方程引入的误差见率定表。

为得到更精确的倾斜度数值可采用下列多项式方程：θ=AR2+BR+C

在公式里，A，B和C是率定表上提供的系数。分别用R=R0和R=R1计算θ的值，把它们的差值与用(R0-R1)计算出来的△θ作比较。

2.3 自动化监测系统构成

自动化监测系统采用BGK-M ICRO分布式网络测量系统（以下简称测量系统），采用混合式测量电路，可测量现场的各支传感器并进行记录，集用户管理、测量管理、数据管理、通讯管理于一身，为工程安全的自动化测量及数据处理提供了极大的方便和有力的支持。

测量系统由计算机、BGK-M ICRO-MCU分布式网络测量单元（内置BGK-M ICRO系列测量模块）、智能式仪器（可独立作为网络节点的仪器）等组成，并配置有1台2 kVAde UPS、1台扫描仪、1台激光打印机等设备。通过1个RS-232/485转换模块与现场监控网络相连，对现场的每一支仪器进行控制、测量、查询等。通过相应配套的软件可完成本工程安全监测仪器的自动测量、数据处理、图标制作、异常测值报警等工作。

表1为系统的组成框图（1个测量单元系统）。

其中各终端传感器布置如前所述。各传感器采用专用的信号电缆接入分布式网络测量单元（BGK-M ICROMCU），然后采用数据通讯电缆接入至监控管理中心站。监控管理中心站布设在左坝头的水工分厂厂房内，所有的电缆和信号电缆连接至此。

3 监测成果及分析

此次监测时间较长（239 d全天监测），频次较多（每10 m in一次的采集频率），因此监测数据较多，为了便于分析，采用每天最大值作为分析样本。通过图表分析、特征值统计法分析两种方法都可以看出在整个监测过程中，各支监测设备的位移变化值均小于DL/T5178-2003《混凝土大坝安全监测技术规范》0.2 mm的限差要求，监测数据呈波动性变化，符合偶然误差变化规律，说明没有系统误差出现，监测质量较好，同时也证明坝体未产生系统变形，整个灌浆期间大坝运行安全稳定。

［1］DL/T5178-2003,混凝土大坝安全监测技术规范［S］.北京：中国水利水电出版社.

［2］基康仪器（北京）BGK-M icro-40测量单元操作使用手册［R］.