蒋金磊

摘 要：根据多年来参与景洪水电站大坝及边坡安全监测工作实际，全面总结景洪大坝安全监测项目中的垂线系统运行与管理经验，包括垂线布置、施工安装情况、观测方法等，并对已有观测数据进行初步分析，提出系统存在的问题与维护要点，供广大同行参考。

关键词：景洪；垂线观测系统；维护

中图分类号： TV22 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-42-3

0 引言

景洪水电站（以下简称：景洪）是澜沧江中下游河段规划的八个梯级电站中的第六个梯级电站。枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、厂房及变电站、通航建筑物等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝高108m，坝顶高程EL.612m，总装机容量1750MW，正常蓄水位为EL.602.00m，总库容为11.39亿m3。工程于2008年4月18日下闸蓄水，同年6月19日首台机组并网发电，并于2009年5月底全部机组发电投产。

1 垂线布置与施工安装

1.1 垂线布置

根据景洪坝址的地形地质条件和大坝应力稳定分析资料，设计中选择对右岸升船机坝段（6#坝段）、最高溢流坝段（9#坝段）、最高厂房坝段（17#坝段）、左岸厂房坝段（19#坝段）四个典型重点监测坝段及2#坝段、左坝肩布置正倒垂系统进行观测，并采用作为引张线的基准进行坝段间水平位移监测。

景洪共布置正垂线10条，分别为6#坝段2条、9#坝段2条、17#坝段3条、19#坝段3条。

由于景洪最大坝高达108米，在设计中对同一垂直断面内采用分段测量的方法布置正垂线，如17#坝段坝高108米，分三段布置正垂线，自上而下的正垂线长分别为C2-A17-PL-01：34米、C2-A17-PL-02：26米、C2-A17-PL-03：43米，正垂线布置范围共计103米。

景洪共布置倒垂线6条，分别为2#坝段1条6#坝段1条、9#坝段1条、17#坝段1条、19#坝段1条、左坝肩1条。其中，四个典型重点监测坝段（6#、9#、17#、19#坝段）的倒垂线用于测量坝基岩体相对于坝基深部的水平位移；在2#坝段和左坝肩布置的倒垂线，用于监测2#坝段和左坝肩部位的水平位移，并作为引张线端点的测量基准。6条倒垂线长度为40～67米，深入基岩最深处孔深62米，位于最大坝段17#坝段。

1.2 施工安装

景洪正、倒垂的施工及相应仪器的埋设与安装调试，均由“葛洲坝·昆明院·长科院”联营体负责。

1.2.1 正垂线及高程垂直传递系统

①正垂线和高程传递装置所在坝段浇筑混凝土时，分别预埋φ400mm、管壁厚度大于7mm的PVC管，作为保护管；

②正垂线测线采用强度较高的不锈铟瓦丝，其直径可保证极限拉力大于重锤重量的2倍；

③在坝顶预埋固定垂线和铟钢带尺的部件，待预埋件固定后，用夹线装置将垂线固定在悬挂装置上；

④垂线引入各层廊道观测间内。垂线下端吊重锤，并将重锤放入油桶内；

⑤根据垂线位置进行观测墩的放样、立模、浇筑观测墩，并在顶部预留二期混凝土，以便安装强制对中底盘，底盘对中误差不大于0.1mm。

1.2.2 倒垂线

景洪倒垂孔均采用一种孔径，一次成功，没有废孔。倒垂线的施工步骤主要可归纳为三步，各步骤中应注意事项可分述如下：

1.2.2.1 造孔

①按设计要求的孔位、孔径和孔深钻孔，采用岩芯钻，终孔有效孔径应大于274mm。应将岩芯尽量取全，特别对于断层、软弱夹层（带）应尽量取出，按工程地质规范进行详细描述，作出钻孔岩芯柱状图。

②钻孔时，选择性能好的钻机，在钻孔处用混凝土浇筑钻机底盘，预埋紧固螺栓。严格调平钻机滑轨（或转盘），其倾斜度应小于0.1%。然后将钻机紧固在混凝土底座上。

③孔口埋设长度3m的导向管，导向管调整垂直，其倾斜度应小于0.1%，并用混凝土加以固结。

④钻具上部应装设导向环，导向环外径可略小于导向管内径2～4mm。钻进时，采用低转速、小压力、小水量的方法进行。

⑤时常检查钻孔偏斜值，每钻进1～2m应检测一次。检测可采用倒垂浮体组配合弹性置中器进行，测定钻孔不同高程处钻孔中心线位置与孔口中心位置的偏心距。

⑥在钻孔过程中，一旦出现偏斜，首先分析原因，同时采取切实可行的纠斜措施。

1.2.2.2 保护管（套管）的埋设

①保护管采用φ159mm管壁6mm厚的无缝钢管。保护管（套管）每隔3m～8m焊接4个大小不同的U形钢筋，组成断面的扶正环。

②保护管应保持平直，底部加以焊封。底部以上0.5m范围内，内壁应加工为粗糙面，以便用水泥浆固结锚块。保护管采用丝口连接，接头处应精细加工，保证连接后整个保护管的平直度，安装保护管时全部丝口连接缝用防渗漏材料密封。

③下保护管前，可在钻孔底部先放入水泥砂浆（高于孔底约0.5m）。保护管下到孔底后略提高，但不得提出水泥砂浆面，并用钻机或千斤顶进行固定。

④最后，准确测定保护管的偏斜值，若偏斜过大，应加以调整，直到满足设计要求，方可用M15水泥砂浆固结。待水泥砂浆凝固后，拆除固定保护管的钻机或千斤顶。

1.2.2.3 倒垂线的埋设

①浮体组采用恒定浮力式或非恒定浮力式。测线采用强度较高的不锈铟瓦丝，其直径的选择应保证极限拉力大于浮子浮力的3倍。

②埋设锚块时，在测线下端固定好锚块，钢丝应位于保护管中心，将锚块慢慢放至孔底，沉入水泥浆深处。

③浮体组安装，应使浮子水平、连杆垂直，浮子应位于浮桶中心，处于自由状态。若采用恒力浮子，应使整个浮子没入液体中，但不可触及浮桶底部；若采用其他类型浮子，则应调整到设计浮力。

④在距离倒垂孔25～30cm的合适位置建倒垂线观测墩，墩面与倒垂线保护管管口齐平。在墩面上用二期混凝土埋设垂线坐标仪的基座底板。

2 垂线观测

2.1 观测仪器及方法

景洪正倒垂线（除升船机坝段3组正倒垂线未开始实施）共计16个测点，现在全部测点均已投入观测。目前主要用RZ型电容式垂线坐标仪配合南瑞产NDA1711数据采集模块到现场进行数据采集。大坝安全监测自动化实施后，将通过NDA1303智能数据采集模块接入DAU 2000数据采集单元，并通过DAMS-IV应用软件对测量数据进行采集。

由于电容感应式垂线坐标仪无机械传动和跟踪结构，用非接触测量方式实现垂线的自动监测，故而具有精度高，长期稳定可靠的优点，相对光学垂线坐标仪的测量（如漫湾电站采用的CG-3（3A）光学垂线仪）较为方便。

2.2 观测注意事项

在使用NDA1711数据采集模块到现场进行数据采集时，应注意以下几点：

①一条垂线上各测点的观测，应从上而下，或从下而上，依次在尽量短的时间内完成。

②垂线观测前，必须检查该垂线是否处在自由状态，检查调整浮体组的浮力，使之满足要求。同时，需要检查中间极引出线是否完好，若发现中间极引出现损坏，应由专业人员及时进行维护修理，保证测值能按时读取。

③测量时应检查电容极板上的凝露等情况，对异常出现凝露过多的情况，需进行处理，并采取一定措施确保垂线坐标仪极板上水介质均匀，使仪器测值可靠。

④测量时（自动化监测系统投入使用前），将四根芯线分别对应接到NDA1711数据采集模块的接口上，开机后，选择电容式传感器测读模式，对数据进行测度，并分别记录测得的两组电容比及对应的水平位移量。要求记录时区分垂直、水平方向的位移，并注意数值的正负。

⑤测读完毕，将数据电缆线放置好，要求放置于不接触极板且不易被碰触的地方。

3 观测资料的初步分析

景洪于2008年4月18日下闸蓄水，在蓄水前部分垂线投入了首次观测，到5月底16个垂线测点全部投入使用。

从首次观测至今，积累了一定的垂线观测的实测资料，从中对大坝工作性态初步分析如下：

3.1 2#坝段坝顶

向上游位移蓄水后呈增大趋势，水位稳定后，有缓和趋势，最大处位移向上游2.2mm；

向右岸位移蓄水后变幅不大，且在水位稳定后，有缓和趋势，最大位移向右岸0.9mm。

3.2 6#坝段坝基

向下游位移蓄水后呈增大趋势，水位稳定后，有缓和趋势，最大位移向下游0.84mm；

向左岸位移位移蓄水后变幅不大，且在水位稳定后，有缓和趋势，最大位移向左岸0.50mm。

3.3 9#坝段坝基

蓄水后向上游有微小位移0.1mm，之后随即向下游位移，且随水位上升呈增大趋势，水位稳定后，有缓和趋势，最大位移向下游1.2mm。

蓄水后向右岸有微小位移0.20mm，之后随即向左岸位移，最大位移达1.60mm，之后变形呈缓和趋势。

3.4 17#坝段坝基

向下游位移蓄水后呈增大趋势，水位稳定后，先在0～1.2mm范围内呈现增减交替变化，之后呈缓和趋势，最大位移向下游1.2mm；

蓄水后先是向右岸位移最大达0.60mm，之后渐渐向左岸位移，最大位移达0.60mm，随后变形在0～1.00mm之间变化。

3.5 19#坝段坝基

向下游位移蓄水后呈增大趋势，水位稳定后，在1.0～2.0mm范围内呈现增减交替变化，最大位移向下游1.70mm；

向左岸位移位移蓄水后变幅不大（0～1.0mm），且在水位稳定后，有缓和趋势，最大位移向左岸0.80mm。

综上，经分析，景洪大坝部分水平位移观测数据均在允许范围内。2#坝段倒垂线坝顶位移为向上游2.2mm、17#坝段位移量向下游14mm，较设计量偏大，需要进一步分析。

4 景洪水电站垂线系统的主要问题及维护要点

4.1 景洪水电站垂线系统的主要问题

景洪水电站垂线系统的存在的主要问题主要集中在设计及施工方面，且在实施过程中均得到了及时的解决，现将主要问题分述如下：

4.1.1 正垂线的设置

原设计中，19#坝段为两段三个测点布置，由于C2-A19-PL-02较长（56米），存在因垂线孔倾斜引起线体碰孔壁、在坝体中因串风引起线体摆动、线体卡住等故障或测值不可靠的隐患，实施过程中将原设计进行了更改，即将原设计中C2-A19-PL-02根据测点分布分为两条正垂线，分别为C2-A19-PL-02：29米、 C2-A19-PL-03：27米。

4.1.2 倒垂孔的垂直度

在倒垂孔施工中，用于测量垂直度的弹性对中器存在一定的误差，通常在2～3mm，为能尽早发现钻孔出现的偏斜，以便即时进行纠偏，提高钻孔成功率，施工方对弹性对中器进行有效改进，使测量精度提高到1mm以内。从而使倒垂孔钻孔比较顺利的进行，有效孔径都明显优于技术要求所规定的值。

4.2 垂线系统的维护工作

垂线系统的维护工作主要包括正倒垂管的保护工作、垂线坐标仪的维护工作两个方面：

4.2.1 垂线线体装置的保护

①正倒垂管的保护。

景洪的正垂系统垂线均位于施工期间预埋在混凝土中的管道内，且在管道安装前对管道内壁进行了防锈时处理。但由于施工、时效、环境恶劣等因素影响，防锈效果不太明显，正垂管内经常有掉锈渣的现象。

同时，由于土建施工期间，坝内常有施工用水在廊道及观测间内造成较大的积水。积水漫过正垂管上测点的进口，向下方的测点流去，造成正垂管及测量设备处于水、空气构成的不利环境中。

今后应在不影响观测工作及仪器稳定的原则下，对运行环境进行改善，要求尽量降低环境的湿度，避免水流通过正垂管的现象。

②垂线体装置的其他维护工作。

除了正倒垂管的需注意保护外，其他需要注意的情况主要有：倒垂线在基岩锚固处固结不牢、因垂线孔倾斜引起线体碰孔壁、在坝体中因串风引起线体摆动、线体卡住等。

因以上情况所引起的故障要及时发现并排除，否则测值不可靠。

4.2.2 正倒垂观测仪器的维护

上面已经介绍，景洪垂线观测仪器采用RZ型电容式垂线坐标仪进行数据的采集工作，故而该部分的维护工作是正倒垂系统维护的重点。主要注意的有以下几点：

①坐标仪系列中感应部件经过特殊防潮工艺处理，能在相对湿度95%的坝体内长期可靠工作，但这并不意味着坐标仪这类精密仪器能在水等经常流入坐标仪情况下给出准确测值。因此现场必须采取措施防止雨水、冷凝水等流入坐标仪内。安装在大坝竖井、基础的垂线坐标仪，因竖井等环境存在冷热空气交换，使竖井及坐标仪上长期存在大量冷凝水。在此恶劣环境下，需采取一定措施确保垂线坐标仪极板上水介质均匀，使仪器测值可靠。

②为适应在大坝恶劣环境下可靠工作，坐标仪内无一电子元器件。当坐标仪在现场安装调试完后，一般不会出现什么故障，不需经常采取什么维护措施。中间极引出线是一根线径仅0.05～0.1mm的细漆包线，要注意防止非观测人员或参观人员看不清此线而将其碰断。

③RZ型电容式垂线坐标仪设置有直径为120mm的挡水圆盘，用于挡住上方掉下的凝结水及部分锈渣。但由于该挡水部件防护面积较小，时常有凝结水或正垂管绣渣等掉落在坐标仪其他部位（如屏蔽罩、支墩等）上，甚至有可能影响极板的工作。因而，在日常工作中，应注意对坐标仪及其所在的支墩及时清理，保证测得的数据稳定可靠，并尽可能延长仪器寿命。