大型水电工程施工期安全监测管理实践

2018-05-04王继刚汤国庆陶友棋

西北水电 2018年2期

王继刚，汤国庆，陶友棋

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065；2.国电大渡河大岗山水电开发有限公司，四川省石棉县 625409)

大岗山水电站位于四川省大渡河中游雅安市石棉县挖角乡境内，是大渡河干流原水电规划3库22级方案的第14个梯级电站，为Ⅰ等大(1)型工程。水库正常蓄水位1 130.00 m，死水位1 120.00 m，总库容7.42亿m3，调节库容1.17亿m3，具有日调节能力，电站总装机2 600 MW(4×650 MW)。电站主要枢纽建筑物有：混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等。拱坝最大坝高210 m，坝顶高程1 135.00 m。

工程安全监测对象主要有：混凝土双曲拱坝、坝后水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物、近坝区工程边坡等永久建筑物以及导流洞、围堰等临时建筑物。

1 管理模式和各方职责

大岗山水电站安全监测工作管理模式为建设公司在监测工作方面的直接管理对象是安全监测管理中心(简称“监测中心”)。通过监测中心间接管理整个安全监测工作，公司工程管理部门定期检查监测中心监测管理工作的执行情况。大岗山水电站安全监测管理架构，如图1所示[1]。

图1 大岗山水电站安全监测管理架构图

在安全监测工作职责划分方面，大渡河流域公司负责以招标方式选择有关安全监测参建单位，组织专家开展安全监测项目技术咨询和安全评价工作。

大岗山建设公司是安全监测管理的核心，对安全监测项目安全、质量、进度、投资实行总负责。主要职责是确定安全监测管理的方针、目标；检查安全监测质量与进度控制体系贯彻实施情况；协调工程建设中与安全监测相关的重大问题。

监测中心是工程安全监测的管理部门，主要职责包括代表建设公司对安全监测工作进行管理；就安全监测事宜向建设公司提出合理化建议；对监测施工进度和质量进行监督检查；对工程安全监测成果进行综合分析，编制安全监测报告。

监测设计单位主要职责是统筹规划安全监测相关方案；制定工程监测方案、规划；及时解决监测实施工程中出现的与设计相关的技术问题；利用监测成果进行工程反馈设计，复核是否满足设计技术要求。

监测监理单位主要职责是建立健全的安全监测监理工作制度；对安全监测质量、进度和投资等实行全过程管理和目标控制；及时发现并解决安全监测工作中存在的问题；协调解决土建和监测单位之间交叉作业中影响安全监测施工进度、质量、施工安全和监测设施维护的问题。

监测施工单位是安全监测现场实施的主体，主要职责是建立健全安全监测质量施工安全保障体系；制定详尽的仪器采购计划和施工方案；及时跟进土建施工进度，开展监测施工; 对监测仪器进行有效保护；及时整编、分析监测资料，并通过监理单位反馈至其它参建各方。

土建施工配合单位是安全监测施工的协作单位，其职责主要为配合监测单位开展监测仪器设备安装和保护工作。

2 主要措施和典型做法

2.1 引入专业的安全监测管理机制

针对大岗山水电工程施工期安全监测的重要性和复杂性，大岗山公司在建设初期便设立了安全监测管理中心，通过公开招标引进了中国国内知名的大型设计院承担安全监测管理职责，开展安全监测专业化管理工作。其职责定位是大岗山工程安全监测资料整理分析与评价的总责人、监理工作的再监理、设计审查的优化人、技术标准的监督人、安全信息的反馈人、违规活动的处罚人。通过引入专业的监测管理职能机构，最大限度地保证了监测工作得以顺利实施。

2.2 建立完善的监测管理体系

一是建立工作例会和专题会制度。由监理单位组织定期召开的监测例会，协调日常工作。根据现场情况不定期召开监测专题会，及时处理突发事件。

二是建立安全监测专项检查制度。每月由大岗山公司工程管理部门对监测中心、监理单位、施工单位在安全监测人员情况、内业工作、旁站、巡视等方面的工作进行专项检查，要求未达标单位限期整改。

三是建立设计交底会制度。对于重要部位的永久性、观测设计蓝图，在监理单位签发后，监测承包人组织人员研究、熟悉图纸，理解设计意图，对可能存在的问题进行汇总，由监理单位组织设计单位技术交底，各相关单位参加进行讨论。

四是建立技术交底会制度。对仪器安装中容易出现的问题，在仪器安装前必须进行技术交底，提出具体要求，落实安装方案。承包人组织的交底会邀请监理单位或监测中心参加。

五是建立安全监测预警及应急处理机制。组织各监测单位编制监测方案和应急预案，针对可能出现的监测数据突变、巡视检查发现异常、突发洪水、地震等情况建立应急响应机制，确保监测工作有条不紊。

六是建立合理的奖罚制度。在完善责任考核制度的基础上，根据参建各方的工作成绩采取适当的奖罚措施，激励参建单位和个人以认真、负责、积极的态度投入到工程建设中来。

2.3 针对监测项目特点单独成标

大岗山工程监测系统规模大、技术要求高，因此在进行标段划分时采取了以下原则：一是考虑到中国国内承包商的技术和管理水平，监测标段不宜分得过大；二是在标段及项目划分充分考虑安全监测专业化要求，以利于选择专业化队伍，发挥专业化优势，保证实施质量；三是考虑专业技术等因素的影响，将内容相似的项目放在同一标段，避免相关资源的重复浪费[2]。

根据以上原则，大岗山工程主要监测项目划分为大坝及泄洪消能建筑物监测工程、引水发电系统建筑物监测工程、外部变形监测工程、库区滑坡体监测工程、安全监测自动化系统建设工程。

通过监测项目单独成标，吸引了一定数量的承包商参与投标，增强了投标竞争性，降低了工程造价，同时方便了建设公司对现场的统一管理和协调，形成了以建筑物为主要对象的较为统一的监测系统，最大限度保证了工程进度、质量和安全目标的顺利实现。

2.4 将安全监测与工程施工有机结合

大岗山工程建设过程中始终重视安全监测的对于工程施工的指导作用。如在地下厂房开挖施工过程中，为了及时有效的捕捉地下厂房围岩应力应变情况，监测单位结合土建施工进度及时进行了监测仪器安装埋设，每天进行安全监测数据采集和分析工作，发现数据异常时，及时反馈、加密监测、上报监测简报，针对特殊情况召开专题会，对监测数据变化原因进行分析，采取应急处理措施。在整个厂房开挖中，曾因安全监测数据发生突变而进行的暂停开挖达到11次，暂停开挖后及时进行支护跟进，局部增设加强长锚杆支护。通过及时支护、加强支护，使地下厂房高边墙开挖过程中的围岩变形得到有效控制，避免了塌方、掉块的发生，加快了施工进度，保证了施工质量[3]。

2.5 开发便于操作的监测信息管理平台

为便于监测数据及文档科学化的规范管理，大岗山公司委托监测中心开发了安全监测数据库信息管理系统[4]软件，该系统针对大岗山水电站施工期安全监测工作的重点和需求，提供统一的安全监测相关信息的输入、加工、存储和初步分析功能，对设计、施工等的各种数据、文字、图表、图像等多种类型的信息进行有序的存放和管理。参建各方通过安全监测信息管理系统对安全监测数据实时进行查询、对比分析、变化趋势研判、整编汇总、观测过程线绘制等方面的管理和应用，大幅度提高了工作效率。

2.6 提早开展自动化监测系统建设

一般水电工程安全监测自动化系统建设都是在工程基本完工后开始实施,主要是为运行期监测服务[5-7]。大岗山工程在主体工程施工阶段就开展监测自动化系统建设招标工作，水库初期蓄水前大部分内观监测仪器已接入自动化系统，实现监测数据自动化采集。大岗山工程各类永久监测仪器多达数千支，蓄水期监测频次高，常规的人工监测无法满足要求，自动化系统在工程蓄水过程中发挥了至关重要的作用。通过监测数据、自动化数据采集，大幅提高了观测工作的效率，减少人员资源投入，为蓄水期快速反馈监测成果和决策打下了务实的基础，为分析水位抬升过程中大坝变形规律提供了大量的监测资料。

3 安全监测的成效及亮点

大岗山安全监测仪器安装埋设进度紧随大岗山各节点目标进行，监测仪器设备综合完好率达95.4%。通过及时准确报告监测信息，大岗山安全监测体系充分发挥了指导施工和运行、反馈设计、监控枢纽区建筑物安全的作用[8]。

3.1 指导工程施工

在指导施工方面，安全监测为地下厂房大跨度高陡边墙洞室快速下卧、大坝温控、横缝接缝灌浆等施工过程中发挥了重要作用。

大岗山地下厂房开挖过程中，施工单位结合监测数据进行开挖爆破施工及支护方案调整，使厂房整体变形得到了有效的控制，大岗山地下厂房的最大变形量小于49 mm，在中国国内同类型工程中最小，达到中国国内领先水平[3]。

通过对各仓混凝土温度的实时监测，以设计理论曲线为参照，指导施工单位进行精细化冷却通水。大坝共浇筑混凝土1 547仓，最高温度合格率达92.4%，各阶段降温速率合格率达96.4%以上，各项检测结果合格率均满足设计要求，并达到优良标准，大坝未发生因温控原因产生的危害性裂缝[9]。

通过对坝体横缝接缝灌浆过程中横缝开合度的实时监测信息反馈及灌浆后及时的分析总结报告，施工单位对灌浆工艺进行改进[10]，使横缝灌后增开问题得到了基本控制，灌浆质量明显提高。截至目前，大岗山水电站混凝土双曲拱坝98.4%的横缝测点灌后增开度小于0.3 mm，其中87.5%的横缝测点处于压紧状态。工程蓄水后，坝体混凝土无渗漏。

安全监测也为厂房塌方段加固施工[11]、泄洪洞爆破开挖[12]、大坝混凝土浇筑提供了有力的技术支持。

3.2 反馈论证设计

大岗山右岸坝肩边坡高度达400 m，边坡岩体中发育有倾向坡外的小断层及卸荷裂隙密集带，构成影响右岸边坡稳定的控制性地质结构面。2009年4月之后，随着边坡下挖施工，边坡混凝土喷层沿部分岩脉开裂、剥离，PD314探硐内f231断层局部松弛，硐底水泥结石轻微裂缝错台等变形迹象，一度造成工程停工。监测数据显示，边坡变形与开挖施工活动关系密切。2009年8月中旬开挖至1 070.00 m高程后右岸边坡暂停开挖施工，设计相继对f231断层、XL316-1泄洪裂隙密集带采取锚索加固、抗剪洞+锚固洞+斜井等加固处理措施，有效地抑制了边坡变形。多种手段监测成果表明，2010年6月恢复开挖后，右岸边坡未出现变形突变的整体下滑迹象，也进一步论证了设计对加固处理措施的合理性[13-14]。

2010年8月正值工程开挖阶段，监测单位发现左岸电站进水口边坡岩体变形量较大，经过跟踪观测确认后，及时分析预警，设计据此及时调整方案，加强了该部位的支护措施，使开挖工程安全进展。

3.3 监控枢纽区建筑物运行状态

通过对监测数据的综合分析，掌握了枢纽区各部位运行状态和变化规律。如大坝浇筑阶段，坝基多种监测数据表明，随着坝体浇筑上升，大坝整体呈向坝踵倾斜变化趋势。通过采取向坝前基坑充水的措施，这一趋势得到了控制。而对监测数据显示处于不稳定状态的新滑坡体，在发现异常后，第一时间向石棉、泸定县政府报告，加强巡视和监测，制定应急预案，保障了周围人民群众的生命和财产安全。

3.4 指导工程蓄水

蓄水前，设计根据前期监测资料对各典型高程水位时大坝变形规律及位移值进行了反演分析，并结合分析资料对蓄水速率提出要求。蓄水期间，各监测单位严格按照设计要求，及时开展了枢纽区及库岸边坡的巡视检查和数据采集工作，每天对几千组监测仪器数据进行分析判断，对水位抬升过程中大坝变位、渗流等数据进行重点追踪，为蓄水决策提供了重要依据。通过对蓄水后的监测成果分析表明，蓄水后坝体径、切向变位整体对称、变形协调、规律正常，量值与设计预测值基本吻合[15]。

4 结语

(1) 大岗山工程实践表明，完善的安全监测体系对于水电工程建设具有至关重要的作用。施工过程中，及时、准确的安全监测信息反馈对于保证施工质量和安全具有重要的指导意义。由于大型水电工程中存在诸多不确定因素[16]，通过对监测数据的分析，可以进一步论证设计方案的合理性，为优化设计方案，实施动态设计提供依据；安全监测是检验工程质量的重要手段，如通过对坝基渗流渗压监测数据的分析，可以了解帷幕灌浆效果；对于工程蓄水而言，安全监测既对蓄水决策具有指导意义，又是蓄水后进行安全评估的重要依据。因此，水电建设过程中，必须高度重视安全监测工作，保障安全监测管理体系的有效运转。

(2) 能否进行有序高效并具有前瞻性的管理，是安全监测工作成败的关键。因此应在公司层面加强对安全监测工作的重视，在工程建设管理部门配置专业的安全监测人才，加大管理、协调力度。鉴于安全监测工程实施的时效性与特殊性，工程建设之初，需尽早引进安全监测专业管理机构，同设计及土建施工单位，根据工程特点及工序安排，制定详尽的监测工程实施方案，确保安全监测工程与土建工程有序衔接，减少干扰。同时应加强各方沟通协调，强化监测设施保护意识，以保证各类安全监测设施满足工程监测需要。

参考文献:

[1] 王凤莲,刘峰.大岗山水电站施工期安全监测管理[J].人民长江,2014(22):30-33.

[2] 廖勇龙,刘祖强,王志旺.三峡工程安全监测管理与监理的实践[J].湖北水力发电,2005(02):58-61.

[3] 谢长水,赵瑞,古茜倩.大岗山水电站地下厂房开挖施工技术[J].人民长江,2012(22):60-64.

[4] 余学农.大岗山水电站工程建设管理数字化系统设计、集成与实现[D].电子科技大学,2013.

[5] 张群,陈树联,顾永明.拉西瓦水电站安全监测自动化系统设计综述[J].西北水电,2011(S1):142-145.

[6] 刘德军,葛培清,何滨.澜沧江糯扎渡水电站枢纽工程安全监测自动化系统综述[C]//高坝建设与运行管理的技术进展——中国大坝协会2014学术年会论文集.2014:8.

[7] 张勤劳,赵谧,杨鹏.白杨河水库大坝变形自动化监测系统[J].西北水电,2007(03):86-88,93.

[8] 张建胜.水库大坝安全监测的实践与思考[J].大坝与安全,2009(05):6-8.

[9] 李方平,廖勇,王爱玲.大岗山水电站双曲拱坝质量管理[J].水利发电，2015，41(07)：23-25.

[10] 于真真,郑文霞,卞小草,李仁伟,严君汉.大岗山水电站预防接缝灌浆下层灌区增开的改进工艺[J].水力发电,2015(07):74-76.

[11] 朱家林,田帅领,谢长水.大岗山水电站主厂房顶拱塌方处理实践[J].人民长江,2013(23):45-47.