在大坝安全监测中的应用

我国用现代化技术修建混凝土面板堆石坝始于1985年，混泥土面板堆大坝具有安全可靠、投资省、工期短、施工简化、导流度汛方便，对坝址地质条件要求宽松等优点，成为水利水电工程建设中的首选坝型之一。但自混凝土面板堆石坝自问世以来，坝体渗漏和脱空问题一直相伴相随，使这种新坝型一直存在安全隐患。

一． 大坝渗漏、脱空的危害

我国是世界上水库最多的国家，水库是农村水利的基础，也是防洪抗旱基础设施的重要组成部分。面板堆石坝是以支撑在堆石体上的面板作为防渗体，面板与垫层之间出现脱空现象后，面板因缺少支撑而使面板工作状况恶化，在水荷载作用下面板极易断裂，当裂缝贯穿大量漏水时即会影响大坝的安全，大坝的安危系着人民生命财产的安危。

二． 大坝渗漏、脱空原因分析

2．1 大坝的渗漏、脱空经常发生在面板竖向伸缩缝、周边缝、送浆处理后的基岩裂隙以及混凝土面板的裂缝，特别是周边缝，因周边缝受力复杂，变形较大，且为张性缝，极易造成防渗结构损坏，形成脱空、渗漏通道。
2．2 因分期浇筑高程不同而产生的大坝面板渗漏、脱空。
2．3 因垫层材料产生大坝渗漏、脱空。由于在同样的荷载作用下，高压缩性、低抗剪强度的垫层材料会产生较大的塑性变形，进而使得面板与垫层之间产生的脱空值会较大。
2．4 因堆石体材料产生大坝面板的渗漏、脱空。与垫层的影响相同，低压缩性、高抗剪强度的堆石材料其变形亦较小，该种材料有利于减小面板脱空现象。
2．5 因分期蓄水位产生大坝面板的渗漏、脱空。

三． 大坝渗漏、脱空监测原理

由于渗漏环境多种多样，在监测时通常采用以下两种方法：梯度法和加热法。梯度法为利用光纤直接测量渗漏、脱空引起大坝剧变的温度分布，转而确定渗漏、脱空位置的方法。
加热法为通过对光纤金属套或特别设置的导体通电加热，使光纤周围温度升

高转而确定渗漏、脱空位置的方法，由于混凝土面板堆石坝周边缝的渗漏、脱空监测部位离库水较近，坝前水温与光纤埋设部位的温差不大，识别不够，因此，最宜采用加热法。该法不需要温度差的条件，不要求光纤距离库水有一定距离，通过加热，使光纤周围温度升高，当大坝周边缝存在渗漏、脱空点时，由于光纤紧邻周边缝布置，该处光纤温度上升将会明显小一些，温度将会低一些，从而使渗漏、脱空点获得定位。

四． 在大坝安全应用中的技术优势

1．实现真正的分布式测量，可以连续得到沿着探测光缆数公里测量信息。捕捉到的渗漏、脱空信息量大，可以完整的监测大坝全部范围内渗漏、脱空信息，为大坝安全监测人员提供科学的数据。
2．可对渗漏点、脱空点进行精确的定位，特别适合用于不可预知的渗漏点、脱空点的监测。
3．光缆采用水利水电专用的高强度光缆，完全可以承受大坝施工时不对测量结构产生影响。光缆有阻水纱和阻水层，即使光缆长期处于水中也不影响测量结果的准确性。

五．光缆安装与安全性

作为大坝安全监测用的光缆探测器，通常在大坝浇筑时安装在所需监测的位置，如对大坝底部和周边缝监测时，安装在大坝的周边缝和底部。在大坝施工时，由于光缆预先铺设在大坝的底部，光缆需承受大坝浇筑时产生较大的压力和拉力，因此用于大坝安全的光缆应选用抗拉抗压性能好的高强度光缆，光缆结构如下图（1）所示，光缆实物图如下图（2）所示。

 

         图（1）高强度光缆结构                   图（2）高强度光缆光缆实物图
光缆通过钢丝紧固在钢筋上，在需特殊保护处，光缆上可加一层保护皮套，确保光缆在大坝浇筑时的安全性。用于大坝安全的光缆安装工程如下图（3）所示：

图（3）光缆铺设工程图

附:在大坝渗漏监测中的应用

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，装机容量为1200MW，在华东电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。宁波振东光电有限公司提供的线型光纤差定温火灾报警系统（DTS）监测其下水库周边缝的渗漏情况。光缆在混泥土面板浇注时埋入大坝周边缝和底部。

桐柏抽水蓄能电站工程于2001年年底正式开工，2004年10月，下水库混泥土面板开始烧筑，同时把光缆埋设于这些坝块的周边缝下部。光缆沿周边缝铺设，总长1145米，分二段埋设，36#面板与37#面板间的垂直缝坝顶设置1#接线盒，为二段光缝的连接点，其中900m长的光缆向左侧埋设；850m长的光缆向右侧埋设；二者又在坝顶2#接线盒处连接。在距右周边缝顶点A238.5m处放些光缆，引入屋内，进行测量。光缆铺设方式如上图（3）光缆铺设工程图所示，施工中的大坝如下图（4）所示。

图（4）施工中的桐柏抽水蓄能电站

近几年根据桐柏抽水蓄能电站反馈的测试结果看出，我公司的线型光纤差定温火灾报警系统可有效的监测大坝周边缝的渗漏情况，水库的安全运行带上一把“保护伞”。

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