3.2　安全監測系統設計

本工程監測系統主要包括碾壓混凝土重力壩主壩、引水發電系統、廠房、瀝青心墻副壩、庫岸監測及其自動化系統等。按監測內容分有變形監測、應力應變及溫度監測、滲流滲壓監測、邊坡穩定監測、水力學監測、上游庫水位和尾水位、壩址區的氣溫和濕度等。本工程監測項目齊全，監測類型多樣，監測儀器布置精細，確保了大壩安全運行。本工程監測部位及項目見表3.1，大壩監測部位及儀器數量統計見表3.2，典型監測斷面布置見本章第3.3節。

3.2.1　監測儀器布置

3.2.1.1　碾壓混凝土重力壩（主壩）

本工程大壩主壩為碾壓混凝土重力壩，壩址巖性以變質砂巖、變質砂巖夾石英片巖為主，壩址區具有工程地質意義的物理地質現象是巖體的風化、岸邊卸荷不穩定體及崩塌現象。主副壩的地震設防烈度為Ⅷ度，其余建筑物的地震設防烈度為Ⅶ度，主壩的監測重點為變形監測、滲流監測、應力應變及溫度監測，另外還包括壩體的地震反應監測。重點監測斷面包括：溢流壩段29#壩段（樁號0+537.50）、主河床壩段35#壩段（樁號0+627.00）、右岸臺地57#壩段（樁號1+030.00）；輔助監測斷面25#壩段（樁號0+478.00）、中孔33#壩段以及底孔32#壩段。

1.變形監測

（1）水平位移。重力壩壩體和壩基的水平位移采用引張線法和真空激光準直系統觀測。壩體撓度采用垂線法觀測，壩基撓度采用倒垂組觀測。垂線設置在地質或結構復雜的具有代表性的壩段。正垂線采用“一線多測站式”。倒垂線鉆孔深度參照壩工設計計算結果，達到變形可忽略不計處。在各高程廊道內與垂線相交處均設置監測壩體內部變形的監測點。水平位移監測點布設在壩頂和觀測廊道內，每一壩段均設置一個測點，引張線采用浮托式。

大壩共設三層廊道，在壩頂設一條引張線和一條真空激光準系統，監測壩體表面變形，在廊道內設置真空激光準直系統和引張線，監測壩體內部變形。

在50#～61#壩段的壩頂平行壩軸線分別布設了一條引張線，共計7個測點。在14#～80#壩段的壩頂高程745.00m廊道內設置真空激光準直系統，在21#～42#壩段高程706.50m廊道內平行壩軸線布設真空激光準直系統。

根據大壩結構和布置共設9條垂線，分別在14#壩段（樁號0+280.00）、21#壩段（樁號0+417.00）、25#壩段（樁號0+478.00）、29#壩段（樁號0+537.50）、35#壩段（樁號0+627.00）、42#壩段（樁號0+732.50）、48#壩段（樁號0+850.00）、62#壩段（樁號1+130.00）、80#壩段（樁號1+490.00），垂線為正倒垂組。

樁號壩0+280.00處，垂線從壩頂鉆孔至高程719.50m廊道，形成一條正垂線PL1-1，倒垂線IP1從高程719.50m廊道鉆孔穿過基礎至高程688.50m，基礎部分孔深31m，該垂線在719.50m設置測點，共2臺坐標儀。

樁號壩0+417.00處，垂線從壩頂鉆孔穿過高程706.50m廊道，形成正垂線PL2-2，從高程706.50m廊道至上游灌漿廊道高程678.00m，形成一條正垂線PL2-1，倒垂線從高程678.00m灌漿隧洞鉆孔穿過基礎至高程635.00m，孔深43m，形成倒垂IP2。

樁號0+478.00處，垂線從壩頂鉆孔至高程706.50m廊道，形成一條正垂線PL3-3，從706.50m廊道鉆孔穿過高程675.70m廊道至高程651.00m灌漿廊道，形成一條正垂線，分布PL3-1、PL3-2兩個測點，從高程651.00m灌漿廊道鉆孔至基巖高程596.00m，形成倒垂線IP3。

樁號0+537.50處，垂線從壩頂鉆孔至高程629.00m灌漿廊道形成一條正垂線，分布PL4-3、PL4-2、PL4-1三個正垂線測點，從高程629.00m灌漿廊道鉆孔至基巖高程576.00m，形成倒垂IP4。

樁號0+627.00處，垂線從壩頂鉆孔至高程633.00m灌漿廊道形成一條正垂線，分布PL5-3、PL5-2、PL5-1三個正垂線測點，從高程633.00m灌漿廊道鉆孔至基巖高程586.00m，形成倒垂IP5。

樁號0+732.50處，垂線從壩頂鉆孔至高程706.50m廊道，形成一條正垂線PL6-2，從高程706.50廊道鉆孔穿至高程676.00m廊道，形成正垂線PL6-1，從高程676.00m廊道鉆孔至基巖高程628.30m，形成倒垂IP6。

樁號0+850.00處，垂線從高程697.00m廊道鉆孔至基巖高程663.00m，形成倒垂線IP7。

樁號1+130.00處，垂線從高程697.00m廊道鉆孔至基巖高程658.00m，形成倒垂線IP8。

樁號1+490.00處，垂線從高程745.50m廊道鉆孔至基巖，形成倒垂線IP9。

由垂線順河向水平位移觀測值可得壩體撓度。

（2）垂直位移。壩體、壩基和近壩區巖體的垂直位移監測采用流體靜力水準、雙金屬管標和多點位移計測量。

在28#～32#壩段基礎廊道縱橫向布設靜力水準：縱向的靜力水準線設在壩基上游帷幕灌漿廊道，布設5個點，橫向靜力水準設在樁號0+151.00（27#～28#）、0+552.20（30#～31#）、0+605.00（33#～34#）橫向排水廊道內，各設5個測點觀測壩體沿橫向的變形分布，并以此計算壩基的傾斜；在樁號0+575.00壩段橫向廊道內的高程675.10m布設3個靜力水準測點，在48#～62#壩段的高程697.00m廊道內平行壩軸線布設9個靜力水準測點，監測壩體垂直變形。縱橫向靜力水準儀系統在壩基中部的縱橫廊道交點附近設共用標定點。

雙管金屬標主要埋設于樁號0+280.00（14#壩段）、0+417.00（21#壩段）、0+537.50（29#壩段）、0+732.50（42#壩段）、0+850.00（48#壩段）和1+490.00（80#壩段）。

在三個重點監測斷面的上下游壩基內埋設四點式多點位移計各2組，另在37#壩段上游埋設1組四點式多點位移計，監測壩基垂直變形量。

2.滲流監測

滲流滲壓觀測包括大壩壩基揚壓力、兩壩肩滲透壓力、壩體混凝土滲透壓力以及大壩和壩基滲流量觀測。

（1）壩體混凝土滲透壓力。在碾壓施工縫面布設滲壓計，由各高程上游側的第一支滲壓計，可得到壩體混凝土在高程方向的滲透壓力分布，各層滲壓計可得到混凝土的沿水平方向的滲透壓力分布。在重點監測斷面：擋水壩段、溢流壩段、右岸臺地57#壩段的中心斷面上布設滲壓計測點間距自上游面起，由密漸疏布置34支滲壓計；在中孔壩段孔口底部及腰線位置布設4支滲壓計；在底孔壩段孔口底部及腰線布設6支滲壓計。

（2）壩基揚壓力。沿平行壩軸線、垂直壩軸線布設測壓管以觀測河床壩段壩基帷幕前后縱橫向的揚壓力分布，共計83支測壓管。在測壓管內安裝滲壓計，測壓管安裝應在固結和帷幕灌漿后進行，以免管內堵塞，監測孔在建基面以下1.0m深度。在25#、29#、35#、37#以及57#壩段上游帷幕前后各布設1支滲壓計，共計10支。

（3）繞壩滲流及地下水位監測。主要觀測壩肩的滲壓分布，并同帷幕監測結合布置。左右岸各設3個測點，鉆孔安裝測壓管，在測壓管內安裝滲壓計，共計6支。繞壩滲流測壓管可同時作為地下水位長期監測孔。

（4）拐點壩段和施工越冬層滲流監測。在13#、14#兩個壩段中心斷面高程718.00m，由壩面至壩體排水管之間由密漸疏布設滲壓計各3支，共計6支滲壓計。

對29#、35#、57#壩段兩層施工越冬層進行滲流監測。在越冬層新舊混凝土結合面處，由壩面至壩體排水管之間由密漸疏布設滲壓計各4支，共計20支。

（5）滲流量。對壩體、壩基的滲流量進行分段分區觀測。壩體滲水是分段排出壩外的：主河床壩段和右岸臺地壩段。主河床壩段基礎設有兩個集水井，滲水由各縱橫向基礎廊道匯集到壩基集水井內，在集水井左右排水溝內分段設置安裝量水堰觀測碾壓混凝土壩的滲流量，右岸臺地壩段滲水分別由基礎灌漿廊道匯集后由左右岸交通廊道排至壩外的滲流量，共21個量水堰；量水堰采用標準三角堰，均采用量水堰儀進行自動化量測。

3.大壩應力應變及溫度監測

大壩應力應變及溫度監測包括應力應變、壩體和壩基溫度、結構縫和裂縫開合度等項目。

（1）大壩應力應變。對兩個重點監測斷面擋水壩段35#、溢流壩段29#，另外對中孔和底孔壩段進行應力應變監測。29#壩段及35#壩段的上、中、下游布設12組五向應變計組，每組配備1支無應力計。在中孔控制閘井的邊墻內外側、底板上下側的受拉受壓比較大的部位布設5支鋼筋計和1支無應力計，中孔過水孔洞四周布設4支鋼筋計、4支鋼板計、4支滲壓計。在底孔控制閘井的邊墻內外側、底板上下側受拉受壓比較大的部位各布設8支鋼筋計和1支無應力計，過水孔洞四周布設鋼筋計、鋼板計、滲壓計各6支。

29#、35#、57#壩段壩趾處各布設1支土壓力計，監測壩趾基礎壓力。在溢流壩段表面的常態混凝土內布設3支鋼筋計，監測溢流面混凝土內鋼筋應力。

（2）大壩溫度。溫度監測有庫水溫度、壩體內部碾壓混凝土溫度和壩體表面溫度及壩基基礎溫度等。對壩體表面溫度和庫水溫觀測，采用將溫度計埋設在距壩體上下游表面5～10cm的壩體混凝土內，且測點沿高程分布，壩體內部混凝土溫度采用網格布置溫度測點，網格間距為8～15m。基巖溫度在溫度監測斷面的基礎底部，靠上、下游采用在基礎面設置一排5～10m深的鉆孔，在孔內不同的深度處設置測點布設溫度計，以監測基礎溫度分布，完成后用水泥砂漿回填孔洞。

主監測斷面分別是擋水壩段35#、溢流壩段29#、右岸臺地57#壩段、輔助監測斷面25#壩段中心位置按高程布設溫度計，對大壩溫度進行監測。另外對中孔壩段、底孔壩段的孔洞周圍進行溫度監測。

庫水溫度監測：一般在死水位以上，由于受運行水位變化和日照影響，溫度變化較大，越靠近庫水表面溫度波動越大，本工程水庫死水位680.00m，正常水位739.00m，大壩壩高121.50m，在死水位以上，水溫度計布置間距為5m左右，死水位以下一般為10～15m，各監測斷面的溫度計布設在相同高程，位置控制在距上游表面5～10cm內，共計27支溫度計。

壩體混凝土溫度監測：擋水壩段35#、溢流壩段29#、右岸臺地57#壩段、輔助監測斷面25#壩段中心位置上沿高程按矩形網格布設電阻溫度計，以監測壩體內部溫度，共計146支溫度計。在中孔壩段其孔洞周圍布設溫度計，共計10支溫度計；在底孔壩段其孔洞周圍布設溫度計，共計16支溫度計。

基礎溫度監測：在大壩主監測斷面基礎上、中、下游鉆孔，分別埋設5支溫度計，監測基巖在混凝土水化熱溫升時對基礎的溫度傳遞和基礎不同深度下溫度分布，共計50支溫度計；另在溫度監測斷面的基礎混凝土墊層內埋設溫度計，監測墊層常態混凝土的溫度，共計12支溫度計。

越冬層溫度監測：越冬層溫度監測是一個重點監測部位。由于新舊混凝土的溫差比較大，根據溫控計算表面，施工期越冬層會由于溫度應力較大而引起水平裂縫。因此，選擇主河床26#、29#、32#、35#壩段施工越冬層上、中、下游新舊混凝土接觸面的5～10cm范圍內各埋設溫度計各3支，共計24支。

（3）壩體橫縫及裂縫。縫的監測包括壩體橫縫的開合度和壩體有可能發生裂縫的部位，如受拉區、壩體與兩岸坡的結合部位、陡坡段并縫灌漿處、碾壓混凝土上游防滲層與內部碾壓混凝土的界面處、溢流壩下游碾壓混凝土臺階與常態混凝土的結合面處以及施工越冬面。

橫縫監測：根據壩體結構的布置，在24#、26#號、29#、35#、39#壩段橫縫高程638.00m、643.00m、648.00m、668.00m、698.00m、718.00m、738.00m的上、中、下處設置測縫計各3支，共計81支。

裂縫監測：在重點監測斷面即擋水壩段、溢流壩段、右岸臺地57#壩段、輔助監測斷面25#壩段的中心斷面布設21支裂縫計；在左右岸陡坡段18#、25#、26#、35#。36#、39#壩段墊層與基巖接觸的斜坡段壩軸線布設2支裂縫計，共計12支裂縫計。

施工越冬層的裂縫監測作為一個重點監測部位。由于新舊混凝土的溫差比較大，根據溫控計算表面，施工期越冬層會由于溫度應力較大而引起水平裂縫。因此，選擇主河床26#、29#、32#、35#壩段施工越冬層即高程645.00m、699.00m平面上下游新舊混凝土埋設24支裂縫計。

接觸縫的監測：25#、29#、35#、37#、57#、中、底孔壩段壩體與基礎結合部位的上下游布設裂縫計監測壩體基礎面的開合度，共計20支裂縫計。

（4）拐點兩側壩段裂縫監測。在13#、14#兩壩段的拐點結構縫處，選擇高程725.00m、738.00m截面作為監測斷面，在各截面的上、下游布設測縫計各2支，共計4支，同時在兩壩段基礎與壩基結合部位的上、下游布設裂縫計各2支，共計4支。

3.2.1.2　發電引水系統

發電引水系統主要包括進水口、引水隧洞、高壓力鋼管等監測部位。

1.進水口監測

通過埋設應變計組和無應力計監測其應力應變，埋設鋼筋計、鋼板計監測鋼筋、鋼板應力。在進水口墩墻內外側、底板上下側布設鋼筋計和無應力計以監測進水口邊墩底板的鋼筋應力和混凝土應變，共計12支鋼筋計，1支無應力計；在進水口基巖與閘室常態混凝土結合面布設2支裂縫計和3支滲壓計，在基巖內埋設2組多點位移計，監測進水口基礎的變形和揚壓力；底板設有錨固結構，沿縱向中心線方向設置2支錨桿應力計；在進水口上游面5～10cm的混凝土內沿高程方向設置6支溫度計，以監測庫內水溫。

進水口漸變段設置2個監測斷面，各監測斷面布設3支鋼筋計，在漸變段襯砌混凝土與洞身結合部位埋設2支測縫計、1支滲壓計。

2.引水隧洞監測

引水隧洞設置2個監測斷面。在各監測斷面底部埋設1支滲壓計，監測隧洞襯砌外水壓；在襯砌與圍巖之間設置1支測縫計，監測襯砌混凝土與圍巖之間縫的開合度；在鋼板表面布設4支鋼板計，以監測鋼板應力。

3.高壓力鋼管監測

在鋼岔管、支管設置鋼板計，監測鋼管管壁的應力。在各監測斷面的四周布設鋼筋計、鋼板計，共計3支鋼筋計、31支鋼板計。

3.2.1.3　發電廠房

本工程廠房基礎為弱風化—微風化變質砂巖，因此需進行廠房沉陷和變形監測，同時監測基礎底板揚壓力的分布情況。

1.廠房底板基礎監測

在1#、3#機組中心線上，沿上下游方向基礎與基巖結合面上各埋設3支滲壓計，監測廠房基礎的滲透壓力；同時，在1#機組沿中心線上下游方向基巖內埋設2組多點位移計監測廠房基巖變形。

2.尾水管監測

在1#、3#機組樁號廠0+007.00和0+014.00尾水管底、頂部埋設8支鋼筋計，以監測尾水管的受力情況。

3.蝸殼監測

在1#、3#機組蝸殼及其外圍混凝土內埋設2支鋼筋計，4支鋼板計。

4.廠房分縫監測

沿主廠房中心線結構縫處高程636.30m和639.10m監測斷面的上、中、下游布設5支測縫計，以監測廠房結構縫的開合度。

3.2.2　監測系統自動化

本工程安全監測自動化系統工程主要包括：數據采集裝置、監控通信網絡、計算機軟硬件及外部設備、監控管理及分析軟件。數據采集裝置根據傳感器類型分為四類模塊：振弦式傳感器、差阻式傳感器、電容式傳感器（變形監測儀器）和電位器式傳感器（多點位移計）。數據采集裝置和監控管理及分析軟件生產廠家均為南京南瑞集團公司。

安全監測自動化系統自2009年6月開始逐步實施，2010年基本完成，2011年主體工程竣工。目前系統監測頻次為1次/d。