丹江口大壩加高工程變形監測總體設計
摘要: 丹江口大壩加高工程是南水北調中線的水源工程，系在已建成的大壩基礎上進行加高施工。初期工程原有監測設施已執行幾十年，許多設施已老化，且大壩加高部分需增設一些監測設施進行變形監測。
介紹了大壩變形監測網的組成和設定，以及混凝土壩、電站廠房、垂直公升船機、土石壩監測系統的具體方案設計，本系統利用和改造了原有大壩的監測系統，並在加高部分布置新的監測設施，從而形成新的丹江口大壩變形監測系統。
關鍵詞: 壩加高;變形監測;設計;丹江口水利樞紐
中圖分類號: tv698.1+ 1 文獻標識碼: a
1 工程概況
丹江口水利樞紐位於湖北省丹江口市漢江幹流上，具有防洪、供水、發電、航運等綜合效益，是開發治理漢江的關鍵工程，同時也是南水北調中線的水源工程，根據工程規劃和工程施工的實際情況，丹江口水利樞紐分二期開發建設。
初期工程於2023年開工，2023年建成，正常蓄水位155m，2023年抬高至157m，壩頂高程162m。初期工程建成後，發揮了巨大效益。但是，由於國民經濟的發展，初期規模已不能滿足國民經濟各部門的需要。
2023年開始，丹江口水利樞紐在已建成初期規模的基礎上，對大壩進行加高，即二期規模工程。二期工程涉及到土壩加高和混凝土壩加高，根據工程規劃，壩頂加高14.6m至高程176.
6m，擋水建築物總長3442m。混凝土大壩採用在壩頂及下游壩坡現澆混凝土方式加高培厚，以滿足大壩擋水時穩定和應力要求，壩長仍為1141m，混凝土壩表孔堰頂抬高至高程152m，最大壩高117m。右岸土石壩改線重建，長877m，最大壩高60m，左岸土石壩加高培厚，左壩肩向左延長200m，長1424m，最大壩高71.
6m。電站廠房裝機及布置無變化。通航建築物由初期的150t公升船機擴建為300t公升船機，其總體布置不變。
設計蓄水位由157m提高到170m，總庫容達290.5億m3 ，比初期工程增加庫容116億m3 、有效調節庫容88億m3 、防洪庫容33億m3 。
2 加高工程變形監測系統綜述
丹江口水利樞紐初期工程原有監測設施已經執行幾十年，是乙個較完善的變形監測系統，但由於很多設施已老化，無法繼續滿足今後的監測需要。同時，由於需增設一些監測設施對加高工程新建的部分進行變形監測，因此需要立即建立新的丹江口大壩變形監測系統。
加高工程變形監測系統設計就是在原有監測系統的基礎上，綜合考慮了加高部分的特殊性，對原有監測系統一部分進行沿用、一部分進行了改造，同時結合老監測系統的布置，在加高部分增設新的監測設施，最終滿足加高後整個大壩及樞紐的變形監測要求。
本文將對丹江口大壩加高工程新的變形監測系統設計進行簡述。
3 變形監測網
3.1 水平位移監測網
水平位移監測網由全網和簡網組成。
全網為邊、角全測的邊角網，由15個網點組成。
全網劃分為3個簡網:混凝土壩監測網（又稱中簡網），由5個監測網點組成;左岸土石壩監測網（又稱左簡網），由8個監測網點組成;右岸土石壩監測網（又稱右簡網），由7個監測網點組成。3個簡網均為邊、角全測的邊角網。
水平位移監測網角度按國家一等三角測量方向觀測法要求施測，測角中誤差####mβ ≤0.7″;邊長觀測使用測距標準偏差|md |≤2mm的測距儀按國家中短程測距規範的ⅰ等邊長觀測要求進行施測;高程按國家二等水準的要求和精度施測。
3.2 垂直位移監測網
初期工程垂直位移監測網由上水準環線和下水準環線（校核水準環線）組成，位於大壩的下游。加高工程垂直位移監測網基本按初期點位布設，做了部分改建和增建。
上水準環線以沉01（平硐標）為工作基點，經右岸沉03、沉05、左岸左ⅰ-05、沉08組成上水準環線，在左岸土石壩壩頂尖山、右岸土石壩右壩肩岸坡地段，分別新建1座雙金屬標;在左岸土石壩背水側尖山段岸坡160m高程和右岸土石壩中部背水側岸坡155m高程，分別新建1座測溫鋼管標;環線長約30km。
下水準環線以洪山咀主點為基準點，經bmhl180′、光化大橋，沿漢江右岸經ⅰ—丹谷1、沉08至洪山咀組成環線，初期工程中的土中丙型標點需要改建成雙金屬標或測溫鋼管標;此外，在沉16附近（西關小學院角）新建1座雙金屬標;在沉07（市電子原件廠院角）、沉13、沉15（太山廟村委院角）附近各新建1座測溫鋼管標;右岸改建岩石基本標5座;環線長約60km。
垂直位移監測網採用幾何水準測量方法按國家一等水準測量精度及要求施測。
4 混凝土壩變形監測系統
4.1 水平位移監測
混凝土壩及基礎水平位移監測是在水平位移監測網的整體聯絡控制下，採用正、倒垂線，以及以垂線測點為工作基點的引張線和精密導線進行觀測，共計設定倒垂線14條、正垂線24條、引張線8條、精密導線2條、壩頂視準線5點。垂線也是壩體撓度的觀測設施。
（1）倒垂線。初期工程在1、7、13、24、25、26～27、31、44號壩段分別布設了1條倒垂線，在36號壩段布設了3條倒垂線，組成倒垂組。
加高工程除對初期布設的11條倒垂線進行改建外，在右5、7、42號壩段各增設1條倒垂線，以增強基礎的水平位移和撓度監測。同時，在14條倒垂線中設定三維倒垂線測點3點，方便對關鍵部位同時進行水平位移和垂直位移的監測。
（2）正垂線。初期工程在右5、7、9～10、13、18、21、26～27、31、34、39號壩段分別布設了1條正垂線。
加高工程將初期工程在原有正垂線壩段的加高部分分別增設1條正垂線，將垂線監測延伸至壩頂。垂線的懸掛點設在壩頂（高程176.6m），每條2個測點分別設在高程170.
0m觀測廊道和高程162.0m排水交通廊道內。並在右2、42號壩段從基礎到壩頂分別增加布設正垂線2條6個測點，以加強左右轉彎壩段部位的水平位移監測。
取消初期布設在36號壩段的正垂線1條，對其餘初期工程原有的正垂線進行改建。
（3）引張線和精密導線。初期工程原有4條引張線及2條精密導線，布置如下:①7～24號壩段，壩軸線下游15m的高程101m廊道（下游側）布設引張線1條17個測點;②25～31號壩段，壩軸線上遊17m的高程101m廊道（下游側）布設引張線1條7個測點;③7～26號壩段，初期壩頂高程159m廊道布設引張線1條19個測點;④27～36號壩段，初期壩頂高程159m廊道布設引張線1條9個測點;⑤在1號至右13號壩段高程150m廊道內，布設精密導線1條14個測點;⑥36～44號壩段高程140m廊道內，布設精密導線1條9個測點。
加高工程繼續沿用高程101m廊道內的2條引張線，用以繼續觀測大壩基礎各壩段上下游方向的水平位移。
將初期壩頂高程159m廊道原有的引張線改建，布設2條引張線:在深孔溢流壩段7～13號壩段改建布設引張線1條7個測點;在廠房壩段至左岸聯接壩段25～36號壩段改建布設引張線1條12個測點，用以繼續觀測原壩頂部分壩段上下游方向的水平位移，同時可與新建壩頂的水平位移進行比較。
加高工程在高程170m觀測廊道布設3條引張線，用以監測新建壩頂各壩段上下游方向的水平位移:在1～7號壩段高程170m廊道上游側布設引張線1條7個測點;在7～27號壩段高程170m廊道下游側布設引張線1條21個測點;在27～36號壩段高程170m廊道下游側布設引張線1條10個測點。
另外，在高程150m廊道1～7號壩段增加布設引張線1條7個測點，結合1號至右7號壩段高程150m廊道原有的1條精密導線7個測點，用以加強對右岸轉彎壩段水平位移監測。
同時，在36～44號壩段高程140m廊道保留布設精密導線1條9個測點，用以加強對左岸轉彎壩段水平位移監測。
（4）交會點。在混凝土壩典型壩段壩頂與正垂線結合處新增布設測邊（角）交會測點5個，加強對壩頂關鍵部位的水平位移監測。
4.2 垂直位移監測
混凝土大壩垂直位移監測點主要布置在大壩基礎廊道、高程170m觀測廊道和壩頂，在左、右岸轉彎壩段布設了豎直傳高儀，將壩頂水準測線和基礎水準測點聯絡;同時，選取一部分壩段在基礎橫向廊道和壩頂分別在上、下游側對應布設精密水準或靜力水準監測點，組成短水準組，觀測壩體的轉動或相對垂直位移。
（1）精密水準。初期工程在基礎廊道現存共有94個精密水準測點和6個傾斜觀測斷面12個測點，其中有28個深埋鋼管標，主要深置於壩基不同程度的破碎帶、斷裂、軟弱夾層部位。
加高工程在基礎廊道恢復布設8個精密水準測點;在基礎橫向廊道新增設9個傾斜觀測斷面18個測點。高程170m廊道右6～43號壩段各增設1個精密水準測點，共50個測點;在壩頂高程176.6m壩面新增設22個傾斜觀測斷面，分別在上、下游側對應布設乙個精密水準點，共44個測點。
（2）靜力水準。加高工程繼續沿用初期工程原有的靜力水準設施:19～31號壩段防滲板廊道和25～31號壩段基礎廊道靜力水準測線1條14個測點;基礎橫向廊道6個傾斜觀測斷面12個測點。
同時在右6～5號壩段基礎廊道新布設靜力水準測線6條20個測點（包括3個傾斜觀測斷面）;在9～24號壩段基礎廊道新布設靜力水準測線4條19個測點。在34～44號壩段基礎廊道新布設靜力水準測線2條14個測點（包括2個傾斜觀測斷面）。另在7、33號壩段基礎橫向廊道新布設2個傾斜觀測斷面4個測點。
在基礎廊道共計新布設靜力水準測線14條57個測點。
加高工程在右6～44號壩段高程170m觀測廊道內每壩段增設乙個測點，共新布設5條靜力水準測線54個測點，以加強對各壩段壩頂部位的垂直位移監測，同時和對應的精密水準測點進行相互參照、對比。
（3）雙金屬標。作為精密水準和靜力水準工作基點，加高工程在25號壩段增設1座雙金屬標。
（4）豎直傳高。為方便將壩頂高程傳至廊道，同時可以將壩頂水準和基礎廊道水準聯絡起來以構成系統，進行誤差改算，加高工程在右5、42號壩段分別布設豎直傳高2套，測點分別設在高程176.6m壩頂平面、高程170.
0m觀測廊道以及基礎廊道。
5 電站廠房變形監測
沿用初期工程在1、3、5、6號水輪機組的94m高程平台上分別布設的3個精密水準標點，共計12個測點。
同時，加高工程結合精密水準點增設靜力水準測線2條12個測點。
6 垂直公升船機變形監測
6.1 水平位移監測
在1、2、5、6號墩柱上各布設邊角交會點1個，共4個交會點，以附近的監測網點（工作基點）進行前方邊（角）交會。
6.2 垂直位移監測
在1～8號墩柱基座上各布設3個垂直位移監測點，共24個測點，以量測導軌傾斜及各墩柱間的不均勻沉降。
7 土石壩變形監測
7.1 左岸土石壩
7.1.1 水平位移監測
（1）交會點。在左岸土石壩壩頂上游側心牆頂布設交會監測點24個。在背水坡高程165m馬道上，布設交會監測點16個。
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