3.2　安全监测系统设计

本工程监测系统主要包括碾压混凝土重力坝主坝、引水发电系统、厂房、沥青心墙副坝、库岸监测及其自动化系统等。按监测内容分有变形监测、应力应变及温度监测、渗流渗压监测、边坡稳定监测、水力学监测、上游库水位和尾水位、坝址区的气温和湿度等。本工程监测项目齐全，监测类型多样，监测仪器布置精细，确保了大坝安全运行。本工程监测部位及项目见表3.1，大坝监测部位及仪器数量统计见表3.2，典型监测断面布置见本章第3.3节。

3.2.1　监测仪器布置

3.2.1.1　碾压混凝土重力坝（主坝）

本工程大坝主坝为碾压混凝土重力坝，坝址岩性以变质砂岩、变质砂岩夹石英片岩为主，坝址区具有工程地质意义的物理地质现象是岩体的风化、岸边卸荷不稳定体及崩塌现象。主副坝的地震设防烈度为Ⅷ度，其余建筑物的地震设防烈度为Ⅶ度，主坝的监测重点为变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测，另外还包括坝体的地震反应监测。重点监测断面包括：溢流坝段29#坝段（桩号0+537.50）、主河床坝段35#坝段（桩号0+627.00）、右岸台地57#坝段（桩号1+030.00）；辅助监测断面25#坝段（桩号0+478.00）、中孔33#坝段以及底孔32#坝段。

1.变形监测

（1）水平位移。重力坝坝体和坝基的水平位移采用引张线法和真空激光准直系统观测。坝体挠度采用垂线法观测，坝基挠度采用倒垂组观测。垂线设置在地质或结构复杂的具有代表性的坝段。正垂线采用“一线多测站式”。倒垂线钻孔深度参照坝工设计计算结果，达到变形可忽略不计处。在各高程廊道内与垂线相交处均设置监测坝体内部变形的监测点。水平位移监测点布设在坝顶和观测廊道内，每一坝段均设置一个测点，引张线采用浮托式。

大坝共设三层廊道，在坝顶设一条引张线和一条真空激光准系统，监测坝体表面变形，在廊道内设置真空激光准直系统和引张线，监测坝体内部变形。

在50#～61#坝段的坝顶平行坝轴线分别布设了一条引张线，共计7个测点。在14#～80#坝段的坝顶高程745.00m廊道内设置真空激光准直系统，在21#～42#坝段高程706.50m廊道内平行坝轴线布设真空激光准直系统。

根据大坝结构和布置共设9条垂线，分别在14#坝段（桩号0+280.00）、21#坝段（桩号0+417.00）、25#坝段（桩号0+478.00）、29#坝段（桩号0+537.50）、35#坝段（桩号0+627.00）、42#坝段（桩号0+732.50）、48#坝段（桩号0+850.00）、62#坝段（桩号1+130.00）、80#坝段（桩号1+490.00），垂线为正倒垂组。

桩号坝0+280.00处，垂线从坝顶钻孔至高程719.50m廊道，形成一条正垂线PL1-1，倒垂线IP1从高程719.50m廊道钻孔穿过基础至高程688.50m，基础部分孔深31m，该垂线在719.50m设置测点，共2台坐标仪。

桩号坝0+417.00处，垂线从坝顶钻孔穿过高程706.50m廊道，形成正垂线PL2-2，从高程706.50m廊道至上游灌浆廊道高程678.00m，形成一条正垂线PL2-1，倒垂线从高程678.00m灌浆隧洞钻孔穿过基础至高程635.00m，孔深43m，形成倒垂IP2。

桩号0+478.00处，垂线从坝顶钻孔至高程706.50m廊道，形成一条正垂线PL3-3，从706.50m廊道钻孔穿过高程675.70m廊道至高程651.00m灌浆廊道，形成一条正垂线，分布PL3-1、PL3-2两个测点，从高程651.00m灌浆廊道钻孔至基岩高程596.00m，形成倒垂线IP3。

桩号0+537.50处，垂线从坝顶钻孔至高程629.00m灌浆廊道形成一条正垂线，分布PL4-3、PL4-2、PL4-1三个正垂线测点，从高程629.00m灌浆廊道钻孔至基岩高程576.00m，形成倒垂IP4。

桩号0+627.00处，垂线从坝顶钻孔至高程633.00m灌浆廊道形成一条正垂线，分布PL5-3、PL5-2、PL5-1三个正垂线测点，从高程633.00m灌浆廊道钻孔至基岩高程586.00m，形成倒垂IP5。

桩号0+732.50处，垂线从坝顶钻孔至高程706.50m廊道，形成一条正垂线PL6-2，从高程706.50廊道钻孔穿至高程676.00m廊道，形成正垂线PL6-1，从高程676.00m廊道钻孔至基岩高程628.30m，形成倒垂IP6。

桩号0+850.00处，垂线从高程697.00m廊道钻孔至基岩高程663.00m，形成倒垂线IP7。

桩号1+130.00处，垂线从高程697.00m廊道钻孔至基岩高程658.00m，形成倒垂线IP8。

桩号1+490.00处，垂线从高程745.50m廊道钻孔至基岩，形成倒垂线IP9。

由垂线顺河向水平位移观测值可得坝体挠度。

（2）垂直位移。坝体、坝基和近坝区岩体的垂直位移监测采用流体静力水准、双金属管标和多点位移计测量。

在28#～32#坝段基础廊道纵横向布设静力水准：纵向的静力水准线设在坝基上游帷幕灌浆廊道，布设5个点，横向静力水准设在桩号0+151.00（27#～28#）、0+552.20（30#～31#）、0+605.00（33#～34#）横向排水廊道内，各设5个测点观测坝体沿横向的变形分布，并以此计算坝基的倾斜；在桩号0+575.00坝段横向廊道内的高程675.10m布设3个静力水准测点，在48#～62#坝段的高程697.00m廊道内平行坝轴线布设9个静力水准测点，监测坝体垂直变形。纵横向静力水准仪系统在坝基中部的纵横廊道交点附近设共用标定点。

双管金属标主要埋设于桩号0+280.00（14#坝段）、0+417.00（21#坝段）、0+537.50（29#坝段）、0+732.50（42#坝段）、0+850.00（48#坝段）和1+490.00（80#坝段）。

在三个重点监测断面的上下游坝基内埋设四点式多点位移计各2组，另在37#坝段上游埋设1组四点式多点位移计，监测坝基垂直变形量。

2.渗流监测

渗流渗压观测包括大坝坝基扬压力、两坝肩渗透压力、坝体混凝土渗透压力以及大坝和坝基渗流量观测。

（1）坝体混凝土渗透压力。在碾压施工缝面布设渗压计，由各高程上游侧的第一支渗压计，可得到坝体混凝土在高程方向的渗透压力分布，各层渗压计可得到混凝土的沿水平方向的渗透压力分布。在重点监测断面：挡水坝段、溢流坝段、右岸台地57#坝段的中心断面上布设渗压计测点间距自上游面起，由密渐疏布置34支渗压计；在中孔坝段孔口底部及腰线位置布设4支渗压计；在底孔坝段孔口底部及腰线布设6支渗压计。

（2）坝基扬压力。沿平行坝轴线、垂直坝轴线布设测压管以观测河床坝段坝基帷幕前后纵横向的扬压力分布，共计83支测压管。在测压管内安装渗压计，测压管安装应在固结和帷幕灌浆后进行，以免管内堵塞，监测孔在建基面以下1.0m深度。在25#、29#、35#、37#以及57#坝段上游帷幕前后各布设1支渗压计，共计10支。

（3）绕坝渗流及地下水位监测。主要观测坝肩的渗压分布，并同帷幕监测结合布置。左右岸各设3个测点，钻孔安装测压管，在测压管内安装渗压计，共计6支。绕坝渗流测压管可同时作为地下水位长期监测孔。

（4）拐点坝段和施工越冬层渗流监测。在13#、14#两个坝段中心断面高程718.00m，由坝面至坝体排水管之间由密渐疏布设渗压计各3支，共计6支渗压计。

对29#、35#、57#坝段两层施工越冬层进行渗流监测。在越冬层新旧混凝土结合面处，由坝面至坝体排水管之间由密渐疏布设渗压计各4支，共计20支。

（5）渗流量。对坝体、坝基的渗流量进行分段分区观测。坝体渗水是分段排出坝外的：主河床坝段和右岸台地坝段。主河床坝段基础设有两个集水井，渗水由各纵横向基础廊道汇集到坝基集水井内，在集水井左右排水沟内分段设置安装量水堰观测碾压混凝土坝的渗流量，右岸台地坝段渗水分别由基础灌浆廊道汇集后由左右岸交通廊道排至坝外的渗流量，共21个量水堰；量水堰采用标准三角堰，均采用量水堰仪进行自动化量测。

3.大坝应力应变及温度监测

大坝应力应变及温度监测包括应力应变、坝体和坝基温度、结构缝和裂缝开合度等项目。

（1）大坝应力应变。对两个重点监测断面挡水坝段35#、溢流坝段29#，另外对中孔和底孔坝段进行应力应变监测。29#坝段及35#坝段的上、中、下游布设12组五向应变计组，每组配备1支无应力计。在中孔控制闸井的边墙内外侧、底板上下侧的受拉受压比较大的部位布设5支钢筋计和1支无应力计，中孔过水孔洞四周布设4支钢筋计、4支钢板计、4支渗压计。在底孔控制闸井的边墙内外侧、底板上下侧受拉受压比较大的部位各布设8支钢筋计和1支无应力计，过水孔洞四周布设钢筋计、钢板计、渗压计各6支。

29#、35#、57#坝段坝趾处各布设1支土压力计，监测坝趾基础压力。在溢流坝段表面的常态混凝土内布设3支钢筋计，监测溢流面混凝土内钢筋应力。

（2）大坝温度。温度监测有库水温度、坝体内部碾压混凝土温度和坝体表面温度及坝基基础温度等。对坝体表面温度和库水温观测，采用将温度计埋设在距坝体上下游表面5～10cm的坝体混凝土内，且测点沿高程分布，坝体内部混凝土温度采用网格布置温度测点，网格间距为8～15m。基岩温度在温度监测断面的基础底部，靠上、下游采用在基础面设置一排5～10m深的钻孔，在孔内不同的深度处设置测点布设温度计，以监测基础温度分布，完成后用水泥砂浆回填孔洞。

主监测断面分别是挡水坝段35#、溢流坝段29#、右岸台地57#坝段、辅助监测断面25#坝段中心位置按高程布设温度计，对大坝温度进行监测。另外对中孔坝段、底孔坝段的孔洞周围进行温度监测。

库水温度监测：一般在死水位以上，由于受运行水位变化和日照影响，温度变化较大，越靠近库水表面温度波动越大，本工程水库死水位680.00m，正常水位739.00m，大坝坝高121.50m，在死水位以上，水温度计布置间距为5m左右，死水位以下一般为10～15m，各监测断面的温度计布设在相同高程，位置控制在距上游表面5～10cm内，共计27支温度计。

坝体混凝土温度监测：挡水坝段35#、溢流坝段29#、右岸台地57#坝段、辅助监测断面25#坝段中心位置上沿高程按矩形网格布设电阻温度计，以监测坝体内部温度，共计146支温度计。在中孔坝段其孔洞周围布设温度计，共计10支温度计；在底孔坝段其孔洞周围布设温度计，共计16支温度计。

基础温度监测：在大坝主监测断面基础上、中、下游钻孔，分别埋设5支温度计，监测基岩在混凝土水化热温升时对基础的温度传递和基础不同深度下温度分布，共计50支温度计；另在温度监测断面的基础混凝土垫层内埋设温度计，监测垫层常态混凝土的温度，共计12支温度计。

越冬层温度监测：越冬层温度监测是一个重点监测部位。由于新旧混凝土的温差比较大，根据温控计算表面，施工期越冬层会由于温度应力较大而引起水平裂缝。因此，选择主河床26#、29#、32#、35#坝段施工越冬层上、中、下游新旧混凝土接触面的5～10cm范围内各埋设温度计各3支，共计24支。

（3）坝体横缝及裂缝。缝的监测包括坝体横缝的开合度和坝体有可能发生裂缝的部位，如受拉区、坝体与两岸坡的结合部位、陡坡段并缝灌浆处、碾压混凝土上游防渗层与内部碾压混凝土的界面处、溢流坝下游碾压混凝土台阶与常态混凝土的结合面处以及施工越冬面。

横缝监测：根据坝体结构的布置，在24#、26#号、29#、35#、39#坝段横缝高程638.00m、643.00m、648.00m、668.00m、698.00m、718.00m、738.00m的上、中、下处设置测缝计各3支，共计81支。

裂缝监测：在重点监测断面即挡水坝段、溢流坝段、右岸台地57#坝段、辅助监测断面25#坝段的中心断面布设21支裂缝计；在左右岸陡坡段18#、25#、26#、35#。36#、39#坝段垫层与基岩接触的斜坡段坝轴线布设2支裂缝计，共计12支裂缝计。

施工越冬层的裂缝监测作为一个重点监测部位。由于新旧混凝土的温差比较大，根据温控计算表面，施工期越冬层会由于温度应力较大而引起水平裂缝。因此，选择主河床26#、29#、32#、35#坝段施工越冬层即高程645.00m、699.00m平面上下游新旧混凝土埋设24支裂缝计。

接触缝的监测：25#、29#、35#、37#、57#、中、底孔坝段坝体与基础结合部位的上下游布设裂缝计监测坝体基础面的开合度，共计20支裂缝计。

（4）拐点两侧坝段裂缝监测。在13#、14#两坝段的拐点结构缝处，选择高程725.00m、738.00m截面作为监测断面，在各截面的上、下游布设测缝计各2支，共计4支，同时在两坝段基础与坝基结合部位的上、下游布设裂缝计各2支，共计4支。

3.2.1.2　发电引水系统

发电引水系统主要包括进水口、引水隧洞、高压力钢管等监测部位。

1.进水口监测

通过埋设应变计组和无应力计监测其应力应变，埋设钢筋计、钢板计监测钢筋、钢板应力。在进水口墩墙内外侧、底板上下侧布设钢筋计和无应力计以监测进水口边墩底板的钢筋应力和混凝土应变，共计12支钢筋计，1支无应力计；在进水口基岩与闸室常态混凝土结合面布设2支裂缝计和3支渗压计，在基岩内埋设2组多点位移计，监测进水口基础的变形和扬压力；底板设有锚固结构，沿纵向中心线方向设置2支锚杆应力计；在进水口上游面5～10cm的混凝土内沿高程方向设置6支温度计，以监测库内水温。

进水口渐变段设置2个监测断面，各监测断面布设3支钢筋计，在渐变段衬砌混凝土与洞身结合部位埋设2支测缝计、1支渗压计。

2.引水隧洞监测

引水隧洞设置2个监测断面。在各监测断面底部埋设1支渗压计，监测隧洞衬砌外水压；在衬砌与围岩之间设置1支测缝计，监测衬砌混凝土与围岩之间缝的开合度；在钢板表面布设4支钢板计，以监测钢板应力。

3.高压力钢管监测

在钢岔管、支管设置钢板计，监测钢管管壁的应力。在各监测断面的四周布设钢筋计、钢板计，共计3支钢筋计、31支钢板计。

3.2.1.3　发电厂房

本工程厂房基础为弱风化—微风化变质砂岩，因此需进行厂房沉陷和变形监测，同时监测基础底板扬压力的分布情况。

1.厂房底板基础监测

在1#、3#机组中心线上，沿上下游方向基础与基岩结合面上各埋设3支渗压计，监测厂房基础的渗透压力；同时，在1#机组沿中心线上下游方向基岩内埋设2组多点位移计监测厂房基岩变形。

2.尾水管监测

在1#、3#机组桩号厂0+007.00和0+014.00尾水管底、顶部埋设8支钢筋计，以监测尾水管的受力情况。

3.蜗壳监测

在1#、3#机组蜗壳及其外围混凝土内埋设2支钢筋计，4支钢板计。

4.厂房分缝监测

沿主厂房中心线结构缝处高程636.30m和639.10m监测断面的上、中、下游布设5支测缝计，以监测厂房结构缝的开合度。

3.2.2　监测系统自动化

本工程安全监测自动化系统工程主要包括：数据采集装置、监控通信网络、计算机软硬件及外部设备、监控管理及分析软件。数据采集装置根据传感器类型分为四类模块：振弦式传感器、差阻式传感器、电容式传感器（变形监测仪器）和电位器式传感器（多点位移计）。数据采集装置和监控管理及分析软件生产厂家均为南京南瑞集团公司。

安全监测自动化系统自2009年6月开始逐步实施，2010年基本完成，2011年主体工程竣工。目前系统监测频次为1次/d。