表孔溢洪洞运行性态分析及监测评价

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

1 引 言

表孔溢洪洞工程为恰甫其海水利枢纽的泄洪建筑物之一，为明流泄洪，断面最大平均流速高达30.8m/s，属高速水流运行状况。近八年初蓄期监测资料表明，表孔溢洪洞变形、外水压力、应力应变总体在设计允许或经验范围内，变化值符合一般规律，其泄流能力能够满足在运行期水库调洪运用要求，运行稳定。

2 工程概况

恰甫其海水利枢纽工程为大(1)型 I 等工程，表孔溢洪洞为1级建筑物，抗震设计烈度为8度。表孔溢洪洞主要功能是泄洪和排漂，洞身段全长490.35m，洞型为城门洞形，顶拱圆心角120°为无压明流洞，全断面采用钢筋混凝土衬砌，由进口控制段、斜井及反弧段、洞身段、出口明渠及消能段、进口闸房、液压启闭系统及弧型工作门、出口交通桥等部分组成。进口控制段为开敞式，堰型为WES曲线形实用堰，出口明渠采用窄缝式挑流鼻坎消能。

3 监测系统布设

表孔溢洪洞主要监测项目包括应力、应变监测，渗流监测，水力学监测和脉动压力监测。

a.应力、应变监测：在不同断面布置钢筋计9支，两向应变计9组，无应力计3支。以监测不同位置衬砌的应力应变。

b.渗流监测：在洞身0+046.05m、0+250m，洞出口0+480m，出口明渠槽末段0+661.579m，共设置4个监测断面。在各断面底板埋设渗压计，监测断面的渗透压力。

c.水力学观测：底流速监测：在表孔溢洪洞(出口)0+485m及(明渠渠槽末段)0+661.579m两个断面上，设置两个测点(在底板上预埋通用底座，监测时安装底流速仪)。

d.脉动压力监测：在表孔溢洪洞(出口)0+485m及(明渠渠槽末段)0+661.579m断面上，设置6个测点(在底板及侧墙上预埋通用底座，监测时安装脉动压力传感器底座)。

监测断面及仪器布置如下图所示。

图1 表孔溢洪洞监测断面及仪器布置

4 运行期实测资料分析

4.1 A-A断面测值分析

A-A断面共安装3支钢筋计(R36、R37、R38)； 3组应变计Y2-22、Y2-23、Y2-24； 1支无应力计(N5)； 1支渗压计(S52)。

a.钢筋应力分析：运行期R36(底板上层)钢筋计在拉应力区变化，与环境温度呈负相关； R37(底板下层)钢筋计呈受压状态，应力变化与温度呈正相关，变化平稳，最大值-8.98MPa(2008.4.28)，最小值-19.22MPa(2011.11.1)； R38(侧墙内层)钢筋计整体处在拉、压交替状态，应力变化与温度呈负相关，最大值8.85MPa(2006.1.5)，最小值-28.66MPa(2008.8.4)。

b.混凝土应变分析：由于Y2-22、Y2-23没有相应的无应力计组合，仅计算实测应变。Y2-24自埋设后两方向(Y2-24-1径向、Y2-24-2轴向)均在压应变区变化，且轴向压应变大于径向压应变。表孔溢洪洞A-A断面6支应变计(径向、轴向)应变趋势稳定，与环境温度呈正相关，且变化趋势一致。

c.无应力计分析：A-A断面埋设1支无应力计N5，采用相关点计算方法进行混凝土的应变计算。N5运行期变化平稳，最大值-139.87με(2008.8.4)，最低值-305.35με(2006.1.3)，N5无应力呈受压状态。无应力计与应变计变化趋势基本一致，其应力与环境温度呈正相关。

d.渗压计分析：渗压计S52运行后，在水库未蓄水前，其渗透压力变化不大； 随着上游库水位升高，其渗透压力与库水位呈正相关，相关系数为R=0.98。S52运行期水位变化平稳，与库水位变化趋势一致，最大值980.33m(2008.9.18)，最小值961.84m(2008.4.25)。

4.2 B-B断面测值分析

B-B断面共安装3支钢筋计R39、R40、R41； 3组应变计Y2-25、Y2-26、Y2-27； 1支无应力计(N6)； 1支渗压计(S53)。

a.钢筋应力分析：R39(底板上层)、R40(底板下层)、R41(侧墙内层)，R40(底板下层)钢筋计运行期变化趋势平稳，呈受拉状态。R41运行期变化平稳，最大值为96.44MPa(2006.1.6)，最小值为16.89MPa(2008.8.4)。R41钢筋应力呈受拉状态，应力与温度基本呈负相关。

b.混凝土应变分析：Y2-27两方向(Y2-27-1径向、Y2-27-2轴向)均在拉应变区变化，轴向拉应变大于径向拉应变，整体变化趋势与环境温度基本呈负相关。

c.无应力计分析：N6运行期变化平稳，最低值-382.79με(2006.2.28)，最大值-157.79με(2011.8.27)，N6呈受压状态。无应力计变化趋势与应变计变化趋势一致，与环境温度呈正相关。

d.渗压计分析：渗压计S53 在2005年蓄水时，渗压水位为938.69m。运行期变化平稳，与库水位变化趋势基本一致。最大值946.79m(2007.1.13)，最小值937.92m(2011.5.3)。

4.3 C-C断面测值分析

C-C断面共安装埋设了3支钢筋计R42、R43、R44； 3组应变计Y2-28、Y2-29、Y2-30； 1支无应力计(N7)； 1支渗压计(S54)。

a.钢筋应力分析：钢筋计R42(底板上层)、R43(底板下层)、R44(侧墙内层)运行期底层与侧墙钢筋应力整体变化趋势在拉应力区变化，受力趋势相同，均呈受拉状态，与环境温度呈负相关。R43、R44运行期变化平稳，R43最大值为63.41MPa(2007.3.28)，最小值25.21MPa(2006.8.19)，R44最大值为54.22MPa(2006.1.4)，最小值10.0MPa(2008.8.4)。

b.混凝土应变分析：由于Y2-28、Y2-29无相应的无应力计组合，仅计算实测应变。Y2-28、Y2-29均径向与温度呈正相关，轴向与温度负相关。Y2-30(Y2-30-1、Y2-30-2)(侧墙)应变计组：Y2-30-1(径向)变化趋势在压应力区变化，与环境温度正相关； Y2-30-2(轴向)变化趋势在拉应力区变化，与环境温度呈负相关。

c.无应力计分析：C-C断面埋设一支无应力计N7，与应变计Y2-30相关点进行计算。运行期变化平稳，最大值-208.29με(2008.8.11)，最小值-412.41με(2006.2.16)，N7无应力计呈受压状态，趋势与应变计Y2-30变化趋势基本一致，其应力与环境温度呈正相关。

d.渗压计分析：渗压计S54运行期变化平稳，与库水位的变化趋势基本一致，且存在一定的滞后期。最大值935.65m(2006.12.19)，最小值921.53m，(2007.10.2)。

4.4 D-D和F-F断面测值分析

D-D(0+485.00)断面布设了1支底流速仪及3支脉动压力传感器基座。F-F(0+661.58)断面布设了1支底流速仪及3支脉动压力传感器基座； 1支渗压计S55。其中，底流速仪及脉动压力传感器基座还未正式投入使用。

S55运行期变化平稳，与库水位的变化趋势基本一致。最大值920.0m(2007.1.5)，最小值919.13m(2007.3.26)，运行期S55的最大变幅为0.87m。

表孔溢洪洞4个断面的监测资料表明：钢筋应力最大拉应力为96.41MPa(R41)，混凝土最大拉应变为108.02με(Y2-27-2)，最大外水压力为0.246MPa(A-A断面)。上述监测成果规律性较好，测值均在合理范围内，表孔溢洪洞工作性态正常。

5 结 语

通过对以上监测资料中应力、应变监测，渗流及水力学测值分析，表孔溢洪洞投运后外界温度是决定各测点应变量的主要因素，无应力计整体变化趋势与应变计变化趋势基本一致，其应力与环境温度呈正相关，渗压水位与库水位的变化趋势基本一致，洞内混凝土应力应变未发生突变。表孔溢洪洞变形、外水压力、应力应变均在设计允许或经验范围内，工作性态正常，运行状态良好。

1 恰甫其海枢纽工程表孔溢洪洞监测资料分析[R].

2 孔庆梅.黄河公伯峡水电站导流洞运行性态分析研究[R].

3 新疆水利水电勘察设计研究院.恰甫其海枢纽工程初步设计报告[R].