景洪水电站水力式升船机安全监测设计

中图分类号：TV74文献标识码： A

【摘要】景洪水电站通航建筑物采用水力驱动垂直升降式升船机。针对该升船机具体运行工况进行分析，提出在充泄水、承船厢、同步轴及制动器、钢丝绳、电源以及控制网络等系统可能发生的主要事故工况，并详细分析了每一种事故工况可能导致的严重后果，最后给出可提供船机控制系统采用的应对策略。

1概述

景洪水电站水力式升船机布置在溢流坝段右侧6#、7#坝段内，主要由上闸首段、塔楼段（船厢池段）、下闸首段等部分组成。

塔楼是升船机的主体建筑物，它的安全运行是升船机安全运行的关键。由于塔楼是薄壁高耸结构，受力条件复杂，另外这种大型水力式升船机在国内还是第一次使用，尚无先例可借鉴。因此，为掌握升船机塔楼的工作性态、及时发现问题，并检验设计理论，安全监测是十分必要的。

根据景洪水电站水力式升船机自身特点，主要监测项目有：变形监测；塔楼内部的应力应变及温度监测；上闸首和塔楼底板扬压力监测；塔楼结构强震监测等。

2安全监测设计

2.1监测设计重点

2.1.1变形监测

变形监测能直观反映建筑物工作性态，集中体现建筑物结构形态的变化，为评价工程的安全、验证设计提供实测资料，是安全监测系统的重要组成部分。

（1）大量的数值计算表明，受到地震、风和温降荷载作用，景洪升船机塔楼顶部横河向位移较大，故塔楼顶部横河向位移监测为监测设计的重点。

（2）景洪升船机塔楼结构竖向位移主要受结构自重影响，基本为下沉，且越靠近结构顶部沉降值越大。所以塔楼顶部垂直位移监测为监测设计重点。

（3）景洪升船机塔楼高92m，为薄壁高耸结构，施工期对塔楼垂直度要求很高，运行期两塔柱之间的相对位移、挠度以及倾斜关系到升船机的正常运行。因此，两塔柱之间的相对位移、挠度、倾斜监测为重点监测项目。

（4）景洪升船机由上闸首、塔楼、下闸首三部分组成，在升船机运行期间，上闸首与塔楼之间，塔楼与下闸首之间，以及塔楼中部的三条纵向分缝均存在水平向错动及分缝的张开，故分缝部位的接缝开合度监测为监测设计的重点。

（5）景洪升船机建基面的抗滑稳定及抗倾覆稳定是确定升船机各结构的整体稳定及应力的重要因素，因此，基础变形监测是监测的重点项目之一。

2.1.2应力应变及温度监测

（1）景洪升船机塔楼竖井边墙顺河向应力受温度荷载影响较大，在温升情况下，边墙内侧（靠竖井一侧）受拉、外侧受压。在温降情况下，边墙外侧受拉、内侧受压；竖井的底部在无温降荷载作用下，均出现拉应力集中现象；塔楼竖井间的隔墙主要在竖井内水压作用下，其横河向应力基本为拉应力，在竖井连通廊道的顶部出现显著的拉应力集中；塔楼之间的联系梁在各种工况下，梁底部也有较大的横河向拉应力；因此在以上部位的应力应变及温度监测是监测设计的重点。

（2）景洪升船机塔楼竖井井筒钢衬和输水管道钢衬在内水压作用下产生的应力也是监测设计的重点之一。

2.2监测设计难点

水力浮动式升船机是一种新型通航过坝设施，采用的是水力驱动而不是电力驱动，具有与传统升船机不同的特性，安全监测设计无相关经验可借鉴，因此，设计存在很多难点。

（1）由于景洪升船机塔楼体型结构特殊，与以往水工建筑物混凝土结构差异较大，在布置正倒垂线进行塔楼的挠度监测时，对垂线布设的位置选取成为本工程的难点之一。

（2）升船机塔楼顶部EL.614.0m平台及其上部吊车梁处在密闭空间内，无法采用GPS方法进行位移自动化监测，因此，该部位位移变形自动化监测手段的选取成为本工程的难点之一。

（3）升船机塔楼竖井间的隔墙厚度仅为1.4m，塔楼竖井边墙厚度仅为1.85~2.25m，在边墙、隔墙中还贯穿预应力锚索并配有环向、横河向、顺河向、垂直方向的钢筋。而这些部位的应力应变及温度监测又至关重要，因此，如何合理分配监测仪器的埋设空间也是本工程的难点之一。

（4）升船机塔楼被纵向结构缝分为前后两部分，变形监测仪器布置在其中任意一部分均不能代表塔楼的整体变形，因此，需要在分缝前后都布置相应的变形监测仪器，这也成为本工程的难点之一。

2.3变形监测

2.3.1塔楼顶部位移监测

在塔楼竖井两侧边墙顶部沿顺河向各布置1条引张线，每条引张线设置4个测点，同时在每条引张线测点与端点处对应布置1个表观点和1个水准点，以监测塔楼顶部水平及垂直位移。

2.3.2塔楼挠度监测

在上闸首段引张线两端点附近各布置1条正垂线，1条倒垂线，每条正垂长70m，倒垂线钻至基岩下30m；在塔楼段两个楼梯井中各布置2条正垂线，1条倒垂线。每条正垂长40m，倒垂线钻至基岩下30m，正垂线在EL.594.5m、EL.574.5m、EL.554.5m、EL.534.0m高程楼梯井内各布置1个测点。监测塔楼的挠度变化，并用来校核引张线的端点。

2.3.3塔楼倾斜监测

在两侧竖井内侧边墙EL.612.0m、EL.594.5m、EL.574.5m、EL.554.5m高程各布置1支倾斜仪，共计16支，监测两侧塔柱的倾斜变化情况，并与正倒垂线监测成果互相校验。

2.3.4接缝监测

在上闸首与塔楼结构缝、塔楼中部结构缝处各布置6组双向测缝计，塔楼与下闸首结构缝处布置2组双向测缝计，共计14组，监测结构缝处水平向的错动及结构缝的张开。在两侧竖井高程EL.575.0m高程处井筒钢衬四周与混凝土接合处共布置16支单向测缝计，监测钢衬四周与混凝土的接缝开合度。

2.3.5基础变形监测

沿升船机中心线在上闸首基础和塔楼基础共布置3套多点位移计，监测基础变形。

2.4应力应变及温度监测

2.4.1塔楼钢筋应力监测

在竖井井筒边墙竖直向钢筋、井筒环向钢筋、井筒靠下游隔墙内的横河向钢筋、井筒底部钢筋以及塔楼联系梁中部的横河向钢筋上布置钢筋计，共计66支。监测塔楼混凝土结构中的钢筋应力。

2.4.2塔楼混凝土应变监测

在竖井井筒底部布置五向应变计组，与每组五向应变计组相距1m对应布置无应力计，共计4组五向应变计组、4支无应力计。监测竖井底部混凝土结构中的混凝土应变。

2.4.3塔楼混凝土温度监测

在竖井内外两侧边墙分别布置温度计，以观测内外温差，以此推算温差引起的温度应力，共布置8支温度计。

2.4.4井筒和输水管道钢衬应力监测

在竖井井筒钢衬上布置钢板计，在输水管道进水段和出水段钢衬上布置钢板计，总计40支，监测在内水压作用下钢衬的应力情况。

2.4.5塔楼基础压应力监测

在塔楼中心线与基础接触面共布置2支压应力计，监测基础面的压应力情况。

2.5扬压力监测

在上闸首和塔楼底板共布置7支渗压计进行底板扬压力监测。其中上闸首段渗压计布置在上闸首顺河向中心线上，塔楼段渗压计布置在两侧井筒底板顺河向中心线上。

2.6强震监测

在塔楼顶部结构缝前后两侧井筒上各布置1台强震仪，共4台，对塔楼结构进行强震监测

2.7结语

水力式升船机是一种新型通航过坝设施，采用的是水力驱动而不是电力驱动，具有与传统升船机不同的特性。安全监测设计无相关经验可借鉴。因此，对升船机结构的变形、应力应变及温度、基础扬压力的监测设计很有必要，也是相当重要的。监测系统将了解和监控升船机的工作状态，为运行提供直接的观测数据，并为结构设计提供验证资料。

参考文献

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[4]易春辉.石晓俊.刘锦 水力式升船机电气控制系统设计与实现 [期刊论文] -水力发电2012(10)