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大壩安全監(jiān)測(cè)

一、安全監(jiān)測(cè)的目的

大壩安全監(jiān)測(cè)是通過(guò)儀器觀測(cè)和巡視檢查對(duì)水利水電工程（如大壩、溢洪道、水閘、隧洞、渡槽、地下洞室、電站建筑物等）主體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)、兩岸邊坡、相關(guān)設(shè)施以及周圍環(huán)境所作的測(cè)量及觀察；“監(jiān)測(cè)”既包括對(duì)建筑物固定測(cè)點(diǎn)按一定頻次進(jìn)行的儀器觀測(cè)，也包括對(duì)建筑物外表及內(nèi)部大范圍對(duì)象的定期或不定期的直觀檢查和儀器探查。

水利水電工程安全監(jiān)測(cè)的目的在于：

（1）監(jiān)視工程安全

通過(guò)安全監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)獲取第一手資料，評(píng)價(jià)水利水電工程的安全狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的在線、實(shí)時(shí)安全監(jiān)控，并為實(shí)施安全預(yù)警和制定應(yīng)急預(yù)案提供基礎(chǔ)。

（2）服務(wù)工程效益

通過(guò)安全監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)了解和掌握水利水電工程的工作性態(tài)，發(fā)現(xiàn)工程的異常跡象，制定工程的控制運(yùn)行計(jì)劃和維護(hù)改造措施，為充分發(fā)揮工程經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)服務(wù)和安全保障。

（3）檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工

通過(guò)安全監(jiān)測(cè)，可以認(rèn)識(shí)水利水電工程監(jiān)測(cè)效應(yīng)量的變化規(guī)律，對(duì)基本理論、設(shè)計(jì)方法、計(jì)算參數(shù)等作出驗(yàn)證，對(duì)施工措施、材料性能、工程質(zhì)量等作出驗(yàn)證。

二、安全監(jiān)測(cè)的意義

我國(guó)是水利水電工程大國(guó)，已經(jīng)建成各類水利水電工程不計(jì)其數(shù)；截至2006年，僅各類大壩就達(dá)到8.7萬(wàn)余座。但是，由于人們對(duì)自然力量（如洪水、地震等）、材料性能（如材料力學(xué)指標(biāo)、老化病害等）、結(jié)構(gòu)機(jī)理（如建筑物失穩(wěn)機(jī)理、超載能力等）、施工控制（如混凝土溫控、填筑密實(shí)度等）以及人為損壞（如運(yùn)行疏忽、恐怖襲擊等）等影響水利水電工程安全的因素認(rèn)識(shí)尚不充分，加之許多工程運(yùn)行年齡已達(dá)30～50年，一些工程甚至已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)服役年限，導(dǎo)致部分工程處于帶“病”狀態(tài)運(yùn)行，存在嚴(yán)重的安全隱患，甚至失事。以大壩為例，一些調(diào)查資料顯示，我國(guó)20世紀(jì)50年代建設(shè)的大壩中，不少大壩已成為陷入危境的“病壩”或“險(xiǎn)壩”，大壩失事事件也時(shí)有發(fā)生。1975年8月8日，河南板橋水庫(kù)大壩潰決，沿壩址汝河下游兩岸，寬約10km、長(zhǎng)約60km的農(nóng)村和遂平縣城均遭毀滅性破壞，京漢鐵路中斷數(shù)十天；1993年8月27日，青海溝后水庫(kù)大壩失事，導(dǎo)致200多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)總潰壩率達(dá)3％，其中中小型大壩的潰壩率達(dá)4％，潰壩率高居世界前列。根據(jù)水利部和國(guó)家電監(jiān)委最近10余年來(lái)對(duì)所屬水利大壩和電力大壩的定期安全檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)40％的水利大壩是病壩或險(xiǎn)壩；電力大壩安全狀況略好，也仍存在多座病壩或險(xiǎn)壩。因此，我國(guó)大壩安全問題比較突出，安全形勢(shì)不容樂觀，建立、健全和發(fā)展水利水電工程安全監(jiān)測(cè)體系十分必要，也十分迫切。

安全監(jiān)測(cè)猶如水利水電工程的“醫(yī)生”，是工程安全的耳目。在水利水電工程安全監(jiān)測(cè)中，有兩個(gè)典型的實(shí)例：法國(guó)馬爾巴塞（Malpasset）拱壩的失事和瑞士蘇濟(jì)爾（Zeuzier）拱壩的修復(fù)。

法國(guó)馬爾巴塞拱壩于1959年12月2日突然潰決失事。馬爾巴塞拱壩壩體內(nèi)未埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，僅在壩下游面橫縫F、H、J、L等不同高程處設(shè)置了28個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)大地測(cè)量法，每年進(jìn)行一次位移觀測(cè)。從開始蓄水到大壩失事，分別于1955年9月（庫(kù)水位79.95m）、1956年7月（庫(kù)水位83.85m）、1958年7月（庫(kù)水位87.30m）和1959年7月（庫(kù)水位94.10m）共進(jìn)行了4次觀測(cè)。從僅有的四次觀測(cè)成果來(lái)看：前三次觀測(cè)成果正常，測(cè)點(diǎn)位移與庫(kù)水位大致成正比；第四次實(shí)測(cè)位移偏大，超出了正常范圍，且在中央懸臂梁的底部，測(cè)點(diǎn)的水平位移普遍增大約10mm，橫縫F底部達(dá)到16mm，并有7mm的切向位移。同時(shí)，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的比值，在壩體中上部54m～102m高程處基本一致，在壩基處則相差較大，在橫縫H、J處實(shí)測(cè)值比計(jì)算值大3倍，而橫縫F處大5倍。由于大壩管理者監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，失事前未及時(shí)對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行認(rèn)真的分析，且未接到設(shè)計(jì)部門提供的安全監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，也未將觀測(cè)成果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)部門，因此觀測(cè)成果所反映出的壩底部位移異常的情況未引起各有關(guān)方面應(yīng)有的重視，喪失了有可能避免大壩失事的機(jī)會(huì)。

瑞士蘇濟(jì)爾拱壩于1957年蓄水，該拱壩布置了比較齊全的監(jiān)測(cè)設(shè)施，并進(jìn)行了基本上每月1次的長(zhǎng)期觀測(cè)，監(jiān)測(cè)資料也進(jìn)行了及時(shí)的整理和分析。大壩正常運(yùn)行21年后的1978年12月，在例行觀測(cè)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體變形出現(xiàn)異常情況：壩體沉陷110mm，壩頂弦長(zhǎng)縮短60mm，庫(kù)滿狀況下壩體垂線徑向水平位移卻偏向上游，壩體下游面形成周邊型裂縫。業(yè)主對(duì)此深感不安，立即決定將庫(kù)水位降至最低水位，并報(bào)告瑞士聯(lián)邦水利局，組織專家組對(duì)該拱壩的安全狀況進(jìn)行全面檢查。專家組一方面要求業(yè)主加強(qiáng)壩的安全監(jiān)測(cè)，增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，加密監(jiān)測(cè)測(cè)次；另一方面對(duì)已有的監(jiān)測(cè)資料作更為系統(tǒng)細(xì)致的分析，對(duì)出現(xiàn)異常變形的種種可能原因進(jìn)行判斷。專家組在查找異常變形原因時(shí)，首先根據(jù)觀測(cè)資料排除了觀測(cè)誤差和壩體異常溫度的可能性，之后還曾考慮過(guò)其它各種可能，如地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、火山活動(dòng)、軟巖層的潛蝕等。最后結(jié)合大范圍的巡查，發(fā)現(xiàn)真正的原因是公路部門在距左壩肩1400m、壩以下400m處所打的一個(gè)公路探洞的影響。該探洞穿過(guò)了與壩下地層相連的灰?guī)r底部含水層，使巖層迅速脫水，應(yīng)力重新分布，從而引起巖層裂縫、斷層壓縮和壩體下沉。從監(jiān)測(cè)資料來(lái)看，壩的位移異常值與探洞排水量增長(zhǎng)趨勢(shì)極為相似，洞的掘進(jìn)停止和滲漏穩(wěn)定后，壩體異常變形也趨于穩(wěn)定。同時(shí)，河谷下沉的形狀和土壤中排水所產(chǎn)生的情況很相似。在查找出原因后，專家組還對(duì)壩進(jìn)行了應(yīng)力分析，并制定了切實(shí)可行的修復(fù)加固方案，于1980~1984年分三個(gè)階段完成。水庫(kù)重新蓄水工作在嚴(yán)格計(jì)劃和嚴(yán)密監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，分六個(gè)階段歷時(shí)6年完成，現(xiàn)該壩運(yùn)行狀況良好。

從馬爾巴塞拱壩的失事成為“監(jiān)測(cè)作用未得到發(fā)揮”的反面教材，到蘇濟(jì)爾拱壩的修復(fù)成為“監(jiān)測(cè)作用得到充分發(fā)揮”的經(jīng)典范例，清楚地反映出了安全監(jiān)測(cè)在確保水利水電工程安全中的意義。

監(jiān)測(cè)猶如工程“醫(yī)生”，是工程安全的耳目，對(duì)工程實(shí)施安全監(jiān)測(cè)是必要的。馬爾巴塞拱壩布置的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施很少，無(wú)法利用監(jiān)測(cè)設(shè)施及時(shí)地發(fā)現(xiàn)或全面地反映出壩體及壩基出現(xiàn)的異常情況；蘇濟(jì)爾拱壩則安裝埋設(shè)了比較齊全的監(jiān)測(cè)儀器，利用這些監(jiān)測(cè)儀器，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)了壩體出現(xiàn)的異常變形常情況，避免了壩的失事。

馬爾巴塞拱壩布置的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施很少，有限的監(jiān)測(cè)設(shè)施沒有進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)資料未得到及時(shí)的分析，更談不上利用實(shí)測(cè)資料對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)性態(tài)作出評(píng)價(jià)和監(jiān)控，以至異常情況未得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，最終釀成災(zāi)難性的后果；蘇濟(jì)爾拱壩則不同，安裝埋設(shè)了比較齊全的監(jiān)測(cè)儀器，且進(jìn)行了長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)，監(jiān)測(cè)資料得到了及時(shí)的分析和處理，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)作出了及時(shí)的評(píng)價(jià)，正是這種及時(shí)的監(jiān)測(cè)、分析和評(píng)價(jià)，才在大壩出現(xiàn)異常的初期即被發(fā)現(xiàn)，為壩的安全改善贏得了時(shí)間。