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大壩安全監(jiān)測

一、安全監(jiān)測的目的

大壩安全監(jiān)測是通過儀器觀測和巡視檢查對水利水電工程（如大壩、溢洪道、水閘、隧洞、渡槽、地下洞室、電站建筑物等）主體結構、地基基礎、兩岸邊坡、相關設施以及周圍環(huán)境所作的測量及觀察；“監(jiān)測”既包括對建筑物固定測點按一定頻次進行的儀器觀測，也包括對建筑物外表及內部大范圍對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)測的目的在于：

（1）監(jiān)視工程安全

通過安全監(jiān)測，可以及時獲取第一手資料，評價水利水電工程的安全狀況，實現對工程的在線、實時安全監(jiān)控，并為實施安全預警和制定應急預案提供基礎。

（2）服務工程效益

通過安全監(jiān)測，可以及時了解和掌握水利水電工程的工作性態(tài)，發(fā)現工程的異常跡象，制定工程的控制運行計劃和維護改造措施，為充分發(fā)揮工程經濟效益提供技術服務和安全保障。

（3）檢驗設計和施工

通過安全監(jiān)測，可以認識水利水電工程監(jiān)測效應量的變化規(guī)律，對基本理論、設計方法、計算參數等作出驗證，對施工措施、材料性能、工程質量等作出驗證。

二、安全監(jiān)測的意義

我國是水利水電工程大國，已經建成各類水利水電工程不計其數；截至2006年，僅各類大壩就達到8.7萬余座。但是，由于人們對自然力量（如洪水、地震等）、材料性能（如材料力學指標、老化病害等）、結構機理（如建筑物失穩(wěn)機理、超載能力等）、施工控制（如混凝土溫控、填筑密實度等）以及人為損壞（如運行疏忽、恐怖襲擊等）等影響水利水電工程安全的因素認識尚不充分，加之許多工程運行年齡已達30～50年，一些工程甚至已經超過設計服役年限，導致部分工程處于帶“病”狀態(tài)運行，存在嚴重的安全隱患，甚至失事。以大壩為例，一些調查資料顯示，我國20世紀50年代建設的大壩中，不少大壩已成為陷入危境的“病壩”或“險壩”，大壩失事事件也時有發(fā)生。1975年8月8日，河南板橋水庫大壩潰決，沿壩址汝河下游兩岸，寬約10km、長約60km的農村和遂平縣城均遭毀滅性破壞，京漢鐵路中斷數十天；1993年8月27日，青海溝后水庫大壩失事，導致200多人死亡，直接經濟損失數億元。據統(tǒng)計，我國總潰壩率達3％，其中中小型大壩的潰壩率達4％，潰壩率高居世界前列。根據水利部和國家電監(jiān)委最近10余年來對所屬水利大壩和電力大壩的定期安全檢查結果，發(fā)現40％的水利大壩是病壩或險壩；電力大壩安全狀況略好，也仍存在多座病壩或險壩。因此，我國大壩安全問題比較突出，安全形勢不容樂觀，建立、健全和發(fā)展水利水電工程安全監(jiān)測體系十分必要，也十分迫切。

安全監(jiān)測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)測中，有兩個典型的實例：法國馬爾巴塞（Malpasset）拱壩的失事和瑞士蘇濟爾（Zeuzier）拱壩的修復。

法國馬爾巴塞拱壩于1959年12月2日突然潰決失事。馬爾巴塞拱壩壩體內未埋設監(jiān)測儀器，僅在壩下游面橫縫F、H、J、L等不同高程處設置了28個位移觀測點，通過大地測量法，每年進行一次位移觀測。從開始蓄水到大壩失事，分別于1955年9月（庫水位79.95m）、1956年7月（庫水位83.85m）、1958年7月（庫水位87.30m）和1959年7月（庫水位94.10m）共進行了4次觀測。從僅有的四次觀測成果來看：前三次觀測成果正常，測點位移與庫水位大致成正比；第四次實測位移偏大，超出了正常范圍，且在中央懸臂梁的底部，測點的水平位移普遍增大約10mm，橫縫F底部達到16mm，并有7mm的切向位移。同時，實測值與計算值的比值，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處實測值比計算值大3倍，而橫縫F處大5倍。由于大壩管理者監(jiān)測間隔時間過長，失事前未及時對實測資料進行認真的分析，且未接到設計部門提供的安全監(jiān)控標準，也未將觀測成果及時反饋給設計部門，因此觀測成果所反映出的壩底部位移異常的情況未引起各有關方面應有的重視，喪失了有可能避免大壩失事的機會。

瑞士蘇濟爾拱壩于1957年蓄水，該拱壩布置了比較齊全的監(jiān)測設施，并進行了基本上每月1次的長期觀測，監(jiān)測資料也進行了及時的整理和分析。大壩正常運行21年后的1978年12月，在例行觀測檢查時發(fā)現壩體變形出現異常情況：壩體沉陷110mm，壩頂弦長縮短60mm，庫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)主對此深感不安，立即決定將庫水位降至最低水位，并報告瑞士聯邦水利局，組織專家組對該拱壩的安全狀況進行全面檢查。專家組一方面要求業(yè)主加強壩的安全監(jiān)測，增加監(jiān)測項目，加密監(jiān)測測次；另一方面對已有的監(jiān)測資料作更為系統(tǒng)細致的分析，對出現異常變形的種種可能原因進行判斷。專家組在查找異常變形原因時，首先根據觀測資料排除了觀測誤差和壩體異常溫度的可能性，之后還曾考慮過其它各種可能，如地殼構造運動、火山活動、軟巖層的潛蝕等。最后結合大范圍的巡查，發(fā)現真正的原因是公路部門在距左壩肩1400m、壩以下400m處所打的一個公路探洞的影響。該探洞穿過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)測資料來看，壩的位移異常值與探洞排水量增長趨勢極為相似，洞的掘進停止和滲漏穩(wěn)定后，壩體異常變形也趨于穩(wěn)定。同時，河谷下沉的形狀和土壤中排水所產生的情況很相似。在查找出原因后，專家組還對壩進行了應力分析，并制定了切實可行的修復加固方案，于1980~1984年分三個階段完成。水庫重新蓄水工作在嚴格計劃和嚴密監(jiān)測的基礎上，分六個階段歷時6年完成，現該壩運行狀況良好。

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

監(jiān)測猶如工程“醫(yī)生”，是工程安全的耳目，對工程實施安全監(jiān)測是必要的。馬爾巴塞拱壩布置的安全監(jiān)測設施很少，無法利用監(jiān)測設施及時地發(fā)現或全面地反映出壩體及壩基出現的異常情況；蘇濟爾拱壩則安裝埋設了比較齊全的監(jiān)測儀器，利用這些監(jiān)測儀器，及時地發(fā)現了壩體出現的異常變形常情況，避免了壩的失事。

馬爾巴塞拱壩布置的安全監(jiān)測設施很少，有限的監(jiān)測設施沒有進行連續(xù)觀測，監(jiān)測資料未得到及時的分析，更談不上利用實測資料對大壩的結構性態(tài)作出評價和監(jiān)控，以至異常情況未得到及時發(fā)現，最終釀成災難性的后果；蘇濟爾拱壩則不同，安裝埋設了比較齊全的監(jiān)測儀器，且進行了長期連續(xù)的觀測，監(jiān)測資料得到了及時的分析和處理，對大壩結構性態(tài)作出了及時的評價，正是這種及時的監(jiān)測、分析和評價，才在大壩出現異常的初期即被發(fā)現，為壩的安全改善贏得了時間。