安全监测----培训教材讲义(第1章).

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1南水北调中线干线工程2015年5月安全监测技术培训中水东北勘测设计研究有限责任公司21.1安全监测的目的及意义随着社会经济快速发展,人口不断增长,城乡居民生活、工农业生产和生态环境对水的需求越来越迫切。而由于地球上水资源时空分布不均衡的特点,水资源短缺问题已严重影响缺水地区国民经济发展和人类的生存环境,而进行大型跨流域调水则是解决这一问题的有效途径。我国是世界上从事调水工程建设最早的国家之一,新中国成立以来陆续建设了数十座大型跨流域调水工程。较为典型的当属引滦入津、江水北调、引黄济青、东深引水、引黄入晋和引额济乌等调水工程,为保障国家的经济发展和社会进步发挥了重要作用。南水北调工程是跨流域的长距离调水工程,途经长江流域与淮河流域,跨黄淮海平原,横跨众多河流、公路、铁路。其特点是路线长、输水流量大、涉及水工建筑物种类多、规模大、各种水工建筑物分散布置在输水沿线;南水北调工程包括渠道、渡槽、倒虹吸、水闸和隧洞等水工建筑物。沿线存在多种复杂地质条件,地理环境和气象条件差异较大。虽然解决了诸多的技术难题,如膨胀土(岩)、高地下水、采空区、湿陷性黄土区、史上最宏大的江河穿越—穿黄工程、世界第一大渡槽—沙河大渡槽、“亚洲第一顶”—平顶山西暗渠工程等。第一章概述31.1安全监测的目的及意义但是,人们对自然力量(如洪水、地震等)、材料性能(如材料力学指标、老化病害等)、结构机理(如建筑物失稳机理、超载能力等)、施工控制(如混凝土温控、填筑密实度等)以及人为损坏(如运行疏忽、恐怖袭击等)等影响工程安全的因素认识尚不充分,以及国内外类似的大型调水工程不多,可借鉴的经验更少,还不可能在设计中预见所有的工程安全问题,因而存在发生事故乃至失事的可能性,特别是高填方渠段,渠堤一旦失事,后果将十分严重。黄河以南段工程存在大量高填方渠段,渠堤最大填筑高度超过20m,设计最大流量达500~800m3/s,渠道过水时,渠内水位高于周边地面高程,渠堤失事将严重危及沿线人民群众的生命财产安全,因此南水北调工程建立健全和发展安全监测系统具有十分重要的意义。南水北调是关系亿万人民长久根本利益的国家重大民生工程,保证绝对安全是第一位的。第一章概述大型调水工程突发事件41.1安全监测的目的及意义纵观世界坝工史,几乎每一座大坝的失事都有蛛丝马迹和管理漏洞,很多失事工程一般都经历了从性态变化进而导致恶化的过程。例如:法国马尔帕塞拱坝,该坝坝高66.5m,1954年开始蓄水,1959年12月2日溃决。事后计算、调研和监测资料分析表明,拱冠和1/4拱圈断面离坝基810m处实测径向位移达12~16mm,为计算值的2~2.8倍;发现右坝~下游20米处有水渗出现象,由于对险情缺乏足够的认识,没有及时采取防范措施,最终导致大坝失事,433人丧生。第一章概述51.1水利水电工程安全监测的目的及意义意大利瓦依昂(Vajont)薄拱坝,坝高262m,坝顶弦长仅160m,最大底宽22.409m,库容1.5亿m3,是当时最高的薄双曲拱坝。蓄水后,坝前左岸滑坡体缓慢蠕动,至1964年10月7日实测累计位移达429mm,其中失事前最后12天的位移明显加速,速率达48.3mm/d;由于没有及时识别出这是滑坡体失稳的最危险信号,没有及时采取安全措施,造成重大人员伤亡事故。第一章概述678板桥水库:史上最严重溃坝溃坝案例☆1975.8.8板桥水库在河南境内,24.5m高的粘土心墙砂壳坝,是“75.8”暴雨中溃决的一座大型水库。遭遇历史罕见暴雨洪水,1975年8月8日1时30分溃决,造成巨大灾难。在国内外的大坝安全管理领域有重大影响,并深远影响了我国的水库管理、防洪标准、除险加固等一系列大坝安全工作9沟后水库:小水库中大灾害溃坝案例☆1993.8.27沟后水库是一座小(1)型水库,位于青海省海南州共和县境内,71m高的混凝土面板砂砾石坝。由于坝顶防渗体系的隐患,库水自坝顶防浪墙与面板接缝进入坝体,造成顶部坝体湿陷及渗透破坏,于1993年8月27日溃决,使下游的海南州州府所在地恰卜恰镇等遭受重创。小水库也会出大问题,此次事故使人们重新审视小型水库的安全与管理问题10小海子水库:加固项目完工后溃坝溃坝案例☆2007.4.19甘肃小海子水库溃坝事故的发生,充分暴露出水库勘测设计、建设管理、运行中存在诸多问题,既有思想认识上的不到位,也有工作责任心不强的问题,虽然没有造成人员伤亡,但也造成了一定的经济损失,社会影响很大。水利部事故调查组调查表明,此次决口事故是非自然因素造成的坝基渗流破坏所致,是一起责任事故。其根源是坝后排水沟底部的黏土层被破坏、坝前铺盖中存在的缺陷处理不当,致使坝基不能满足渗流稳定要求。渗流破坏先从坝后排水沟破坏涌出开始,逐渐向上游发展,坝基被淘空,坝前坝后形成了渗漏通道,导致坝体沉降、坍塌,最终酿成决口溃坝。11管理单位疏于观测,未能及时发现坝后渗水异常情况。小海子水库于2004年底基本建成,随后高台县成立了水库管理站负责对该水库的管理。现有职工13人中大专学历1人,高中学历3人。专业技术人员少,缺乏管理经验和能力,站内下设运行管理组负责水库蓄水、放水的水量观测记载;大坝观测组负责大坝位移、沉陷、浸润线观测;巡查组负责养护维修和巡查。虽有分工但职责不明,有水情记录但准确性较差,有巡查制度,但针对性差,只是沿坝顶、坝后道路巡视,没有及时发现坝后排水沟渗水异常问题。据坝后作业的农民讲,水库下库于2005年春天蓄水试运行以来,他们用水泵在决口附近的坝后排水沟内抽水灌地,水库蓄水后沟内水量加大,有涌砂现象,决口前一个月渗水越来越大,渗水也由清变浑,而这些现象并没有引起水库巡查管理人员的重视。12新疆兵团八一水库2004青海英德尔水库2005甘肃小海子水库2007内蒙古岗岗水库200713新滩滑坡成功的滑坡预报1985年6月12日凌晨,中国长江西陵峡北岸的湖北省秭归县新滩镇,山崖裂缝四起,热气直冒,一声巨响,地动山摇,0.7平方公里崖坡整体滑动,将已有上千年历史的新滩古镇,转眼间就从地图上抹掉了。滑坡总体积3000万立方米,大部分滞留在江岸阶地,200万立方米倾入长江,80米长的河床上垫高17米,掀起36米高的涌浪,江水向上游回流13公里,下游27公里仍有1米高的巨浪,致使13艘机动船、64艘木船沉没或损坏,船工死亡10人、伤8人。全镇457户,1569间房屋,居民1371人,除一位老人不肯定以外,灾难发生前都全部撤出这是一次十分成功的滑坡预报。早从1974年开始,科研人员即对新滩进行考察,监测人员一直坚持在高山峡谷的现场工作。认真观测分析,取得了大量科学资料,才作出了这次成功的预报。在此之前,他们布置了4条视水准线,对12个变形点进行重点研究观测。1982年出现地裂后加强监视,1985年6月9日,发出准确警报,经过当地政府及时宣传动员和有效地组织,10日全镇居民安全撤离。14通过成功仪器监测,结合巡视检查发现的问题,准确掌握了监测对象的运行性态,一是及时发出预警信息,采取应急措施,避免人员伤亡及财产的巨大损失;二是采取有效工程措施,避免了事故的发生安徽省梅山连拱坝该坝为高88.4m的连拱坝,由15个垛、16个拱组成。1962年10~11月,通过垂线坐标仪观测到13号垛的变形发生异常,11月9日向左岸位移达42.06mm,向下游位移14.53mm.同时巡视检查发现,该垛附近坝基有大量漏水。右岸14~16号垛基也出现大量渗漏水,最大渗漏量达70L/s,其中14号垛基一个未封堵的固结灌浆孔产生喷水,射程达11m。监测数据表明,14号、15号垛基向上抬动,最大上升值达14.1mm,随着库水位下降又转变为下沉趋势;13号垛顶在上下游方向和左右方向强烈摆动,2天之内上下游方向摆动幅度10mm。3天之内左右方向摆动幅度达58.14mm。巡视检查结果:右侧坝顶、坝垛及拱台陆续出现几十条裂缝,15号垛裂缝最为严重,最长达28m,缝宽6.6mm;坝基和岸坡节理张开,防渗帷幕遭到破坏。监测数据和巡视检查成果均表明,大坝处于危险状态,被迫放空水库,采取预应力锚索、灌浆等加固措施,避免了一场运行事故的发生。151.1监测的目的及意义从以上发生的坝工事故中可以看出,工程安全监测是及时发现水利水电工程安全隐患的一种有效方法,通过监测仪器和巡视检查,对工程进行系统的监测和巡查,可以及时获取工程安全的有关信息,对获得的有关信息进行分析和判断,及时采取有效的防范措施,在安全事故发生前加强管理维护,便有可能避免事故的发生或减免损失。因此在南水北调工程中建立安全监测系统,对工程全生命周期动态风险管控是十分必要、也是十分重要的。安全监测犹如水利水电工程的“医生”,是水利水电工程安全的耳目,在安全管理中具有举足轻重的重要性。其主要目的和作用在于:(1)掌握工作性态,监视工程安全。是降低工程安全风险的重要手段,为实施工程安全预警和制定应急预案提供基础(2)服务工程运行,提高工程效益(3)检验设计与施工,促进水利水电工程科技发展第一章概述161.2水利水电工程安全监测的发展历史20世纪50年代以来,水电工程界逐步认识到大坝和上部结构的失事多由地基因素引起,边坡工程、地下工程的事故往往系岩土体失稳所致。基于岩土体的复杂性,一般情况下仅凭人的巡查和直觉判断难以及时发现和有效判定,必须依靠布置针对性的监测项目进行系统监测和分析评价,于是安全监测的问题被逐渐提出并得到重视,并随监测方法和监测手段的不断改进而逐步发展。在理念和内涵上经历了从“原型观测”、“工程观测”、“安全监测”等发展过程,是监测指导思想的重大转变。从原型观测到安全监测不只是字面上的变化,而是两个完全不同的概念,具有本质的差别。最主要的是两者的目的完全不同,前者以验证设计或检验工程设计为主,而后者以监测建筑物安全为主。虽然在两者的工作中也常常会提到工程安全,但在“原型观测”这种观念和过去多年形成的一套实施办法指导下,没有做到也无法做到及时监控大坝的安全运行。而安全监测从服从工程安全管理出发,明确以监视建筑物安全为宗旨,兼顾验证设计及其他需求,形成了一套全新的设计理论和方法。第一章概述171.2水利水电安全监测的发展历史工程安全管理理念从单纯的工程结构安全管理变化到工程安全风险管理,这是目前世界发达国家普遍的变化。以往的工程安全管理理念是把全部精力放在建筑物自身的安全上,按照技术标准力图建造和运行绝对安全的水利水电工程。现在正在开始进行工程运行过程中的动态风险管理和控制,以降低工程安全风险到可接受的程度为导向,贯穿于日常运行维护、安全状况评价、加固补强、应急管理、降等退役各个环节。因此,安全监测工作在工程安全管理中具有举足轻重的重要性。现我国水利水电工程安全监测已形成了型谱齐全、性能稳定的监测仪器系列,并具备了开发新型监测仪器的能力;监测自动化系统已趋完善,并基本实现监测数据远程控制(采集、传输);各类监测法律、法规、规范体系已基本完备,工程注册和安全定期检查制度已逐步完善;安全监测设计已从工程类比向优化设计发展,安全监测已成为工程设计、项目审批、竣工验收的必需内容;监测资料分析及反分析理论和方法的研究取得了丰富成果并已广泛应用于工程实际,安全监控指标和监控模型的理论研究也取得了长足的进展。第一章概述181.2水利水电工程安全监测的发展历史在规程规范建设方面,随着对水利水电工程安全问题认识的日益深入,与安全监测相关的国家标准和行业标准应运而生。首先由原能源部、水利部于1989年3月发布了《混凝土大坝安全监测技术规范(试行)》(SDJ336-89),随后由水利部1994年8月颁发了《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)。目前,《土石坝安全监测技术规范》(SL551-2012)、《混凝土坝安全监测技术规范》(SL601-2013)以及《大坝安全监测仪器检验测试规程》(SL530-2012)已发布实施。毫无疑问,上述技术标准的制定和发布,对规范我国水利水电工程安全监测工作及其发展起到了重要作用。技术标准是成熟经验的产物第一章概述191.2水利水电工程安全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