摘要：根据某水电站坝址区环境温度及库水位、拱坝不同深度的温度传感器温度监测成果，研究了某混凝土双曲拱坝运行初期坝体温度场分布特征及发展变化规律。监测成果表明，某拱坝在封拱后的运行初期受环境温度及自身水化热影响有一定的回升，符合一般规律，目前仍处于缓慢温度回升阶段，尚未达到最高温升，后期需继续加强监测分析。
关键词：运行初期、温度场、温度回升
1 工程概况
某水电站位于四川省大渡河中游雅安市境内，为Ⅰ等大（一）型工程。水库正常蓄水位1130m，死水位1120m，总库容7.42亿m3，调节库容1.17亿m3，具有日调节能力，电站总装机2600MW。电站主要枢纽建筑物包括混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等。
混凝土双曲拱坝坝高210m，坝顶高程为1135m，坝顶厚度10m，坝底厚度52m，最大中心角93.466o，坝顶中心线弧长622.42m，厚高比0.248，弧高比2.964，上游倒悬度0.136，混凝土方量为322万m3。
2 拱坝温度监测仪器布置
坝体混凝土温度监测除了布设温度传感器外，还利用大坝横缝内埋设的测缝计、应变计测点的测温传感器兼作坝体混凝土温度监测。主要观测部位包括上下游坝面、坝体混凝土、基岩和库水温。
2.1 坝面温度监测
大坝5#坝段、7#坝段、9#坝段、14#坝段、18#坝段、21#坝段、23#坝段距上、下游坝面5cm处，每个灌区上、下游各布置1支差阻式温度计，累计埋设坝面温度计206支。上游坝面温度计监测坝面混凝土温度及库区水温，下游坝面低高程的温度计测点兼测下游水温。
2.2 坝体内部混凝土温度监测
采用温度传感器，同时利用拱坝横缝内埋设的测缝计测点的测温传感器兼作坝体内部混凝土温度监测。拱坝的3#、5#、7#、9#、14#、18#、21#、23#横缝每个横缝灌浆区埋设3支（顶部灌区埋设1支测缝计）具备测温功能的振弦式测缝计，其中上下游部位测缝计距坝面3.5~4.0m左右，中间部位测缝计位于横缝中心点位置，共布置317支横缝测缝计。
2.3 坝体光纤温度监测
为掌握和了解拱坝在施工期和运行期典型部位温度场的分布和变化规律，选择在10#、14#、19#三个典型坝段，全坝段的浇筑层中部沿上下游方向环形布设分布式测温光纤，共布置3条测温光纤（2700m）；沿测温光纤走线附近串接光栅温度计，光栅温度计与分布式测温光纤配合使用，以提高温度观测的精度和可靠性，共布置光栅温度计62支。
3 主要监测成果分析
3.1 坝址区气温监测成果
坝址区气温资料来自大坝气象站，坝址区气象站2010年7月开始观测，2010年7月至今坝址区气温特征值统计见图1。由图表可以看出：坝址区气温呈明显的年周期性变化，最高月平均气温25.6℃，出现在2013年8月；最低月平均气温5.2℃，出现在2011年1月；年平均气温约为16.5℃。
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图1 坝址区日平均气温过程线
3.2 坝面温度成果分析
监测成果显示，大坝上游957m~1120m高程库水温年平均温度在9.16~14.26℃之间。由图2可知，大坝库水温表现为随高程分层分布，同高程水温接近，高程1075m以上库水温随高程上升逐渐升高，且变化趋势与气温变化趋势一致；高程1075m以下各高程库水温差异不大，年平均温度在9.5℃左右。大坝下游坝面年平均温度在15.12~22.90℃之间，温度变化与气温变化趋势一致。
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图2各坝段年平均库水温沿高程分布图
3.3 坝体温度成果分析
3.3.1 光栅温度计成果分析
图3为14#坝段光栅温度计监测的温度变化过程曲线。由图可知，坝体内混凝土温度变化的特点：混凝土龄期3~7天左右达到最高水化热温升→受冷却通水影响，降至封拱温度→停止冷却通水及封拱后缓慢升温。但近一年来，10#、14#、19#坝段坝体内不同高程不同区域的温度测值均趋近，分析认为光栅温度计监测数据不能反映坝体真实温度变化情况。[1]
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图3 14#坝段光栅温度计过程线
3.3.2 横缝测缝计温度
截至2017年2月28日，距上游坝面3.8m左右部位混凝土温度在10.5～19.7℃之间，各横缝中心点部位混凝土温度在14.0～19.6℃之间，距下游坝面3.5m左右部位混凝土温度在16.1～20.2℃之间。监测成果表明，浅表层混凝土温度变化受环境温度影响明显，坝内部混凝土温度变化受环境温度影响较小。图4显示的是14#坝段964.75m高程封拱后混凝土温度及气温变化过程线，由图可知，在距坝面不同深度处的温度测点中，距坝面3.5～3.8m左右部位混凝土温度均表现为与环境温度变化趋势一致的年周期性波动变化，横缝中心点部位混凝土温度变化与环境温度变化趋势无明显相关性。
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图4 14#坝段964.75m高程混凝土温度及大气温度变化过程线
3.4 封拱后温度回升分析
3.4.1 坝体温度分布
根据大坝坝面温度计、横缝测缝计温度实测温度成果，取各测点年平均温度，减去封拱温度，运用surfer8软件，采用克里格法对大坝14#横缝温度场进行拟合，成果见图5～图6。由图可知，坝体混凝土温度自上游至下游呈梯度变化，坝体表面附近温度主要环境温度气温影响，均呈年周期变化，上游坝面受水温影响，温度及温升值较低，下游坝面受气温及太阳辐射影响，温度及温升值较高，靠近建基面部位受地温影响明显，温度接近地温，坝体内部温度自上游向下游逐渐升高，且中心点沿高程分布基本相同。
图5 14#横缝断面年平均温度分布图
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图6 14#横缝断面年总体温升分布图
3.4.2 与同类型工程类比
相关文献研究成果表明[2-5]，已建成的特高拱坝在后期冷却通水停止和封拱灌浆后，大坝内部都不同程度出现了温度回升现象。如截至2013年9月（建成后3年）小湾拱坝实测温度回升最大达8~10℃，二滩拱坝建成后5~6年坝体平均温度最大比设计温度高出了3~5℃，截至2014年8月（建成当年）溪洛渡拱坝实测温度回升最大为5~9℃，截至2010年7月（建成后8个月），构皮滩拱坝封拱温度回升约5.4℃左右。截至2017年2月（建成2.5年），某拱坝实测混凝土内部温升回升值在2.0~5.9℃之间，平均温度回升值在4.1℃左右，符合一般规律，温度回升量值处于正常水平。
4 结语
（1）通过对某拱坝坝址区气温及埋设在大坝不同深度的温度测点分析表明，某拱坝在封拱后的运行初期受环境温度及自身水化热影响有一定的回升，符合一般规律，量值处于正常水平。
（2）根据类似工程经验，目前某拱坝混凝土仍处于缓慢温度回升阶段，尚未达到最高温升。鉴于温度荷载对拱坝工作性态有重要影响，后期需继续加强监测分析。
参考文献：
[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制 (第二版)[M].北京：水利水电出版社,2012:79-86.
[2] 张国新,周秋景.特高拱坝封拱后温度回升及影响研究[J]. 水利学报,2015,46(09):1009-1018.
[3] 袁琼. 二滩拱坝温度场及温度作用反馈分析[J]. 水电站设计,2003(01):20-25+39.
[4]张国新,商峰,陈培培.特高拱坝封拱后温度回升及其原因分析[J].水力发电,2014,40（03）:26-30.
[5]王志宏,胡清义,余昕卉,段国学.构皮滩水电站初期蓄水拱坝工作性态分析[J].人民长江,2010,41（22）:29-31.
作者简介：靳玮涛，男，汉族，1983年6月生，陕西西安人，高级工程师，研究方向为水工结构安全监测与控制