引張線自動(dòng)化監(jiān)測在混凝土大壩中的應(yīng)用

楊利

（山西四建集團(tuán)有限公司，山西省太原市030012）

引張線自動(dòng)化監(jiān)測在混凝土大壩中的應(yīng)用

楊利

（山西四建集團(tuán)有限公司，山西省太原市030012）

本論文以功果橋水電站為例，主要闡述了引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在大壩中的實(shí)際應(yīng)用。具體內(nèi)容包括引張線系統(tǒng)的布置、引張線坐標(biāo)儀的使用、數(shù)據(jù)采集與分析等。通過資料分析和系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)，肯定了引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在混凝土大壩變形監(jiān)測工作中的可靠性和優(yōu)越性，為同類大壩的設(shè)計(jì)和相關(guān)工程發(fā)展積累基礎(chǔ)資料。

功果橋水電站；引張線；自動(dòng)化監(jiān)測

1 工程概況

功果橋水電站位于云南省云龍縣境內(nèi)的瀾滄江干流上，采用碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪、右岸地下廠房的樞紐布置格局。壩頂長356m，最大壩高105m。是以發(fā)電為主的大（2）型二等工程，庫區(qū)正常蓄水位1307m，裝機(jī)容量900MW，年發(fā)電量40.41億kWh。工程于2007年5月30日開始籌建準(zhǔn)備，2008年12月5日截流，2011年9月21日導(dǎo)流洞下閘蓄水，2011年10月31日首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2012年6月21日全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

2 引張線監(jiān)測系統(tǒng)在功果橋水電站的布置

功果橋水電站引張線監(jiān)測系統(tǒng)是由西北勘測設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，由中國水利水電第四工程局勘測設(shè)計(jì)研究院施工，自動(dòng)化采集系統(tǒng)采用西安聯(lián)能自動(dòng)化工程有限責(zé)任公司的設(shè)備。該項(xiàng)目于2011年9月順利通過驗(yàn)收。

引張線監(jiān)測系統(tǒng)是在兩固定點(diǎn)間以重錘和滑輪拉緊的鋼絲線作為基準(zhǔn)線，定期測量測點(diǎn)與基準(zhǔn)線間的距離，由于測點(diǎn)上的標(biāo)尺與大壩結(jié)合在一起，利用引張線儀讀出標(biāo)尺刻劃中心與鋼絲中心的偏離值，從而求得測點(diǎn)水平位移量。

功果橋水電站工程水平位移監(jiān)測的主要手段為壩頂引張線系統(tǒng)和正、倒垂線組。在大壩左右岸兩端（1、17號(hào)）各設(shè)置1條垂線，監(jiān)測壩肩巖體變位，并作為引張線的校核基準(zhǔn)點(diǎn)。在壩頂設(shè)一條引張線系統(tǒng)來監(jiān)測壩體各壩段的水平位移。該引張線系統(tǒng)由張緊端、測點(diǎn)裝置、固定端以及相應(yīng)的護(hù)管組成。布置在上游觀測溝內(nèi)，與電纜溝共用。整套引張線共設(shè)置16個(gè)測點(diǎn)，按每壩段一個(gè)測點(diǎn)布置，其中由于12號(hào)壩段壩頂均為梁板，未設(shè)置測點(diǎn)。

3 引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的布置、坐標(biāo)儀數(shù)據(jù)采集與分析

3.1 引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的布置

功果橋大壩引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的安裝采用線體和電源及光纖分別用鍍鋅鋼管保護(hù)，避免了相互干擾現(xiàn)象且對(duì)數(shù)據(jù)線起到了屏蔽作用以免其他信號(hào)的干擾。引張線線體采用?1.2mm的銦鋼絲，護(hù)管采用?150mm的鍍鋅鋼管，混凝土支墩固定。整條線上共安裝16臺(tái)智能CCD引張線坐標(biāo)儀，所有測點(diǎn)均接入了自動(dòng)化系統(tǒng)，分別通過RS-485網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)控機(jī)房，經(jīng)RS-486/232轉(zhuǎn)換后與上位機(jī)聯(lián)機(jī)，使用中系統(tǒng)正常讀取一次所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間小于10s[1]。通過設(shè)置定時(shí)測量功能的參數(shù)，使引張線坐標(biāo)儀儀進(jìn)行自動(dòng)測量。引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

3.2 引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

圖1 引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)圖Fig.1 Automatic monitoring system of tension wire

圖2 引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)工作原理Fig.2 Introduction of automatic monitoring system of tension wire

如圖2 所示，CCD 傳感器的光敏元受光的激發(fā)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并在外部驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下輸出。在控制電路的作用下，將CCD 輸出信號(hào)進(jìn)行二值化處理，單片機(jī)將二值化的數(shù)據(jù)存入片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。根據(jù)數(shù)據(jù)處理算法判斷CCD 測量范圍內(nèi)的線徑情況，并將處理結(jié)果進(jìn)行顯示或存儲(chǔ)，上位機(jī)通過RS485總線與引張線儀通信，完成對(duì)儀器的功能操作，如數(shù)據(jù)讀取、時(shí)鐘設(shè)置，定時(shí)測量設(shè)置，定時(shí)測量數(shù)據(jù)讀取、內(nèi)存清空等操作，引張線儀根據(jù)設(shè)置的定時(shí)測量的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)最多4000組數(shù)據(jù)的自動(dòng)測量功能，當(dāng)測量數(shù)據(jù)多于4000組時(shí)，會(huì)自動(dòng)將新測量的數(shù)據(jù)覆蓋最早測量的數(shù)據(jù)。通過上位機(jī)的用戶程序還可以完成對(duì)數(shù)據(jù)一些后期處理操作，如數(shù)據(jù)計(jì)算、報(bào)表的繪制、打印等。

3.3 引張線監(jiān)測坐標(biāo)儀的使用

功果橋水電站引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)采用的傳感器為LN2000系列光電式引張線坐標(biāo)儀。引張線坐標(biāo)儀結(jié)構(gòu)簡單，僅由平行光照明系統(tǒng)、光電耦合器件電路、電源、機(jī)架等部分組成，沒有任何可動(dòng)元件，被測引張線鋼絲上無須附著任何感應(yīng)物，不影響垂線自由變化，為真正的非接觸測量。引張線坐標(biāo)儀安裝示意圖（見圖3）；引張線坐標(biāo)儀結(jié)構(gòu)及接線圖[3]（見圖4）。

引張線坐標(biāo)儀應(yīng)用光學(xué)成像的原理進(jìn)行被測對(duì)象的位移測量。采用了先進(jìn)的CCD技術(shù)，利用平行光系統(tǒng)的平行光照射鋼絲在線陣CCD上的投影，CCD感應(yīng)投影位移的變化并作為位移的檢測單元。由于CCD的輸出為數(shù)字信號(hào)，故沒有“飄零”問題，被測垂線鋼絲上無須附著任何感應(yīng)物，不影響垂線自由變化，真正的非接觸式測量。LN2003A引張線坐標(biāo)儀技術(shù)參數(shù)見表1。

3.4 引張線自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析

圖5為11壩段引張線測點(diǎn)EX11從2011年9月21日至2013年9月20日人工監(jiān)測與自動(dòng)化監(jiān)測的對(duì)比圖。

圖3 引張線坐標(biāo)儀安裝示意圖Fig.3 Installation diagram of the tension coordiate instrument

圖4 引張線坐標(biāo)儀結(jié)構(gòu)及接線圖Fig.4 The structure and wiring diagram of the tension coordinate instrument

表1 LN2003A引張線坐標(biāo)儀技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of the LN2003A tension coordinate instrument

圖5 引張線EX11測點(diǎn)人工與自動(dòng)化監(jiān)測對(duì)比圖Fig.5 Contrast diagram of artificial and automatic monitoring of the EX11 tension wire

由圖可以看出引張線自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)采集讀數(shù)與人工測值相吻合。由于自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)頻率高、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)，但易受環(huán)境干擾，穩(wěn)定性差，為檢驗(yàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)采用人工監(jiān)測讀數(shù)。采用簡化的回歸方程對(duì)相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)比較。從而真實(shí)準(zhǔn)確地反映了大壩的運(yùn)行狀態(tài)，為大壩的運(yùn)行和后期維護(hù)提供真實(shí)有效的理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)安全保障。

4 結(jié)束語

在大壩安全監(jiān)測項(xiàng)目中，水平位移監(jiān)測是非常重要的一項(xiàng)監(jiān)測內(nèi)容。引張線監(jiān)測系統(tǒng)可以在壩體發(fā)生位移后短時(shí)間內(nèi)獲取引張線位移記錄，迅速記錄各測點(diǎn)位移值，從而得出壩體不同壩段的位移變化[3-5]。利用這些引張線移動(dòng)記錄可以研究大壩結(jié)構(gòu)對(duì)蓄水的影響、確定壩體位移規(guī)律，為判定大壩建筑物的安全性和修復(fù)及時(shí)準(zhǔn)確地提供基礎(chǔ)性技術(shù)數(shù)據(jù)。

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[4] 王衛(wèi)列，高嵐.建筑大壩監(jiān)測的大數(shù)據(jù)應(yīng)避免的問題[J].水電與抽水蓄能，2005，1（2）：39-41.WANG Weilie，GAO Lan.Problems Should Be Avoided in Constrcting the Big Data System of Dam Monitoring[J].Hydropower and Pumped Storage，2015，1（2）：39-41.

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Application of the Method of Extended Wire for Automatically Monitoring the Concrete Dams

YANG Li
（Shanxi Sijian Group Co.， Ltd.， Taiyuan， 030012， China）

With the example of The Gongguoqiao Hydropower Station， this paper discusses the actual application of extended wire automatic monitoring system in the concrete dam. The content includes arrangement of extended wire system， the use of the coordinate meter of extended wire， data collection and analysis，etc. By means of data analysis and comprehensive evaluation system .we could determine the reliability and superiority of the extended wire automatic monitoring system in concrete dam of deformation monitoring. We could also accumulate basic data in the design of similar dams and related engineering development.

gongguoqiao hydropower station；extended wire；automatic monitoring

TV TV698.1

A

570.2510

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.016

2016-02-09

2016-03-30

楊利（1984—），男，工程師，主要研究方向：水電站安全監(jiān)測儀器的安裝埋設(shè)調(diào)試及資料分析等。E-mail：254007458@qq.com