水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計及施工淺析

李夏清

（山西省水利建設開發(fā)中心，山西 太原 030002）

水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計及施工淺析

李夏清

（山西省水利建設開發(fā)中心，山西 太原 030002）

安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展對水庫大壩安全監(jiān)測的作用至關重要。以汾河水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設計及安全監(jiān)測儀器安裝埋設為例，對水庫大壩安全監(jiān)測自動化技術要點進行了淺析。

安全監(jiān)測；系統(tǒng)設計；汾河水庫

1 前言

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是利用電子計算機和傳感技術以及信息處理技術，實現(xiàn)大壩觀測數(shù)據(jù)自動采集處理和分析計算，對大壩性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級報警的觀測系統(tǒng)。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)投入使用始于20世紀90年代，隨著科學技術的飛速發(fā)展和投入力度的不斷加大，我國大壩安全監(jiān)測技術方面得到了迅速的發(fā)展，主要表現(xiàn)在安全監(jiān)測儀器產品質量的提高和新產品、新技術的不斷出現(xiàn)；數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸技術取得進步；安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的可靠性越來越高；建立于大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)之上的各種信息系統(tǒng)已經出現(xiàn)；大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析技術進入軟件化階段，直接服務于大壩安全。大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)不同類型大壩對安全監(jiān)測標準的差異化要求，進行系統(tǒng)性研究與設計，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的即時采集、分析、傳輸、展示和應用，集中統(tǒng)一水庫管理監(jiān)控平臺，實施監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸和分析，實現(xiàn)水庫監(jiān)測的標準化、自動化、數(shù)字化管理的大壩安全監(jiān)測體系。

2 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)簡介

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)基本功能有數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場網絡數(shù)據(jù)通信與遠程通信功能，數(shù)據(jù)存儲、管理及備份功能，掉電保護功能，網絡安全防護功能，自檢及自診斷功能，防雷及抗干擾功能，以及數(shù)據(jù)異常報警等。

按系統(tǒng)結構大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)可分為集中式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)和分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。典型的集中式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)主要由傳感器、集線箱、測量控制單元、監(jiān)控計算機等組成。典型的分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)主要由傳感器、測量控制單元、監(jiān)控計算機等組成。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)由監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集裝置、通信和電源線路、計算機系統(tǒng)及相關的系統(tǒng)軟件和應用軟件組成的自動化系統(tǒng)，用以實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、自動處理、在線監(jiān)控、離線分析、信息管理、安全評判和輔助決策，以便采取正確合理的措施，保證大壩安全。

3 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計

安全監(jiān)控系統(tǒng)的首要任務是采集有效數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)的采集主要通過合理安排布設各監(jiān)測點，正確安裝監(jiān)測及數(shù)據(jù)傳輸儀器。

為實現(xiàn)大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)，山西省將汾河水庫、汾河二庫列為大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)試點，為實現(xiàn)水庫監(jiān)測的標準化、自動化、數(shù)字化管理的大壩安全監(jiān)測體系提供了經驗。

3.1 汾河水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設

3.1.1 表面變形監(jiān)測

目前大壩采用GPS監(jiān)測與人工監(jiān)測兩種方式。2015年對GPS監(jiān)測系統(tǒng)進行了修復，保證該系統(tǒng)能正常運行，同時增設全站儀監(jiān)測方式，提高監(jiān)測精度與效率，在目前19個變形標點上固定棱鏡，在右壩腳工作基點上進行加高至2.0m觀測墩，并建設觀測房，固定全站儀。

3.1.2 滲流監(jiān)測

大壩滲流觀測分為新增滲流監(jiān)測和原滲流監(jiān)測系統(tǒng)改造兩部分。新增滲流監(jiān)測擬采用鉆孔下套管放置測壓管，測壓管內置滲壓計方式觀測。大壩滲流觀測斷面選擇和測點布置的要求，結合原測壓管位置進行布設。

主壩安全監(jiān)測：擬在樁號0+180，0+290，0+370和0+450四個斷面上下游位置布設壩體和壩基滲流監(jiān)測點，共26處，詳見表1。

表1 主壩壩體壩基滲流監(jiān)測點布置表

副壩安全監(jiān)測：在左副壩設2個斷面，右副壩設3個斷面，每個斷面設3支滲壓計，共14支，見表2。

3.1.3 原滲流監(jiān)測系統(tǒng)改造

目前102根測壓管除0+180、0+290、0+370和0+ 450四個斷面外，有39根測壓管完好，其余44根測壓管均已失效。失效的測壓管采用重新鉆孔并放滲壓計方式。目前完好的39根測壓管內放置滲壓計實現(xiàn)自動化采集。

3.1.4 其他監(jiān)測

滲漏量監(jiān)測在原5處量水堰處設置量水堰計，實現(xiàn)自動化。環(huán)境量監(jiān)測在庫內豎井放置壓力式水位計1支。環(huán)境量監(jiān)測儀器還包括氣溫計1支，降雨量計1套。在主壩0+235、0+410兩個斷面的二級馬道上，以及在左副壩和右副壩中間下游一級馬道共設置4個測量控制單元房。

表2 副壩壩體壩基滲流監(jiān)測測點布置表

4 安全監(jiān)測儀器安裝埋設施工要求

4.1 大壩變形標點設施安裝施工要求

觀測墩混凝土標號為C20F200。觀測點和土基上基點的底座埋入土層的深度不小于0.5m，冰凍區(qū)應深入冰凍線以下位置，使其牢固穩(wěn)定而不受其他外界因素影響。

埋設時應保持立柱鉛直，儀器基座水平，傾斜度不得大于4′。觀測設施周圍應采取可靠的保護措施，防止雨水沖刷和侵蝕、護坡塊石擠壓、機械車輛和人為碰撞。

視準線監(jiān)測墩對中基座中心與視準線的距離偏差不大于20mm，當采用小角法時，對中基座中心與工作基點構成的小角角度不宜大于30″。

視準線應旁離障礙物1m以上，距離地面高度不宜小于1.2m。

4.2 測壓管埋設施工要求

測壓管埋設鉆孔直徑為110mm，在50m深度內的鉆孔傾斜度不應大于3°，不允許泥漿護壁。測記初見水位及穩(wěn)定水位，描述各土（巖）層巖性，提出鉆孔巖芯柱狀圖。

首先在孔底填約20cm厚的反濾料，然后將測壓管逐根對接下入孔內。待測壓管全部下入孔內后，應在測壓管與孔壁見回填反濾料至設計高程。對黏壤土或砂壤土可用細砂做反濾料；封孔，泥球應由直徑5～10mm的不同粒徑組成，應風干，不宜日曬或烘烤。封孔厚度不宜小于4.0m。在巖體內鉆孔埋設測壓管，花管周圍宜用粗砂或細礫料做反濾料，導管段宜用水泥砂漿或水泥膨潤土漿封孔回填，反濾料與封孔料之間用20cm厚細砂過渡。

測壓管封孔回填完成后，向孔內注水進行靈敏度試驗，要求在地下水位較為穩(wěn)定時進行。試驗前先測定管中水位，然后向管內注水。若進水段周圍為壤土料，注水量相當于每米測壓管容積的3～5倍；若為砂礫料，則為5～10倍。注入后不斷觀測水位，直至恢復到或接近注水前水位。黏壤土，注入水位在120h內降至原水位為合格；砂壤土，24h內降至原水位為合格；砂粒土，1～2h降至原水位或注水后升高不到3～5m為合格。檢查后，設管口保護裝置。

測壓管采用50mm國標鍍鋅管倒角去毛刺，接頭處宜用外絲扣，外箍接頭相連。纏麻繩接頭處刷防水漆，安裝到預定深度。測壓管花管處長度1～2m，開孔率不低于30%，外部包扎無紡土工布，并對管底進行封閉。

5 結語

隨著科學技術的飛速發(fā)展，水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)將運用云計算、地理信息、虛擬化和3D技術，使各監(jiān)測項基礎數(shù)據(jù)、圖像、異動預警定位、綜合定位性分析等，形成直觀、簡潔、精準化展示，隨著現(xiàn)代通訊、信息及數(shù)據(jù)分類運用，可分級推送到應用終端，隨時隨地通過手機、計算機掌握水庫大壩和整個庫區(qū)的運行情況，促使安全監(jiān)控系統(tǒng)向網絡化、智能化、信息化、便捷化發(fā)展。

X924.2 ［

］C ［

］1004-7042（2016）11-0036-02

李夏清（1983-），女，2006年畢業(yè)于西南交通大學土木建筑工程專業(yè)，工程師。

2016-09-15；

2016-10-21