水庫大壩表面變形自動化監(jiān)測新技術(shù)

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發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2009-08-09 22:55:17 閱讀：2次 【字體：大 中 小】

水庫大壩表面變形自動化監(jiān)測新技術(shù)

徐忠陽

（索佳公司北京代表處）

一、引言

   有關(guān)資料標(biāo)明，我國河川年徑流量總量約2780Gm³，水能資源十分豐富，其中理論蘊藏量為676GW，可開發(fā)為378GW，為世界第一位。為了充分利用這些水利和水能資源，新中國剛成立時，政府就十分注意興修水利，造福人類，到目前已建水庫堤壩約8.7萬座，其中絕大部分（約8萬座）建于20世紀50～70年代。但是，由于歷史原因，有相當(dāng)部分水庫堤壩未按基本程序辦事，是靠群眾運動建造的，因此存在工程質(zhì)量差、安全隱患多的問題。經(jīng)過幾十年的運行，已經(jīng)到了病險高發(fā)期。

   水利工程即可以造福人類，如管理不善也會給社會帶來慘重災(zāi)難和巨大的經(jīng)濟損失。歷史上因水庫潰壩給下游造成的毀滅性災(zāi)難并不鮮見。因此加強水庫大壩的安全管理必不可少，其中大壩變形監(jiān)測就是大壩安全管理的重要內(nèi)容之一。

二、目前水庫大壩變形監(jiān)測的主要技術(shù)手段

目前，在大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中，主要有《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《混泥土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》。

1、土石壩安全監(jiān)測技術(shù)簡介

在《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中，把大壩的變形監(jiān)測內(nèi)容分為：表面變形、內(nèi)部變形、裂縫及接縫、混泥土面板變形及岸坡位移。

大壩表面變形監(jiān)測主要分為豎向位移監(jiān)測和水平位移監(jiān)測。

（1）豎向位移監(jiān)測的方法主要是精密水準(zhǔn)法，或連通管（靜力水準(zhǔn)）法；

（2）水平位移又分為橫向（垂直壩軸線）位移和縱向（平行于壩軸線）位移。

a.橫向位移的監(jiān)測方法主要是視準(zhǔn)線法（活動標(biāo)法、小角法、大氣激光準(zhǔn)直法等）；有必要且有條件時，可用三角網(wǎng)前方交會法觀測增設(shè)工作基點（或位移測點）的橫向水平位移。

b.縱向水平位移觀測，一般用因鋼尺測量，或用普通鋼尺加改正系數(shù)，有條件時可用光電測距儀測量。

（3）混泥土面板變形及岸坡位移監(jiān)測的技術(shù)方法與大壩表面變形監(jiān)測基本相同。

2、混泥土壩安全監(jiān)測技術(shù)簡介

《混泥土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：變形監(jiān)測項目主要有壩體變形、裂縫、接縫以及壩基變形、滑坡體及高邊坡的位移等。

（1）壩體、壩基、滑坡體及高邊坡的水平位移監(jiān)測

a.重力壩或支墩壩壩體和壩基水平位移一般采用引張線法、真空激光準(zhǔn)直法和垂線法監(jiān)測。對于短壩，條件有利時也可用視準(zhǔn)線法或大氣激光準(zhǔn)直法。

b.拱壩壩體和壩基水平位移宜采用垂線監(jiān)測。若交會邊長較短、交會角較好，壩體水平位移可采用測邊或測角交會法監(jiān)測。

c.近壩區(qū)巖體、高邊坡和滑坡體的水平位移，采用邊角網(wǎng)、視準(zhǔn)線法和交會法監(jiān)測。

d.觀測近壩區(qū)巖體、高邊坡或滑坡體的水平位移時，基準(zhǔn)點和工作基點應(yīng)盡量組成邊角網(wǎng)。

（2）壩體、壩基、滑坡體及高邊坡的垂直位移監(jiān)測

a.壩體、壩基的垂直位移監(jiān)測，一般用精密水準(zhǔn)法、連通管法（即流體靜力水準(zhǔn)法）和真空激光系統(tǒng)

b.滑坡體及高邊坡的垂直位移監(jiān)測，一般用精密水準(zhǔn)法，也可用三角高程法測定。

3、大壩內(nèi)部變形監(jiān)測自動化技術(shù)簡介

（1）大壩水平位移監(jiān)測

傳統(tǒng)的大壩水平位移監(jiān)測通常采用經(jīng)緯儀三角測量或視準(zhǔn)測量的方法。因混泥土大壩的變形量相對較小，監(jiān)測精度要求較高，因此近一、二十年來，傳統(tǒng)方法逐漸被垂線、引張線所取代，并在人工觀測的基礎(chǔ)上向自動化方向發(fā)展?，F(xiàn)在使用較多的是步進電機式、光電式、感應(yīng)式和激光等自動遙測傳感器設(shè)備。

（2）大壩垂直位移監(jiān)測

大壩垂直位移監(jiān)測通常采用人工的光學(xué)水準(zhǔn)測量方法。近年來為了滿足大壩管理部門自動化遙測的需求，出現(xiàn)了靜力水準(zhǔn)遙測技術(shù)。我國研制的差動變壓器式和電容式等靜力水準(zhǔn)裝置在許多大壩中得到了應(yīng)用。

三、大壩表面變形自動化監(jiān)測新技術(shù)

在中國，絕大多數(shù)的水庫大壩為土石壩（約占90%）。一般來講，土石壩的變形量相對較大，對變形監(jiān)測的精度也相對較低，而引張線、垂線和靜力水準(zhǔn)等方法的量程有限。因此在土石壩的表面變形監(jiān)測中，大都繼續(xù)采用視準(zhǔn)線法（活動標(biāo)法、小角法）和人工水準(zhǔn)測量法進行水平位移和垂直位移監(jiān)測。這些方法原理相對簡單，設(shè)備費用也較低，但都不是自動化監(jiān)測。

對于中、大型的混泥土大壩，在壩區(qū)較大范圍內(nèi)還需建立平面和高程監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)；部分拱壩壩體、滑坡體及高邊坡等位移點仍大都采用邊、角交會實現(xiàn)平面位移監(jiān)測，采用三角高程實現(xiàn)垂直位移監(jiān)測。這些方面也正是混泥土大壩實現(xiàn)全面自動化監(jiān)測的瓶頸。

隨著自動化全站儀（測量機器人）、GPS、計算機軟件和通信技術(shù)的發(fā)展，突破大壩（特別是土石壩）表面變形監(jiān)測自動化的技術(shù)手段已成為可能。如目前市場上比較流行的“流動式半自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)”和“固定式全自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)”。

1、流動式半自動變形監(jiān)測系統(tǒng)

流動式半自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)一方面可用于基點和工作基點三角網(wǎng)的邊角觀測；另一方面還可在基點或工作基點上對變形點進行邊角交會測量。由于自動化全站儀在機載軟件的控制下，可實現(xiàn)對棱鏡目標(biāo)的自動識別與照準(zhǔn)，因此測站工作實現(xiàn)了自動化觀測、記錄與限差檢核。但因多站觀測，需要人工在有關(guān)的網(wǎng)點（基點或工作基點）之間搬動儀器。因此，此系統(tǒng)應(yīng)用的特點是監(jiān)測方案傳統(tǒng)成熟，但使用的設(shè)備是現(xiàn)代化的。該系統(tǒng)的軟硬件主要配置如下：

（1）硬件配置：

1臺NET05或NET1自動化全站儀、若干單棱鏡組（根據(jù)監(jiān)測點位數(shù)量而定）及其它附件

（2）軟件配置：

a.NET05、NET1全站儀機載軟件，或PDA、PC機版專業(yè)軟件，用于變形監(jiān)測過程中的基準(zhǔn)網(wǎng)點、位移監(jiān)測點的自動化觀測。軟件功能滿足中國現(xiàn)行規(guī)范的要求。

b.在PC機上運行的變形監(jiān)測網(wǎng)后處理平差軟件。主要用于測前基準(zhǔn)網(wǎng)的精度估計、測后的觀測數(shù)據(jù)平差處理、基點（工作基點）的穩(wěn)定性分析、變形監(jiān)測點的變形計算與分析等。

流動式半自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)方案成熟，設(shè)備先進，已在國內(nèi)許多大型水電大壩的變形監(jiān)測中發(fā)揮了很好的作用。

2、固定式全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)

與流動式監(jiān)測系統(tǒng)不同，固定式監(jiān)測系統(tǒng)的最大特點是測量設(shè)備（NET05、NET1等自動化全站儀）固定在基點（工作基點）或位移監(jiān)測點上，需要時建有防護作用的觀測房；測量設(shè)備通過通信系統(tǒng)與遠方的控制計算機相聯(lián)，在計算機軟件的控制下實現(xiàn)遠程監(jiān)控化的全自動化變形監(jiān)測。

                 

如上圖所示，固定式全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)的主要配置為：

（1）硬件配置：1臺或多臺監(jiān)測設(shè)備（主要是自動化全站儀）、若干單棱鏡組（根據(jù)監(jiān)測點位數(shù)量而定）及其它附件、監(jiān)測儀器供電設(shè)備、監(jiān)測儀器與計算機的遠程數(shù)據(jù)通信設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備觀測站房等。

（2）軟件配置：

AutoMoS變形自動化監(jiān)測軟件。主要功能為配置管理NET05/NET1自動化全站儀等測量設(shè)備，實現(xiàn)限差檢核，系統(tǒng)運行消息輸出，變形量分析等。