引張線自動化監測在混凝土大壩中的應用

楊利

（山西四建集團有限公司，山西省太原市030012）

引張線自動化監測在混凝土大壩中的應用

楊利

（山西四建集團有限公司，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化監測系統在大壩中的實際應用。具體內容包括引張線系統的布置、引張線坐標儀的使用、數據采集與分析等。通過資料分析和系統綜合評價，肯定了引張線自動化監測系統在混凝土大壩變形監測工作中的可靠性和優越性，為同類大壩的設計和相關工程發展積累基礎資料。

功果橋水電站；引張線；自動化監測

1 工程概況

功果橋水電站位于云南省云龍縣境內的瀾滄江干流上，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。是以發電為主的大（2）型二等工程，庫區正常蓄水位1307m，裝機容量900MW，年發電量40.41億kWh。工程于2007年5月30日開始籌建準備，2008年12月5日截流，2011年9月21日導流洞下閘蓄水，2011年10月31日首臺機組投產發電，2012年6月21日全部機組投產發電。

2 引張線監測系統在功果橋水電站的布置

功果橋水電站引張線監測系統是由西北勘測設計院設計，由中國水利水電第四工程局勘測設計研究院施工，自動化采集系統采用西安聯能自動化工程有限責任公司的設備。該項目于2011年9月順利通過驗收。

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

功果橋水電站工程水平位移監測的主要手段為壩頂引張線系統和正、倒垂線組。在大壩左右岸兩端（1、17號）各設置1條垂線，監測壩肩巖體變位，并作為引張線的校核基準點。在壩頂設一條引張線系統來監測壩體各壩段的水平位移。該引張線系統由張緊端、測點裝置、固定端以及相應的護管組成。布置在上游觀測溝內，與電纜溝共用。整套引張線共設置16個測點，按每壩段一個測點布置，其中由于12號壩段壩頂均為梁板，未設置測點。

3 引張線自動化監測系統的布置、坐標儀數據采集與分析

3.1 引張線自動化監測系統的布置

功果橋大壩引張線自動化監測系統的安裝采用線體和電源及光纖分別用鍍鋅鋼管保護，避免了相互干擾現象且對數據線起到了屏蔽作用以免其他信號的干擾。引張線線體采用?1.2mm的銦鋼絲，護管采用?150mm的鍍鋅鋼管，混凝土支墩固定。整條線上共安裝16臺智能CCD引張線坐標儀，所有測點均接入了自動化系統，分別通過RS-485網絡連接到監控機房，經RS-486/232轉換后與上位機聯機，使用中系統正常讀取一次所有測點數據的時間小于10s[1]。通過設置定時測量功能的參數，使引張線坐標儀儀進行自動測量。引張線自動化監測系統布置圖如圖1所示。

3.2 引張線自動化監測系統工作原理

圖1 引張線自動化監測系統圖Fig.1 Automatic monitoring system of tension wire

圖2 引張線自動化監測系統工作原理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將光信號轉化為電信號，并在外部驅動脈沖的作用下輸出。在控制電路的作用下，將CCD 輸出信號進行二值化處理，單片機將二值化的數據存入片內的數據存儲器。根據數據處理算法判斷CCD 測量范圍內的線徑情況，并將處理結果進行顯示或存儲，上位機通過RS485總線與引張線儀通信，完成對儀器的功能操作，如數據讀取、時鐘設置，定時測量設置，定時測量數據讀取、內存清空等操作，引張線儀根據設置的定時測量的參數，可實現最多4000組數據的自動測量功能，當測量數據多于4000組時，會自動將新測量的數據覆蓋最早測量的數據。通過上位機的用戶程序還可以完成對數據一些后期處理操作，如數據計算、報表的繪制、打印等。

3.3 引張線監測坐標儀的使用

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

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

3.4 引張線自動化監測數據采集與分析

圖5為11壩段引張線測點EX11從2011年9月21日至2013年9月20日人工監測與自動化監測的對比圖。

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

圖4 引張線坐標儀結構及接線圖Fig.4 The structure and wiring diagram of the tension coordinate instrument

表1 LN2003A引張線坐標儀技術參數Tab.1 Technical parameters of the LN2003A tension coordinate instrument

圖5 引張線EX11測點人工與自動化監測對比圖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化監測系統采集讀數與人工測值相吻合。由于自動化監測系統頻率高、精度高、適應性強，但易受環境干擾，穩定性差，為檢驗自動化數據的可靠性，同時采用人工監測讀數。采用簡化的回歸方程對相關性進行檢驗比較。從而真實準確地反映了大壩的運行狀態，為大壩的運行和后期維護提供真實有效的理論基礎與數據安全保障。

4 結束語

在大壩安全監測項目中，水平位移監測是非常重要的一項監測內容。引張線監測系統可以在壩體發生位移后短時間內獲取引張線位移記錄，迅速記錄各測點位移值，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記錄可以研究大壩結構對蓄水的影響、確定壩體位移規律，為判定大壩建筑物的安全性和修復及時準確地提供基礎性技術數據。

[1] 柴世杰.智能CCD引張線儀的設計與應用.湖南師范大學自然科學報， 2011.34（4）：39 CHAI Shijie.The design and application of intelligent CCD tension instrument. Natural Science Journal of Hunan Normal University，2014，34（4）：39.

[2] 呂剛，劉廣林.電容感應式引張線儀的研制及應用［J］.大壩觀測與土工測試，1991， 15（1）：3-9.LV Gang，LIU Guanglin.Development and application of the capacitive induction tension instrument[J].Dam Observation and Geotechnical Testing，1991，15（1）：3-9.

[3] 李宗春，李廣云.我國大壩變形監測技術現狀與進展［J］.測繪通報，2002，48（10）：19-21.LI Zongchun，LI Guangyun.The Present Situation and Progress of Dam Deformation Monitoring Technology in China[J].Mapping Bulletin，2002，48（10）：19-21.

[4] 王衛列，高嵐.建筑大壩監測的大數據應避免的問題[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.

[5] 張燕霞.積石峽水電站混凝土面板堆石壩周邊縫變形監測簡析[J].水電與抽水蓄能，2015，1（3）：20-250.ZHANG Yanxia. Deformation Monitoring of Peripheral Joint of Concrete Face Rockfill Dam of Jishixia Hydropower Station [J].Hydropower and Pamped Storage, 2015，1（3）；20-25.

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：水電站安全監測儀器的安裝埋設調試及資料分析等。E-mail：254007458@qq.com