重建工程自動化管理系統(tǒng)安全監(jiān)測研究

陳婉珍 蘇新程

摘 要：金雞攔河閘為大型水閘，原閘從1965年動工，1967年正式放水，用于灌溉原晉江、泉州及南安縣（市）農(nóng)田，在運行40年后，于2003年對金雞攔河閘進(jìn)行安全鑒定，確認(rèn)為Ⅲ類閘。由于金雞攔河閘擔(dān)負(fù)著地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)活動任務(wù)，故決定對其展開重建工作，確保未來可以持續(xù)運行。文章對金雞攔河閘重建工程自動化管理系統(tǒng)安全監(jiān)測效果進(jìn)行討論，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：自動化;管理系統(tǒng);安全監(jiān)測

中圖分類號：TV6;TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.047

1 安全檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 安全監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)計與施工情況

從2005年開始，安全檢測設(shè)備及施工隊伍進(jìn)駐施工現(xiàn)場，并在2007年4月底完成對所有項目和設(shè)備儀器的埋設(shè)工作，并于2007年5月開始試運行，最終在2007年12月底完成驗收。金雞攔河閘閘室共有15個孔，按照從左到右的次序分別為1#=15#，共分為9個伸縮段，8條伸縮縫[1]。

在閘室共有9個滲流觀測斷面，其分別位于1#及15#孔縫墩、8#孔右測縫墩及其余中墩上，每條縱斷面設(shè)5個滲壓計，共設(shè)45個滲壓計。

閘室底板內(nèi)部溫度監(jiān)測斷面共有6個，每個斷面都安裝有5支溫度計，共設(shè)有30支地板內(nèi)部測溫計。

在兩岸翼墻分別設(shè)2個觀測斷面，完成土壓力計28個、側(cè)向滲壓計28個。

1.2 子系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備選擇

1.2.1 滲壓計

在項目中使用到Geokon-4500s型滲壓力計，通過測量滲壓計承受的水頭，以及設(shè)備高程，計算獲取該處的揚壓力水位數(shù)值，計算公式為：

H=0.70432×[G×（R0-R1）+K×（T1-T0）]+H0? ? ? ? （公式1）

在公式中，G、K表示為靈敏度、溫度系數(shù)。

1.2.2 測縫計

單向測縫計的型號是CF-25，在設(shè)計中將3支測縫計組裝成為1組三向測縫計。其中，X和Y表示在閘墩7 m下游平臺上，Z則是位于同高程豎直面，具體安裝成果如圖1所示。

測縫計用PSM-R電阻比檢測儀測量，第一個測值為電阻，第二個測值為電阻比。根據(jù)每只儀器的參數(shù)及安裝初始值，就可以計算得到壩體接縫的變形成果，其計算方法如下：

J=f 'Δz+bΔT? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（公式2）

其中，J、f '分別是指縫的開合度和測縫的修正最小讀數(shù)。

1.2.3 土壓力計

土壓力計選擇的型號為YUB-4，其計算方法如下：

p=f 'Δz+bΔT? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（公式3）

其中，p、f '分別是指壓力、土壓力計的修正最小讀數(shù)。

1.2.4 溫度計

項目溫度計選擇為DW-1，其計算公式：

T=α（R-R0' ）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （公式4）

其中，T、R分別是指溫度和實測儀器電阻數(shù)值。

1.2.5 引張線儀與垂線坐標(biāo)儀

在項目施工中，需要使用到引張線儀與垂線坐標(biāo)儀。這是因為在數(shù)據(jù)采集前需要測量與壩體固定在一起的兩個基準(zhǔn)桿間的長度，可將其默認(rèn)為基準(zhǔn)長度。這是一個固定不變的數(shù)值，用于判斷儀器監(jiān)測能否正常運行。

根據(jù)基準(zhǔn)長度統(tǒng)計數(shù)據(jù)表，可以發(fā)現(xiàn)10臺引張線儀及2臺垂線坐標(biāo)儀的均方差的平均值為0.08，滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定范圍要求。這表明，引張線儀在整個量程范圍之內(nèi)基本滿足規(guī)范要求的測量精度，因而可以精準(zhǔn)反映出大壩的變形規(guī)律[2]。

2 重建工程自動化管理系統(tǒng)安全檢測效果分析

2.1 基礎(chǔ)資料

金雞攔河閘重建工程基礎(chǔ)資料，記錄的是從2006年1月到2008年4月的資料。其中，2007年7月前，均是使用便攜式檢測儀進(jìn)行現(xiàn)場人工監(jiān)測，后改為自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)觀測資料顯示，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出連續(xù)且穩(wěn)定的變化，表明數(shù)據(jù)是可信的。

2.2 下閘蓄水試運行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為了更好地了解金雞攔河閘重建工程真實蓄水時，壩基滲透壓力的數(shù)值情況，了解并掌握閘壩運行情況，2007年4月，金雞攔河閘管理處與工程監(jiān)理部，聯(lián)合對金雞攔河閘重建工程下閘蓄水進(jìn)行試驗觀測。

2.2.1 閘基滲透水壓

閘基滲透水壓力監(jiān)測共有9個觀測段面，每個觀測段面設(shè)5個測點，共計45個測點，如圖2所示。

根據(jù)統(tǒng)計表可以知道，閘基揚壓力觀測過程線上看，滲透水位受上游庫水位影響較大，庫水位上升，壩基滲透水壓力也上升。

2.2.2 閘體接縫

蓄水前后，后啟孔壩段間接縫基本沒有變化，先啟孔略有變化，最大變化為0.6 mm，發(fā)生在C8-Z處，沿壩軸線方向張開最大0.26 mm;整體壩段間接縫處變化相對較小，下閘蓄水對于壩段間接縫開合影響并不是很大。

2.2.3 左右岸翼墻繞滲和土壓力

下閘蓄水后，左右岸翼墻后的水壓數(shù)值有所增大，從0.8 m高程沿著水流方向從上游至下游，左岸翼墻水壓力從原有的2.8 m減小至1.4 m，平均為2.1 m水頭，呈現(xiàn)出從上游到下游依次減少的趨勢，在4m處的水壓數(shù)值增加幅度不大，均為0.2 m。

下閘蓄水后，右岸0.8 m高程土壓力平均增加1.3 m，4 m高程處土壓力增加不大，平均為0.02 m;左岸0.8 m高程土壓力平均增加1.3 m，4 m高程處土壓力增加不大，平均為0.002 m;整體來看，左右岸翼墻土壓力變化基本相同。

2.2.4 混凝土溫度

下閘蓄水后，閘墩混凝土內(nèi)部（▽-2.0/-1.0 m）溫度基本沒有變化，大都維持在20.5 ℃左右;壩基礎(chǔ)（▽-3.5/-2.5 m）溫度為18.1 ℃左右，蓄水壩基溫度降低1 ℃左右。

2.3 運行期間數(shù)據(jù)分析

2.3.1 閘基滲透水壓力

根據(jù)閘基揚壓力觀測過程線可以發(fā)現(xiàn)，滲透水位隨上、下游水位影響較大，上、下游水位上升，壩基滲透水壓力也上升。再對單個揚壓力監(jiān)測斷面，可以發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)揚壓力從上游到下游逐步降低，混凝土防滲墻效果明顯。

2.3.2 閘體接縫

在項目中，閘體共有8條結(jié)構(gòu)縫，分別位于2#、4#、6#、8#、9#、11#、13#、15#這8個閘墩上。在這些閘墩上，共安裝了24支測縫計，分別測量縫墩3個方向的變形量。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，各個壩段分縫相對穩(wěn)定，且壩段之間接縫變化較小，最大在1 mm左右。接縫變形主要發(fā)生在儀器安裝完成后的4個月內(nèi)，到目前為止，變形基本穩(wěn)定，趨勢性變化很小。

2.3.3 閘體水平位移及沉降

閘體位移觀測，采用的是倒垂線與引張線相結(jié)合的方法，從左右岸邊墩的倒垂線觀測成果看，沿壩軸線方向的變形比順?biāo)鞣较虻淖冃我?，兩者的年變幅?007年7月～2008年5月）分別為12.5 mm、11.7 mm;邊墩在氣溫較低的1月～2月向兩岸變形到最大值，在氣溫較高的7月～8月向河床變形到最大值。

從引張線測點的觀測成果看，大壩變形主要受氣溫響，呈年周期變化。從2007年8月30日以來，隨著氣溫的降低，大壩逐步向下游變形（正方向），總體表現(xiàn)為河床中部壩段變形量大，兩岸變形量小;從2008年2月中旬開始，隨著氣溫的升高，大壩逐步向上游變形（負(fù)方向）[3]。

3 結(jié)語

根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析來看，重建后的安全監(jiān)測系統(tǒng)中所使用的引張線和靜力水準(zhǔn)等設(shè)備可以投入1年使用，具體數(shù)據(jù)對比結(jié)果如下：

根據(jù)觀測結(jié)果，檢測儀器在運行期間呈現(xiàn)出連續(xù)穩(wěn)定、有規(guī)律的變化趨勢，證明監(jiān)測數(shù)據(jù)是可信的;當(dāng)下閘蓄水后，基礎(chǔ)揚壓力從上游開始逐漸下降，混凝土防滲墻表現(xiàn)出良好的效果，且揚壓力以橫向與縱向方向并未出現(xiàn)異常。

壩段間接縫開合度變化并不明顯，其最大的開和距離在1 mm，再對9#閘墩處兩臺引張線儀及測縫計的觀測成果表面進(jìn)行分析，順著束流方向并未出現(xiàn)變形。

受到自然氣候的影響，左右邊墩變形規(guī)律保持一致，左右岸防方向年均變形幅度范圍在11 mm～12 mm，順著水流防線變形范圍在3 mm;同樣，自然問題會影響到大壩水流方向的水平位移，并以年周期的方式變化，幅度范圍在5 mm左右。

參考文獻(xiàn)

[1] 李皓，方文杰.大中型水閘運行管理現(xiàn)狀與對策建議[J].工程技術(shù)研究，2021，6（5）：181-182.

[2] 楊銀河.探析水閘運行中的安全管理對策[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（24）：234-235.

[3] 王勇.淺談水閘的安全管理[J].治淮，2020（8）：44-45.