重建工程自動化管理系統安全監測研究

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）農田，在運行40年后，于2003年對金雞攔河閘進行安全鑒定，確認為Ⅲ類閘。由于金雞攔河閘擔負著地區重要經濟活動任務，故決定對其展開重建工作，確保未來可以持續運行。文章對金雞攔河閘重建工程自動化管理系統安全監測效果進行討論，以供相關人員參考。

關鍵詞：自動化;管理系統;安全監測

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

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.047

1 安全檢測系統結構設計

1.1 安全監測子系統設計與施工情況

從2005年開始，安全檢測設備及施工隊伍進駐施工現場，并在2007年4月底完成對所有項目和設備儀器的埋設工作，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5個滲壓計，共設45個滲壓計。

閘室底板內部溫度監測斷面共有6個，每個斷面都安裝有5支溫度計，共設有30支地板內部測溫計。

在兩岸翼墻分別設2個觀測斷面，完成土壓力計28個、側向滲壓計28個。

1.2 子系統監測設備選擇

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，以及設備高程，計算獲取該處的揚壓力水位數值，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。

1.2.2 測縫計

單向測縫計的型號是CF-25，在設計中將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。根據每只儀器的參數及安裝初始值，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。

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。

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值。

1.2.5 引張線儀與垂線坐標儀

在項目施工中，需要使用到引張線儀與垂線坐標儀。這是因為在數據采集前需要測量與壩體固定在一起的兩個基準桿間的長度，可將其默認為基準長度。這是一個固定不變的數值，用于判斷儀器監測能否正常運行。

根據基準長度統計數據表，可以發現10臺引張線儀及2臺垂線坐標儀的均方差的平均值為0.08，滿足《混凝土大壩安全監測技術規范》規定范圍要求。這表明，引張線儀在整個量程范圍之內基本滿足規范要求的測量精度，因而可以精準反映出大壩的變形規律[2]。

2 重建工程自動化管理系統安全檢測效果分析

2.1 基礎資料

金雞攔河閘重建工程基礎資料，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行現場人工監測，后改為自動化監測數據。根據觀測資料顯示，數據呈現出連續且穩定的變化，表明數據是可信的。

2.2 下閘蓄水試運行監測數據分析

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理部，聯合對金雞攔河閘重建工程下閘蓄水進行試驗觀測。

2.2.1 閘基滲透水壓

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

根據統計表可以知道，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，呈現出從上游到下游依次減少的趨勢，在4m處的水壓數值增加幅度不大，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（▽-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 運行期間數據分析

2.3.1 閘基滲透水壓力

根據閘基揚壓力觀測過程線可以發現，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。再對單個揚壓力監測斷面，可以發現基礎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條結構縫，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。根據觀測數據發現，各個壩段分縫相對穩定，且壩段之間接縫變化較小，最大在1 mm左右。接縫變形主要發生在儀器安裝完成后的4個月內，到目前為止，變形基本穩定，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水流方向的變形要大，兩者的年變幅（2007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（負方向）[3]。

3 結語

根據對監測數據的分析來看，重建后的安全監測系統中所使用的引張線和靜力水準等設備可以投入1年使用，具體數據對比結果如下：

根據觀測結果，檢測儀器在運行期間呈現出連續穩定、有規律的變化趨勢，證明監測數據是可信的;當下閘蓄水后，基礎揚壓力從上游開始逐漸下降，混凝土防滲墻表現出良好的效果，且揚壓力以橫向與縱向方向并未出現異常。

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行分析，順著束流方向并未出現變形。

受到自然氣候的影響，左右邊墩變形規律保持一致，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

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

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

[3] 王勇.淺談水閘的安全管理[J].治淮，2020（8）：44-45.