水利工程中安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用方法

譚理則

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610031）

若將安全檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)投入水利施工項(xiàng)目中，可提升施工進(jìn)度，及時(shí)排查施工過(guò)程中隱藏的安全隱患，并第一時(shí)間將獲取的狀況告知項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)，避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生影響施工質(zhì)量、造成安全事故。由此可見(jiàn)，分析水利項(xiàng)目下安全檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用狀況較為必要。

1 工程概況

本文選取了長(zhǎng)河壩水電站作為研究對(duì)象進(jìn)行分析，項(xiàng)目所處四川大渡河金湯河口附近，與巴丹縣城、瀘定縣城緊密連接，水電站周圍交通線路發(fā)達(dá)，包含省道S211、國(guó)道G318。該項(xiàng)目被我國(guó)列為大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”中一員，是第10個(gè)梯級(jí)電站。

2 水利水電工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)概述

目前，水利水電項(xiàng)目影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，水利水電項(xiàng)目中大壩結(jié)構(gòu)模式愈發(fā)多樣。水利大壩施工時(shí)，易受到外部因素的干擾，外界溫度、水壓力等參數(shù)的變化，易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)外部變形、產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重威脅大壩質(zhì)量，埋下安全隱患。此外，項(xiàng)目單位開(kāi)展大壩施工過(guò)程中，項(xiàng)目自身因素會(huì)對(duì)其造成干擾，如機(jī)械設(shè)備不合格、人為失誤、材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等，若項(xiàng)目單位未根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制所有施工環(huán)節(jié)，將提升安全風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)的概率，降低項(xiàng)目質(zhì)量，威脅工作人員的生命安全。

由于水利水電項(xiàng)目施工制度不斷完善，業(yè)內(nèi)愈發(fā)意識(shí)到安全監(jiān)測(cè)工作的重要性，全面監(jiān)測(cè)大壩項(xiàng)目安全性能，便于管理人員實(shí)時(shí)掌控大壩自身外觀變化、內(nèi)部溫度變化及受壓情況，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，維系大壩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。在大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)水平不斷提升的同時(shí)，更多新型技術(shù)被運(yùn)用于日常工作中，提高了安全監(jiān)測(cè)工作效率與效果。項(xiàng)目單位選擇使用適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備配合監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，以此提升監(jiān)測(cè)精度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性，維系大壩的正常運(yùn)行[1]。

3 水利水電工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用概述

長(zhǎng)河壩電站主要采用攔河大壩以及首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)等形式進(jìn)行施工，項(xiàng)目容量達(dá)到2 600 m3，壩高上限達(dá)到240 m，蓄水位維持在1 700 m左右，總庫(kù)容達(dá)到10.75 億m3，配備了4.15 億 m3調(diào)節(jié)庫(kù)容，以便適應(yīng)季節(jié)變化進(jìn)行調(diào)整。

長(zhǎng)河壩水電站屬于典型單一發(fā)電水庫(kù)站，該項(xiàng)目無(wú)須具備航運(yùn)、灌溉、防洪等性能，項(xiàng)目每年平均流量約843 m3/s。該大壩建設(shè)時(shí)決定選用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，防滲體主要使用礫石土直心墻型結(jié)構(gòu)，使用堆石填筑出所有壩殼，并在墻體上下游內(nèi)添加反濾層、過(guò)渡層等，此外下游壩殼、覆蓋層壩基處還設(shè)置了水平反濾層。

項(xiàng)目決定在河道右側(cè)安設(shè)堤壩電站樞紐永久泄水設(shè)備，其主要包含三條泄洪洞及一條防空洞。不同于泄洪洞，防空洞設(shè)置的目的是放空水庫(kù)，以便后期施工人員進(jìn)行檢修，同時(shí)放空的功能還包含后期導(dǎo)流，泄洪工作全程由泄洪洞負(fù)責(zé)進(jìn)行。此外，防空洞主要包含由短有壓進(jìn)口段、無(wú)壓隧道段及出口挑流鼻坎段三部分。分析三條泄洪洞擬定的布置位置，項(xiàng)目決定使用統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合開(kāi)挖法進(jìn)行三個(gè)洞口的開(kāi)挖，引水發(fā)電設(shè)備安設(shè)在河道左側(cè)，依照首部式地下廠房布置方法進(jìn)行布置，其主要包含電站進(jìn)水口、壓力管道、開(kāi)關(guān)站、尾水洞等內(nèi)容[2]。

3.2 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站。

目前，長(zhǎng)河壩水電站整個(gè)施工已經(jīng)全部完成，后期運(yùn)行過(guò)程中依賴永久觀測(cè)儀器對(duì)其工作狀態(tài)展開(kāi)實(shí)時(shí)檢測(cè)，基于項(xiàng)目實(shí)際需求，本項(xiàng)目共設(shè)置了21個(gè)永久監(jiān)測(cè)站臺(tái)。施工完成后，施工人員對(duì)大壩水管式沉降儀、引張線式位移計(jì)等進(jìn)行改造，將其覆蓋至周圍監(jiān)測(cè)站工作范圍內(nèi)。項(xiàng)目各個(gè)監(jiān)測(cè)站下各個(gè)采集單元通過(guò)RS-485總線實(shí)現(xiàn)連接，并依賴于光纖維系通信。此外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站和管理中心同樣依賴于光纖保持通信。該系統(tǒng)除了上述功能外，增設(shè)了為子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)信息的功能，因此，選用的采集軟件應(yīng)滿足大壩安全管理信息系統(tǒng)的需求。

（2）監(jiān)測(cè)管理中心站建立。

該項(xiàng)目的管理中心設(shè)置在副廠房處，其主要作用是維系項(xiàng)目各個(gè)工作站及服務(wù)器的正常工作，使其通過(guò)安全監(jiān)測(cè)信息管理與分析系統(tǒng)完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、人工測(cè)讀等工作。系統(tǒng)可及時(shí)匯總、整理所有收集的數(shù)據(jù)信息，在分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)的作用下，初步分析這些數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)果，以便管理人員做出正確的決定，該項(xiàng)目具備遠(yuǎn)程服務(wù)功能[3]。

項(xiàng)目?jī)?nèi)檢測(cè)中心對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，不會(huì)受到外界因素的干擾，自身?yè)碛袃艋娫础⒉婚g斷電源，能夠保障系統(tǒng)一直處于正常供電狀態(tài)。系統(tǒng)的運(yùn)算效率較高，配備大容量PC設(shè)備、服務(wù)器，管理部門為系統(tǒng)配備了打印、演示以及備份等外設(shè)設(shè)備。檢測(cè)中心設(shè)置了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、工作站計(jì)算機(jī)設(shè)備、中心站服務(wù)器等后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)體系較為完善。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠直接將所有獲取的信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，由數(shù)據(jù)庫(kù)自主對(duì)這些數(shù)據(jù)資料整理、分類，使其格式一致，以便統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)的前臺(tái)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)包含了服務(wù)器端功能，使得處于不同地區(qū)的用戶能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能的遠(yuǎn)程管理，實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控功能，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期處于24 h不間斷的管控下。

為了便于管理者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)還能夠根據(jù)使用者需求進(jìn)行調(diào)整修改，具備畫(huà)面與報(bào)表的編輯功能，以便管理者發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題后及時(shí)進(jìn)行處理，維持系統(tǒng)正常工作。

監(jiān)測(cè)管理中心結(jié)構(gòu)站如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)管理中心站結(jié)構(gòu)

4 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)控制與發(fā)展前景

4.1 安裝監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要項(xiàng)目

系統(tǒng)項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包含變形、滲流以及面板周邊縫等的應(yīng)力應(yīng)變、電位器式、水力學(xué)、環(huán)境量、差動(dòng)電阻式等。

4.2 合理進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)儀器的控制

對(duì)大壩項(xiàng)目安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中，施工人員應(yīng)充分借助各類監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度。監(jiān)測(cè)人員應(yīng)重視對(duì)外部壩頂、迎水坡、壩肩等部位的安全監(jiān)測(cè)，便于第一時(shí)間排查問(wèn)題，有效避免大壩出現(xiàn)變形、滲漏等故障。全面監(jiān)測(cè)大壩泄洪通道，嚴(yán)格排查其工作過(guò)程中是否存在雜物堵塞泄洪通道的問(wèn)題。對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)部各個(gè)防水設(shè)置、啟閉設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)。由此可見(jiàn)，項(xiàng)目選用的監(jiān)測(cè)設(shè)備質(zhì)量將影響最終獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)度，因此，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求選擇最佳的監(jiān)測(cè)設(shè)備至關(guān)重要。

（1）合理進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)測(cè)量控制。

為了保障最終獲取到的數(shù)據(jù)完整可靠，目前適用于大壩工程安全監(jiān)測(cè)工作中，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)表信息收集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)信息分析整理系統(tǒng)。在系統(tǒng)相互配合下，項(xiàng)目相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、安全信息數(shù)據(jù)及基本靜態(tài)數(shù)據(jù)信息均能被覆蓋在內(nèi)。為了維系數(shù)據(jù)庫(kù)的正常施工，項(xiàng)目單位還要為其設(shè)置科學(xué)有效的工作制度并讓系統(tǒng)管理人員接受系統(tǒng)培訓(xùn)，提升專業(yè)性。

（2）合理進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制。

構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，聘請(qǐng)專業(yè)組織、專家全面評(píng)估分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、信息資料。對(duì)大壩項(xiàng)目而言，安全滲流監(jiān)測(cè)工作中最核心的就是對(duì)滲透壓力、大壩壩基壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，由于大壩應(yīng)力、溫度應(yīng)力變化同樣易對(duì)大壩整體結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性產(chǎn)生影響，因此進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)同樣非常重要。

4.3 水利工程大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景

在信息時(shí)代的影響下，信息技術(shù)已經(jīng)深入融入各類水利工程大壩安全監(jiān)測(cè)工作中，有效提升了安全監(jiān)測(cè)質(zhì)量，提高了工作效率，維系著大壩的正常工作。對(duì)大壩進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)的目的是及時(shí)掌握大壩各個(gè)部分的真實(shí)工作狀況，出現(xiàn)問(wèn)題后系統(tǒng)將先自主計(jì)算、診斷，大幅度節(jié)省了管理人員的工作量，維系著大壩項(xiàng)目的正常工作，有效防止了各安全事故的發(fā)生。

應(yīng)確保落實(shí)大壩項(xiàng)目日常管理監(jiān)測(cè)工作，可長(zhǎng)期維系大壩項(xiàng)目長(zhǎng)期處于正常工作狀態(tài)，有效避免了風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。落實(shí)大壩日常運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作，能夠提升項(xiàng)目整體質(zhì)量，且能夠第一時(shí)間排查出隱藏的安全隱患，方便管理人員進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

5 結(jié)語(yǔ)

分析發(fā)現(xiàn)，落實(shí)大壩安全監(jiān)測(cè)管理工作、提升安全監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在較大程度上降低風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的可能性，維系水利項(xiàng)目的穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)大壩項(xiàng)目所使用的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)已愈發(fā)成熟，甚至超越了絕大多數(shù)外國(guó)國(guó)家，有力推動(dòng)了水利項(xiàng)目的發(fā)展。目前的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)仍有不足之處，部分技術(shù)尚未落到實(shí)際操作中，還需要日后深入研究。