水利水電工程錨索張拉云監測系統研究與應用

范 雄 安， 龔 澤 鵬， 蔣 小 春， 李 果

(1.華電金沙江上游水電開發有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041；2.成都中大華瑞科技有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

預應力錨索是指采取預應力方法把錨索錨固在巖體內部的索狀支架，常用于加固邊坡。錨索靠錨頭通過巖體軟弱結構面的孔錨入巖體內，把易滑體與穩固巖層聯在一起，從而改變邊坡巖體的應力狀態，提高邊坡不穩定巖體的整體性和受力強度。

錨索張拉施工技術是預應力錨索施工中最重要的一環，其施工質量的優劣直接影響到結構的耐久性和穩定性。由于張拉的質量和效果難以直觀檢查，需通過對張拉過程的記錄和分析來反映張拉情況。錨索張拉需按照錨索施工規范進行施工作業，在施工過程中記錄張拉的油壓值、張拉力、伸長量、升壓時間、持荷時間、偏差率等參數，以此數據作為評判張拉質量的依據。

自20世紀60年代起，我國開始發展預應力錨索加固技術，在水利水電工程中對錨索加固技術及應用方面有很多研究。2001年，黃河設計院[1]在小浪底工程中詳細研究了雙層保護預應力錨索的特點、錨索體設計、錨索構造、施工技術要求等；2005年，小浪底建管局對預應力錨索錨固效果、抗滑力最優化和耐久性等3個關鍵問題進行研究[2]；2016年，華東院進行了無黏結預應力錨索孔摩阻力及錨索結構改進的試驗研究[3]；2021年，水電十一局對深預應力錨索在深基坑支護工程當中的施工工藝和重點開展了研究[4]。

由于水電工程存在濕度高、空間狹小、設備轉運困難等一系列問題，目前水利水電錨索施工普遍采用人工采集、記錄張拉數據，人工控制油泵張拉的施工形式。人工記錄存在記錄數據不準確、人為介入可操控性大、記錄時效性不高、工作強度大等多種問題，導致預應力施工質量受外因影響程度大，專業化、標準化、科學化急需提升。2005年，水電七局錨索張拉自動監控系統[5]在紫坪鋪水利樞紐引水洞邊坡支護錨索工程中進行了多次現場實驗，采用計算機監控張拉數據的方式，數據存儲在數據庫中，但后來并未在水利水電工程中實際應用。錨索施工信息感知不全面、數據不準確、及時性差等問題亟待解決。利用計算機技術自動監測張拉過程、傳輸數據、形成成果，是錨索張拉技術發展的必然趨勢。

1 錨索張拉云監測系統的技術特點

錨索張拉云監測系統是針對傳統預應力錨索張拉施工存在的問題，對水電工程施工特點研發出的錨索施工監測系統，對錨索施工現場的張拉數據進行記錄、存儲、上傳，實現對預應力錨索張拉作業的遠程監測和在線記錄，達到提高測量精度和保障施工質量的效果。設備輕巧便攜，操作簡單，易于裝配，適用于水電工程復雜的張拉施工作業環境。錨索張拉云監測系統具有以下技術特點：

(1)數據采集精準化，記錄過程自動化，張拉數據連續化。錨索張拉記錄儀自動采集錨索張拉過程中的關鍵數據，保證錨索施工質量。人工采用鋼尺測量張拉位移，分辨率為毫米級，并存在讀數誤差。記錄儀測量分辨率為0.1毫米，采集頻率達到10次/秒，連續實時測量，數據準確，報表格式規范統一，節省人工資料整編時間，解決了現場人工操作水平參差不齊，施工規范性不高、數據不連續、資料整理滯后等問題。

(2)以在線集中式記錄與存儲模式替代現場分散記錄，保障數據真實可靠。傳統模式使現場各作業面分散，每個部位設備的故障，都會導致錨索數據的丟失，且存在人為篡改的風險。錨索張拉云監測改變了傳統的現場記錄模式，所有數據通過無線網絡傳輸到云服務器，在網絡端進行集中記錄與存儲，數據不可變更，減少人為篡改的可能性，有效地保證了數據的真實性和安全性。

(3)通過無線技術使整個錨索工作流程的前方與后方進行緊密聯系，提高了錨索施工的管理水平和智慧施工水平。施工前方，通過記錄儀進行自動記錄，數據無線實時上傳，生成符合規范的報表；施工后方，施工管理者可通過登錄云監測系統，實時查看張拉數據，及時了解張拉進展和張拉成果，以便調整施工策略，指導前方施工，有利于提高工程智慧施工水平。

(4)擁有配套的云監測APP，與云監測系統共用一套用戶管理權限和數據庫，云監測APP突破了時間和地域的限制，可隨時隨地監測現場張拉情況，很好地解決了錨索監測設備場地限制的缺點，方便了施工管理者監管錨索張拉現場的情況。

2 錨索張拉云監測系統的組成

錨索張拉云監測系統由錨索自動記錄儀、云監測系統、云監測APP構成。

錨索記錄儀自動記錄整個張拉過程的張拉數據，并通過4G網絡進行現場設備與中央服務器之間的實時數據傳輸。數據傳輸采用定制數據通信協議，對錨索張拉數據進行加密，保障數據傳輸的安全性、高效性。用戶可通過手機或PC端登錄系統，進行實時數據、過程數據查看和報表查詢，把握工程進展和質量。本項目可使現場錨索張拉施工作業規范化、科學化、標準化，提高張拉作業的技術水平和管理水平，保障施工質量。

2.1 錨索自動記錄儀

錨索自動記錄儀綜合運用了電子信息、傳感、檢測和通信技術，實現了數據自動采集、信息自動上傳、報表自動保存、歷史數據追溯、報表曲線打印。該儀器具有以下功能：

(1)現場數據采集、顯示及記錄。采用高精度位移傳感器測量錨索伸長量，高精度數顯示數字油壓表測量油壓值，避免人工記錄產生的誤差，確保數據真實性，提高施工效率。錨索記錄儀能實時顯示錨索伸長量、張拉力、偏差率等數據，將采集的數據生成實時曲線，自動判斷當前張拉狀態并生成報表。每秒可采集10次錨索伸長值與油泵油壓值數據，其曲線更加連續平滑。報表中記錄了報表生成時間、油壓值、張拉力、伸長量、偏差率、升壓時間、穩壓時間、張拉狀態等信息。

(2)實時數據上傳。利用4G網絡，記錄儀可實現遠程傳輸數據，將張拉現場的實時數據、實時報表、實時曲線和完整報表通過HTTP協議上傳至云監測系統。無線傳輸數據通過加密解密處理，保障數據安全性。施工管理者可第一時間獲取最新成果數據，有效提高施工管理效率及施工質量。設備具備斷網續傳功能，以適應施工現場較弱網絡條件的使用環境，在網絡通暢時實現數據續傳。

總而言之,前S1蛋白氨基酸完好,則變異的乙肝病毒就能夠在人體內保留傳染的特性,所以,對前S1蛋白進行分析,抗原了解乙肝病毒的傳染情況,前S1抗原可以反映病毒的感染率、復制率和清除率,其敏感性很高,尤其在乙肝病毒檢測上使用,能夠提升治愈率。

(3)報表打印和曲線打印功能。在完成張拉后，可打印當前張拉的施工報表和曲線，避免人工記錄產生的誤差，確保數據真實性，提高施工效率。

(4)本機歷史報表查詢功能。設備可查詢及打印本機張拉過程的歷史報表和曲線。設備在張拉完成后會生成并存儲完整報表，便于歷史張拉報表的資料查詢。

(5)數據掉電保存功能。施工現場情況復雜，當出現斷電情況，設備會保存當前張拉數據和張拉狀態，在電源恢復后仍可繼續完成數據記錄上傳等工作，數據不會因斷電而丟失。

(6)設定張拉參數功能。根據具體工程要求結合水電工程錨索施工規范設定張拉參數，包括各級持荷時間、各級張拉系數、錨索橫截面積、錨索彈性模量、錨索根數、千斤頂率定方程等。

2.2 云監測系統

云監測系統與錨索自動記錄儀是相輔相成的，具有以下功能：

(1)實時獲取錨索記錄儀上傳的實時數據、曲線數據以及報表數據。用戶登錄系統后可實時查看每個錨索記錄儀的實時數據、曲線以及報表。其實時的數據、報表、曲線均與現場錨索記錄儀數據一致。

(2)張拉數據實時匯總分析。施工現場的錨索張拉數據可以及時匯總到云服務器，并進行錨索張拉資料整理，生成報表及曲線圖，能及時分析和掌握錨索張拉施工完成情況。

(4)用戶信息及權限管理。云監測系統可根據不同用戶的身份和管理職責，設定不同的權限，使用戶只能執行權限內的操作。

(5)數據庫備份與恢復功能。云監測系統自動備份數據庫數據，并支持手動備份與恢復功能。當用戶誤刪數據時，可通過數據庫恢復功能恢復數據。

2.3 云監測APP

云監測APP與云監測系統共用一套用戶管理權限和數據庫。施工管理者可通過手機APP連接云服務器，隨時隨地遠程監測各錨索張拉施工作業面的張拉數據，降低了設備使用限制，為施工管理者帶來了極大的方便。

3 現場應用情況分析

3.1 總體應用情況

2022年3月，在電站左、右岸壩肩，開展了錨索云監測系統現場張拉試驗。錨索自動記錄儀體積小，易部署，操作簡單，相比傳統記錄張拉設備效率更高。現場完成了4個錨孔的張拉試驗，錨索記錄儀與云監測系統Web端界面顯示數據一致，錨索張拉云監測系統實現了現場記錄與在線記錄的雙重記錄，取得了良好的試驗成果。

3.2 應用效果分析

(1)錨索云監測系統使用傳感器技術代替傳統人工測量，保障數據的精準性、連續性，使用計算機技術和物聯網技術保障資料的安全性和實時性，便于專家和管理者實時把控現場張拉情況，保證張拉質量。

(2)現場錨索記錄儀體積小，重量輕，便于部署和移動，可在邊坡、高架等極端施工環境下工作，解決了傳統錨索張拉記錄設備安裝難、轉運難、拆卸難的問題，具有很好的適應性。

(3)以往現場錨索張拉機具轉移、油壓控制和數據記錄往往需要5人配合施工，錨索云監測系統實現自動記錄伸長值、油壓表讀數等數據，減少儀表觀測和記錄人員，現場只需2人就能完成錨索張拉作業，極大地減少了施工作業人員，控制了工程投入成本。

4 結 語

錨索張拉云監測系統專為水電工程錨索施工研發，對現場多個錨索記錄儀進行集中管控，所有錨索張拉站的數據在云監測系統中進行匯總，便于施工管理者對現場張拉情況的全面掌控并快速做出決策。

錨索張拉云監測系統的研究應用，消除了人為性因素，解決了傳統人工操作水平參差不齊、施工規范性不高等問題，也保證了張拉質量，避免了人為質量事故的發生。同時，降低了人員勞動強度及人工投入。該水電站錨索張拉工程量巨大，以錨索記錄儀替代常規人工測量，實現張拉過程物聯化，對控制工程投資、保障工程質量以及提升智能建設水平具有重要意義。