大壩安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)施工.doc

大壩安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)施工濰坊金水華禹信息科技有限公司目錄1 安全監(jiān)測(cè)的重要性及失事舉例2 安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì) 2.1混凝土壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 2.1.1 變形監(jiān)測(cè) 2.1.2滲流監(jiān)測(cè) 2.1.3 內(nèi)部監(jiān)測(cè) 2.2 土石壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 2.2.1 滲流監(jiān)測(cè) 2.2.2變形監(jiān)測(cè)3 觀測(cè)儀器 3.1 垂線(xiàn)坐標(biāo)儀、引張線(xiàn)儀 3.2 差阻式儀器4 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 安全監(jiān)測(cè)的重要性及失事舉例大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性不均勻的地基上，在各種荷載的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時(shí)都在變化。如果出現(xiàn)異常，又不被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。國(guó)內(nèi)外大壩失事的實(shí)例不少。1975年8月暴雨洪水導(dǎo)致板橋水庫(kù)和石漫灘水庫(kù)失事，造成大面積水災(zāi)和人員傷亡，京廣線(xiàn)也被局部沖毀，損失巨大。1993年8月27日溝后水庫(kù)失事，造成水庫(kù)下游13km處的恰卜恰鎮(zhèn)500人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失1.53億元。如果事先運(yùn)用有效的觀測(cè)手段對(duì)這些工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取有效的工程措施，就能避免災(zāi)難。1962年安徽梅山連拱壩右岸基巖發(fā)現(xiàn)大量漏水，右岸13#垛垂線(xiàn)坐標(biāo)儀，觀測(cè)三天內(nèi)向左岸傾斜57.2mm，向下游位移了9.4mm，且右岸各垛陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大裂縫，經(jīng)過(guò)分析是右岸基巖發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。在垂線(xiàn)坐標(biāo)儀監(jiān)測(cè)下放空水庫(kù)進(jìn)行加固處理，避免了一場(chǎng)潰壩事故。1985年6月12日在長(zhǎng)江三峽的新灘，發(fā)生大滑坡，2000萬(wàn)m3堆積體連帶新灘古鎮(zhèn)一起滑入江中?？墒请U(xiǎn)區(qū)居民全部提前安全撤出，無(wú)一傷亡，這全靠安全監(jiān)測(cè)所作出的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。大壩失事的原因是多方面的，從世界上300多座大壩失事的原因分析，認(rèn)為35%是泄洪能力不足，在勘測(cè)、設(shè)計(jì)中洪水計(jì)算和防洪能力方面存在問(wèn)題，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一個(gè)量變到質(zhì)變的過(guò)程，可以用監(jiān)測(cè)方法及早發(fā)現(xiàn)的。為了保證大壩、下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全及社會(huì)的安定，我們國(guó)家對(duì)水庫(kù)大壩的安全制定了相應(yīng)的法律法規(guī)及規(guī)范，來(lái)加強(qiáng)水庫(kù)大壩運(yùn)行期的安全管理。l 土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（SL60-94）l 混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(SDJ336-89)，能源部,水利部,1989年l 混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(DL/T 5178-2003)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易位員會(huì)l 水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例，國(guó)務(wù)院，1991年l 水電站大壩安全管理辦法，電力工業(yè)部，1997年l 水電站大壩安全監(jiān)測(cè)工作管理規(guī)定，電力工業(yè)部，1997年l 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（SL268-2001），水利部，2001年2 大壩安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)巖土工程的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)該看成整個(gè)工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，根據(jù)建筑物的等級(jí)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)必須與所有其他工程設(shè)計(jì)一樣統(tǒng)一安排。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)貫穿于工程設(shè)計(jì)、施工以及整個(gè)工程壽命期內(nèi)，合理的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)可以獲得作為工程安全狀況的正確評(píng)估，還可以改進(jìn)大壩的設(shè)計(jì)、指導(dǎo)大壩的施工，使未來(lái)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行更合理、更安全。大壩安全監(jiān)測(cè)工作一般分以下幾個(gè)階段：l 可行性研究階段。應(yīng)提出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、觀測(cè)項(xiàng)目及其所需要的儀器設(shè)備的數(shù)量和投資估算（一般約占主體建筑物總投資的13%）。l 初步設(shè)計(jì)階段。應(yīng)優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、測(cè)點(diǎn)布置、觀測(cè)設(shè)備及儀器的數(shù)量和投資概算。l 招投標(biāo)設(shè)計(jì)階段。應(yīng)提出觀測(cè)儀器設(shè)備的清單、各主要觀測(cè)項(xiàng)目及測(cè)次；各觀測(cè)設(shè)施安裝技術(shù)要求和投資預(yù)算。l 施工階段。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，提出施工詳圖。承包商應(yīng)編制施工規(guī)程，做好儀器設(shè)備的安裝、埋設(shè)、調(diào)試和保護(hù)、電纜走線(xiàn)、施工期觀測(cè)及施工期觀測(cè)資料分析，及時(shí)指導(dǎo)大壩施工，并應(yīng)保證觀測(cè)設(shè)施的完好率及觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確、完整。工程竣工時(shí)，應(yīng)將觀測(cè)設(shè)施和竣工圖、埋設(shè)記錄、施工期觀測(cè)記錄、以及整理分析等全部資料匯編成正式文件，移交管理單位。l 正常運(yùn)行階段。應(yīng)根據(jù)正常運(yùn)行階段的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行正常的合特殊巡視檢查與觀測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)施進(jìn)行檢查、維護(hù)、校驗(yàn)、更新、完善，定期委托科研院所等專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編、分析、作出工程性態(tài)評(píng)價(jià)，提出監(jiān)測(cè)報(bào)告和安全預(yù)報(bào)意見(jiàn)。2.1 混凝土壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)在混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（DL/T5178-2003）中按照大壩的級(jí)別對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的設(shè)定有明確的規(guī)定(見(jiàn)附表1)，對(duì)新建大壩各個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目規(guī)定了觀測(cè)周期。各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)該相互協(xié)調(diào)和同步，變形監(jiān)測(cè)、滲流滲壓監(jiān)測(cè)和應(yīng)力應(yīng)變溫度等監(jiān)測(cè)儀器儀器宜在同一重要觀測(cè)壩段上布置，以便相互校核和補(bǔ)充。觀測(cè)斷面的選擇和觀測(cè)儀器的布置應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、建筑物等級(jí)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及監(jiān)測(cè)目的確定。儀器布置應(yīng)該選擇有代表性的壩段進(jìn)行，所謂有代表性的壩段，一般指最大壩高壩段或觀測(cè)成果易于與設(shè)計(jì)比較的壩段。當(dāng)?shù)鼗嬖诘刭|(zhì)問(wèn)題時(shí)，如軟弱夾層、泥化夾層，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)應(yīng)是基礎(chǔ)和與基礎(chǔ)結(jié)合的混凝土壩內(nèi)的壩踵、壩址部位。重力壩可以選取溢流壩段或非溢流壩段作為重點(diǎn)觀測(cè)壩段，對(duì)地質(zhì)復(fù)雜的工程可增設(shè)一個(gè)壩段，作為次要觀測(cè)壩段,其他作為一般觀測(cè)壩段；拱壩擬選擇拱冠梁和拱座作為重點(diǎn)觀測(cè)壩段，對(duì)于高拱壩還可以在1/4拱、3/4拱處各選擇一個(gè)壩段作為次要觀測(cè)壩段；對(duì)于支墩壩一般選擇一個(gè)壩高較大的支墩作為重點(diǎn)觀測(cè)壩段，對(duì)于重要和基礎(chǔ)地質(zhì)情況復(fù)雜的工程，可以增設(shè)觀測(cè)壩段，并作為次要觀測(cè)壩段，其他作為一般觀測(cè)壩段。2.1.1 變形監(jiān)測(cè)混凝土壩的變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有壩體變形、接縫、裂縫，以及壩基變形、滑坡體和高邊坡的位移等。在混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了各個(gè)監(jiān)測(cè)量的精度要求和符號(hào)約定，各個(gè)項(xiàng)目測(cè)量時(shí)應(yīng)該盡量同步。2.1.1.1 變形監(jiān)測(cè)的精度和符號(hào)l 變形監(jiān)測(cè)的精度一般按照表1要求。l 變形量的正負(fù)號(hào)遵守如下規(guī)定 1 水平位移：向下游為正，向左岸為正，反之為負(fù)。 2 垂直位移：下沉為正，上升為負(fù)。 3 傾斜：向下游轉(zhuǎn)動(dòng)為正，向左岸轉(zhuǎn)動(dòng)為正，反之為負(fù)。 4 接縫和裂縫開(kāi)合度：張開(kāi)為正，閉合為負(fù)。 5 高邊坡和滑坡體位移：向下滑為正，向左為正，反之為負(fù)。表1 變形監(jiān)測(cè)的精度項(xiàng) 目位移量中誤差限值水平位移(mm)壩頂重力壩支墩壩1.0拱壩徑向2.0切向1.0壩基重力壩支墩壩0.3拱壩徑向0.3切向0.3壩體垂直位移(mm)壩頂1.0壩基0.3傾斜()壩體5.0壩基1.0壩體表面接縫和裂縫(mm)0.2近壩區(qū)巖體和高邊坡(mm)水平位移2.0垂直位移2.0滑坡體(mm)水平位移3.0（巖質(zhì)邊坡）5.0(土質(zhì)邊坡)垂直位移3.0裂縫1.02.1.1.2 水平變形監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)1水平位移變形監(jiān)測(cè)方式選擇和測(cè)點(diǎn)的布置順?biāo)鞣较蚝痛怪眽屋S線(xiàn)方向的水平位移，可以用垂線(xiàn)引張線(xiàn)或視準(zhǔn)線(xiàn)方式觀測(cè)。垂線(xiàn)直線(xiàn)引張線(xiàn)方式配置適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化測(cè)量?jī)x器就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，并且可以和人工觀測(cè)并存。視準(zhǔn)線(xiàn)方式一般用于人工觀測(cè)。直形重力壩或支墩壩壩體和壩基水平位移宜采用垂線(xiàn)引張線(xiàn)方式觀測(cè)，引張線(xiàn)可以分段布置，分段中間要設(shè)垂線(xiàn)。如果壩體較短，條件有利，壩體水平位移可采用視準(zhǔn)線(xiàn)法觀測(cè)。拱壩壩體和壩基水平位移宜采用導(dǎo)線(xiàn)法觀測(cè)，如果條件允許，也可以用垂線(xiàn)方式測(cè)量水平位移。拱壩和高重力壩近壩區(qū)巖體水平位移，應(yīng)布設(shè)邊角網(wǎng)，監(jiān)測(cè)巖體的變形。水工建筑物位移標(biāo)點(diǎn)的布置，應(yīng)該根據(jù)建筑物的重要性、規(guī)模、施工、地質(zhì)情況以及采用的觀測(cè)方法而定，以能全面掌握建筑物及基礎(chǔ)的變形狀態(tài)為原則。通常垂直位移與水平位移標(biāo)點(diǎn)設(shè)在同一觀測(cè)墩上。垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，首先應(yīng)該選擇地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段，其次是最高壩段和其他有代表性壩段。拱壩的拱冠和拱座應(yīng)設(shè)置垂線(xiàn)，較長(zhǎng)的拱壩還應(yīng)在1/4拱和3/4拱處設(shè)置垂線(xiàn)，各高程廊道與垂線(xiàn)相交處應(yīng)設(shè)置垂線(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)。水平位移測(cè)點(diǎn)，應(yīng)盡量在壩頂和基礎(chǔ)廊道設(shè)置。高壩還應(yīng)該在中間高程廊道設(shè)置測(cè)點(diǎn)，每個(gè)壩段宜設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。2 工程實(shí)例倒垂線(xiàn)正垂線(xiàn)圖1 典型正、倒垂線(xiàn)布置垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)3 垂線(xiàn)的設(shè)計(jì)垂線(xiàn)測(cè)量的是壩體順?biāo)鞣较蚣按怪彼鞣较虻膲误w水平位移，有正垂線(xiàn)、倒垂線(xiàn)之分。正垂線(xiàn)就是在建筑物頂上懸掛鋼絲，在基礎(chǔ)廊道內(nèi)設(shè)掛重及垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)，利用倒垂線(xiàn)可以測(cè)量壩頂?shù)交A(chǔ)廊道的相對(duì)位移，設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝方便。倒垂線(xiàn)是指從壩頂或壩體基礎(chǔ)廊道鉆孔到壩基相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)，將鋼絲錨固在孔底，在壩頂或基礎(chǔ)廊道設(shè)浮桶及垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)，利用正垂線(xiàn)可以測(cè)量壩頂或基礎(chǔ)廊道的絕對(duì)位移。垂線(xiàn)的中部壩體廊道內(nèi)也可以設(shè)垂線(xiàn)測(cè)點(diǎn)。垂線(xiàn)長(zhǎng)度不宜大于50米，否則垂線(xiàn)容易受空氣對(duì)流而震動(dòng)，不易回到平衡位置，造成測(cè)量誤差。正倒垂結(jié)合時(shí)宜在同一個(gè)觀測(cè)墩上銜接，否則正倒垂之間的壩體變形應(yīng)設(shè)因瓦尺或量具儀觀測(cè)。u 正垂線(xiàn)設(shè)計(jì)正垂線(xiàn)重錘應(yīng)設(shè)止動(dòng)片，阻尼箱內(nèi)應(yīng)裝防銹、粘性小的抗凍液體，其內(nèi)徑和高度應(yīng)該比重錘直徑和高度大1020cm。重錘重量一般按下式確定：W20(1+0.02L)，式中：W-重錘重量，kg；L垂線(xiàn)長(zhǎng)度，m。垂線(xiàn)鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的2倍，宜適用1.0mm1.2mm的鋼絲，一般垂線(xiàn)鋼絲直徑不宜大于1.6mm。垂線(xiàn)安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。觀測(cè)站宜用鋼筋混凝土觀測(cè)墩，觀測(cè)站宜設(shè)防風(fēng)保護(hù)箱或修建安全保護(hù)觀測(cè)室。u 倒垂線(xiàn)設(shè)計(jì)倒垂線(xiàn)鉆孔深入基巖深度應(yīng)該按照壩工設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，達(dá)到變形可以或略處，缺少該項(xiàng)計(jì)算結(jié)果時(shí)，可取壩高的1/41/2，鉆孔深度不小于10m。倒垂線(xiàn)孔內(nèi)宜埋設(shè)壁厚57mm無(wú)縫鋼管作為保護(hù)管，內(nèi)徑不宜小于100mm，垂線(xiàn)安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。垂線(xiàn)浮體組宜采用恒定浮力式，浮子的浮力一般按下式確定：P250(1+0.01L)式中：P浮子浮力，N；L測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度,M。垂線(xiàn)鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的3倍，宜適用1.0mm1.2mm的鋼絲，一般垂線(xiàn)鋼絲直徑不宜大于1.6mm。4 引張線(xiàn)的設(shè)計(jì) 引張線(xiàn)的設(shè)備包括端點(diǎn)裝置、測(cè)點(diǎn)裝置、測(cè)線(xiàn)及其保護(hù)管。端點(diǎn)裝置可采用一端固定、一端加力的辦法，也可以采用兩端加力的方法。測(cè)線(xiàn)愈長(zhǎng)引張線(xiàn)所需要的拉力愈大。長(zhǎng)度為200600m的引張線(xiàn)，一般采用4080kg的重錘張拉。重錘重量按下式計(jì)算H=S2W/(8Y)式中：S引張線(xiàn)長(zhǎng)度，m；W引張線(xiàn)鋼絲單位重量，kg/m；H水平拉力（重錘重量），kg；Y引張線(xiàn)懸鏈線(xiàn)直徑，mm。引張線(xiàn)鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的2倍，宜適用0.8mm1.2mm的鋼絲。引張線(xiàn)保護(hù)管一般用110160mm的PVC管。5 視準(zhǔn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)視準(zhǔn)線(xiàn)應(yīng)離障礙物1m以上。工作基點(diǎn)應(yīng)采用鋼筋混凝土墩，測(cè)點(diǎn)設(shè)觀測(cè)墩，墩上埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中底盤(pán)要求水平，配活動(dòng)占標(biāo)，高于地面1.2m。為了保證觀測(cè)精度，視準(zhǔn)線(xiàn)的長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，一般按如下控制：重力壩和支墩壩 300m拱壩 300m 滑坡體 800m2.1.1.3 豎直變形監(jiān)測(cè)豎直變形是指壩體鉛直方向的變形，即壩體沉降。沉降測(cè)點(diǎn)可以和水平位移測(cè)點(diǎn)結(jié)合布置，可與視準(zhǔn)線(xiàn)的水平位移測(cè)點(diǎn)布置在同一個(gè)測(cè)點(diǎn)墩上。壩體廊道和壩面的沉降變形可以使用精密水準(zhǔn)測(cè)量，如需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，可以采用利用連通管原理設(shè)計(jì)的靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。測(cè)點(diǎn)保護(hù)裝置遙測(cè)引張線(xiàn)儀引張線(xiàn)體(圖三)引張線(xiàn)系統(tǒng)框圖引張線(xiàn)浮托裝置人工比測(cè)裝置引張線(xiàn)固定端引張線(xiàn)固定端 靜力水準(zhǔn)原理2.1.2 滲流監(jiān)測(cè)大壩及其基礎(chǔ)的滲流監(jiān)測(cè),是安全監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目。壩基揚(yáng)壓力是壩體外荷載之一，是影響大壩穩(wěn)定的重要因素，壩體揚(yáng)壓力主要是指溷尼姑水平施工縫上的孔隙水壓力。如果孔隙水壓力過(guò)大，說(shuō)明施工面上結(jié)合不良。壩基滲流量突然增大，說(shuō)明壩基破碎帶處理或灌漿效果不佳，兩岸混凝土與基巖接觸不良。若壩體滲流量突然增大，可能是壩體混凝土出現(xiàn)裂縫所致?？傊瑵B流監(jiān)測(cè)必不可少。2.1.2.1 揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)布置u 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)的布置。揚(yáng)壓力觀測(cè)應(yīng)該根據(jù)建筑物的類(lèi)型、規(guī)模、壩基地質(zhì)條件和滲流控制的工程措施等設(shè)計(jì)布置。一般應(yīng)該設(shè)縱向觀測(cè)斷面12個(gè)，每個(gè)壩段不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)，如地質(zhì)條件復(fù)雜，則應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)。橫向觀測(cè)斷面至少2個(gè)，依據(jù)壩的長(zhǎng)度而定，橫斷面間距一般50100m。以重力壩、重力拱壩及支敦壩為例，橫斷面上測(cè)點(diǎn)的布置以能繪制揚(yáng)壓力分布圖形為準(zhǔn)，一般56個(gè)，帷幕前一個(gè)測(cè)點(diǎn)，帷幕后一個(gè)測(cè)點(diǎn)，排水幕線(xiàn)上一個(gè)，排水幕后23個(gè)，測(cè)點(diǎn)一般布置在壩段中心線(xiàn)或支敦中心線(xiàn)上。簿拱壩一般不測(cè)揚(yáng)壓力，僅在排水幕上布置測(cè)點(diǎn)，檢驗(yàn)帷幕灌漿效果，測(cè)點(diǎn)也一般每個(gè)壩段設(shè)一個(gè)點(diǎn)。壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)一般埋設(shè)U形測(cè)壓管，測(cè)壓管用12寸鋼管引到觀測(cè)廊道，必要時(shí)也可以埋設(shè)滲壓計(jì)。排水幕處的測(cè)壓管一般布置在排水孔之間，但決不能用排水孔作測(cè)壓管觀測(cè)孔。排水孔一般深入壩基深處，而揚(yáng)壓力觀測(cè)孔一般在建基面下1.0m。u 壩體揚(yáng)壓力的監(jiān)測(cè)布置觀測(cè)混凝土壩壩體的滲透壓力，宜采用滲壓計(jì)（或稱(chēng)孔隙水壓力計(jì)），觀測(cè)斷面一般設(shè)在水平施工縫上。每個(gè)截面上的測(cè)點(diǎn)宜在上游壩面到壩體排水管之間，或在該截面高程上最大靜水壓力的是分之一處，而且在廊道上游面排水管中心線(xiàn)上觀測(cè)。2.1.2.2 滲流量監(jiān)測(cè)布置滲流量的布置應(yīng)該結(jié)合樞紐布置，對(duì)滲流的流向、集流和排水設(shè)施統(tǒng)籌規(guī)劃，然后進(jìn)行滲流量的觀測(cè)設(shè)計(jì)。滲流量觀測(cè)一般采用單孔排水量和量水堰觀測(cè)，或者采用容積法觀測(cè)。布置時(shí)應(yīng)該注意將壩體滲流量和壩基滲流量分開(kāi)觀測(cè)，壩體滲流排水多流入排水溝內(nèi)。因此，可以在不同高程的廊道設(shè)置量水堰觀測(cè)不同部位的滲流量。壩基滲流量應(yīng)將河床壩段和兩岸壩段分開(kāi)觀測(cè)，可以采用單孔滲流量計(jì)。大壩總滲流量可以通過(guò)集水井用容積法觀測(cè)。2.1.2.3 繞壩滲流監(jiān)測(cè)布置測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)該根據(jù)地形、樞紐布置和繞壩滲流區(qū)巖體滲流特性而定。在兩岸的帷幕后順帷幕方向布置兩排測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置在靠壩肩處較密，帷幕前可以不知少量的測(cè)點(diǎn)。揚(yáng)壓力觀測(cè)縱向布置量水堰的結(jié)構(gòu)H（25）H堰板(三角堰梯形堰矩形堰)(35)H且1.5m水尺水流量水堰布置2.1.3 混凝土壩內(nèi)部觀測(cè)混凝土壩內(nèi)部觀測(cè)一般指應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目，它應(yīng)當(dāng)與變形、滲流監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目結(jié)合布置，組成一個(gè)大壩的完整的安全觀測(cè)系統(tǒng)?；炷翂蝺?nèi)部觀測(cè)一般選擇典型壩段作為觀測(cè)壩段，進(jìn)行全面觀測(cè)，同時(shí)針對(duì)某些特殊情況在其他壩段布置一些適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行某些項(xiàng)目的觀測(cè)。觀測(cè)壩段選擇的原則，在整座大壩的各個(gè)壩段中從壩體結(jié)構(gòu)、壩基地質(zhì)條件和壩高等方面來(lái)看具有代表性的壩段。例如選擇高度最大或基巖最差的壩段作為觀測(cè)壩段，也可以在非溢流壩段和溢流壩段各選擇一個(gè)壩段作為觀測(cè)壩段。觀測(cè)壩段選定后，在壩段內(nèi)選定個(gè)垂直于壩軸線(xiàn)的橫斷面稱(chēng)為觀測(cè)斷面，一般選擇通過(guò)壩段中心線(xiàn)的斷面。為了監(jiān)測(cè)壩體和壩基的應(yīng)力狀態(tài)及壩體和壩基抗滑穩(wěn)定，一般布置以下三類(lèi)內(nèi)部觀測(cè)儀器。u 壩體工作狀態(tài)的影響因素或荷載的觀測(cè)溫度是影響大壩位移的主要因素，也是施工期間澆筑混凝土和進(jìn)行壩縫灌漿的重要控制參數(shù)，基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的溫度控制不好，就容易引起不易發(fā)現(xiàn)的貫穿性裂縫，因此在觀測(cè)壩段需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。溫度計(jì)在觀測(cè)斷面上一般成網(wǎng)格形布置，測(cè)點(diǎn)的間距一般為815m，壩面附近的測(cè)點(diǎn)間距可小些，上游壩面布置水溫計(jì)，下游壩面布置混凝土表面溫度測(cè)點(diǎn)及導(dǎo)溫系數(shù)測(cè)點(diǎn)。u 壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測(cè)壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測(cè)重點(diǎn)是靠近底部的基礎(chǔ)觀測(cè)截面，因?yàn)榫嚯x壩底愈近，水荷載和自重引起的應(yīng)力愈大，因此基礎(chǔ)觀測(cè)截面的應(yīng)力狀態(tài)在壩體強(qiáng)度和穩(wěn)定控制方面起關(guān)鍵作用。但為了避開(kāi)基坑不平和邊界造成的應(yīng)力集中，基礎(chǔ)觀測(cè)截面距壩底不宜小于5m。重力壩的應(yīng)力分布受到壩體施工方法的影響，同倉(cāng)澆筑的混凝土基礎(chǔ)觀測(cè)截面的應(yīng)力是連續(xù)分布的，應(yīng)變計(jì)組的布置按平面變形問(wèn)題考慮，可以布置4向或5向應(yīng)變計(jì)組，其中4向應(yīng)變計(jì)組構(gòu)成的平面與觀測(cè)基面重合。u 壩體接縫和壩基基巖變形觀測(cè)基巖變位計(jì)壩體基巖變位計(jì)基巖變位計(jì)布置圖重力壩和支墩壩的縱縫都需要灌漿膠結(jié)成整體，整體重力壩的橫縫也需要進(jìn)行灌漿。為了監(jiān)測(cè)灌漿前后壩縫的開(kāi)度變化，以及在灌漿時(shí)控制壓力，在灌漿區(qū)中部壩縫內(nèi)要設(shè)置測(cè)縫計(jì)。壩基底部的壩踵和壩趾分別埋設(shè)2支以上基巖變形變位計(jì)對(duì)于壩體抗滑穩(wěn)定性有監(jiān)測(cè)作用，壩踵垂直向布置的基巖變形計(jì)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)上游壩踵是否因?yàn)槔瓚?yīng)力引起基巖裂縫張開(kāi)或壩底和基巖脫開(kāi)。2.2 土石壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)土石壩的安全監(jiān)測(cè)，必須根據(jù)工程等級(jí)、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式，地形、地質(zhì)條件等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其相應(yīng)設(shè)施，定期進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)。土石壩施工期以監(jiān)測(cè)填筑壩體的孔隙水壓力和變形為主保證壩體填筑的穩(wěn)定，運(yùn)行期以監(jiān)測(cè)壩體浸潤(rùn)線(xiàn)和滲流量以及下游壩坡位移為主，以確保壩坡穩(wěn)定。2.2.1滲流監(jiān)測(cè)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇以確保工程安全為前提，優(yōu)先保證重點(diǎn)部位的監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)土石壩滲流和外部變形觀測(cè)，同時(shí)輔之以一些特定項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)。u 滲流量監(jiān)測(cè)在大壩下游壩趾建量水堰，是常用的方法。這需要作截水墻以匯集滲水，對(duì)于建在深沖積層上的土壩更必須這樣做，否則大部分滲水從下部的沖積層漏走了。截水墻在施工期進(jìn)行壩基處理時(shí)就進(jìn)行，減少一些重復(fù)工程量和后期施工時(shí)的困難。由于土石壩所在范圍廣，滲流量監(jiān)測(cè)容易受到降雨的影響。u 壩體浸潤(rùn)線(xiàn)觀測(cè)浸潤(rùn)線(xiàn)觀測(cè)斷面宜選擇在最大壩高處、合龍段、地形或地質(zhì)條件復(fù)雜處，一般不少于3個(gè)，并盡量與變形、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)斷面相結(jié)合。在每個(gè)橫斷面內(nèi)從壩頂往下游壩坡布置35個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)水位，繪制浸潤(rùn)線(xiàn)。浸潤(rùn)線(xiàn)觀測(cè)的可以采用測(cè)壓管方式或埋設(shè)滲壓計(jì)方式。一般如下原則選擇：1作用水頭小于20m的壩，滲透系數(shù)大于或等于10-4cm/s的土體中，滲透壓力變幅小的部位，宜采用測(cè)壓管方式。2 作用水頭大于20m的壩，滲透系數(shù)小于10-4cm/s的土體中，觀測(cè)不穩(wěn)定滲流過(guò)程以及不適宜埋設(shè)測(cè)壓管的部位（如上游鋪蓋或斜墻底部、接觸面等），宜采用埋設(shè)滲壓計(jì)方式，其量程應(yīng)與測(cè)點(diǎn)水壓力相適應(yīng)。u 繞壩滲流觀測(cè)在大壩與兩岸山坡連接處，沿壩腳線(xiàn)，從壩頂?shù)较掠尾贾脻B流壓力測(cè)點(diǎn)。2.2.2 變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目，主要有壩的表面變形，內(nèi)部變形，裂縫及接縫等。變形監(jiān)測(cè)的正負(fù)號(hào)規(guī)定與混凝土壩類(lèi)似。2.2.2.1 表面變形監(jiān)測(cè)表面變形的橫向觀測(cè)斷面通常選在最大壩高、合龍?zhí)?、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜處，一般不少于3個(gè)。每個(gè)橫向觀測(cè)斷面一般不少于4個(gè)標(biāo)點(diǎn)，通常在上游壩坡正常蓄水位以上1個(gè)，正常蓄水位以下可根據(jù)需要設(shè)臨時(shí)測(cè)點(diǎn)，壩頂下游壩肩布置1個(gè)，下游壩坡半壩高以上13個(gè)，半壩高以下12個(gè)（含壩腳一個(gè)）。測(cè)點(diǎn)的在壩軸線(xiàn)方向上的間距，一般壩長(zhǎng)小于300m時(shí)，宜取2050m，壩長(zhǎng)大于300m時(shí)，宜取50100m。表面豎向位移及水平位移變形一般共用一個(gè)測(cè)點(diǎn)。某土壩的壩體測(cè)壓管浸潤(rùn)線(xiàn)觀測(cè)觀測(cè)垂線(xiàn)浸潤(rùn)線(xiàn)測(cè)點(diǎn)等勢(shì)線(xiàn)均質(zhì)土壩等勢(shì)線(xiàn)觀測(cè)布置測(cè)壓管結(jié)構(gòu)示意圖水庫(kù)校核基點(diǎn)工作基點(diǎn)位移標(biāo)點(diǎn)視準(zhǔn)線(xiàn)土壩視準(zhǔn)線(xiàn)觀測(cè)布置位移標(biāo)點(diǎn)三角網(wǎng)工作基點(diǎn)位移標(biāo)點(diǎn)校核基點(diǎn)土壩三角網(wǎng)水平位移觀測(cè)布置2.2.2.1 內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)為了了解土石壩在施工和運(yùn)行期間壩體內(nèi)的固結(jié)和沉降(垂直位移)情況，結(jié)合其他有關(guān)觀測(cè)資料進(jìn)行綜合分析，以判斷其穩(wěn)定性和有無(wú)變形裂縫，作用施工控制和工程安全運(yùn)行的依據(jù)。土石壩壩體內(nèi)部的固結(jié)和沉降，一般采用在壩體內(nèi)逐層埋設(shè)橫梁管式沉降儀，電磁式沉降儀，干簧管式沉降儀，水管是沉降儀等方式。u 沉降觀測(cè)沉降觀測(cè)應(yīng)該與壩體其他各種位移觀測(cè)、壩體內(nèi)孔隙水壓力的觀測(cè)配合進(jìn)行。內(nèi)部變形觀測(cè)的布置應(yīng)該根據(jù)工程的重要程度，結(jié)構(gòu)形式，地質(zhì)，地形，壩長(zhǎng)以及施工方法等確定，一般應(yīng)在原河床、最大壩高、合龍段、代表性地質(zhì)、特征地質(zhì)處。每根沉降管的測(cè)點(diǎn)間距，應(yīng)根據(jù)壩身填料特性，施工方法而定，一般為25m。沉降管最下一個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)置于壩基表面，同時(shí)測(cè)量壩基的沉降量。水管式沉降儀，測(cè)點(diǎn)的布置，一般沿壩高橫向布置3排，即1/3壩高處，2/3壩高處，1/2壩高處。測(cè)點(diǎn)(不銹鋼環(huán))硬質(zhì)聚氯乙烯塑料波紋管(外7cm，內(nèi)5.8cm)巖石管口保護(hù)電磁式沉降儀示意圖通氣管排水管連通水管測(cè)點(diǎn)水管式沉降儀原理圖大壩內(nèi)部u 水平位移監(jiān)測(cè)水平位移是指垂直壩軸線(xiàn)方向和平行壩軸線(xiàn)方向的位移，大壩在上游水壓力作用下，可能向下游方向位移，也可能是由于壩基或壩體的抗剪強(qiáng)度降低，產(chǎn)生的側(cè)向位移，這樣的側(cè)向位移可能引起壩體橫向開(kāi)裂，以及兩岸脫離，形成不利于壩體安全的滲流通道。因此，在這些可能產(chǎn)生較大位移部衛(wèi)安裝位移計(jì)，觀測(cè)大壩在施工和運(yùn)行期間壩體內(nèi)部的位移情況，結(jié)合其它觀測(cè)項(xiàng)目綜合分析，判斷壩坡的穩(wěn)定性，壩內(nèi)有無(wú)隱蔽性裂縫，作為施工和運(yùn)行安全運(yùn)用的依據(jù)。壩體內(nèi)部水平位移觀測(cè)，一般沿可能產(chǎn)生有害位移的方向，在壩體內(nèi)部埋設(shè)引張線(xiàn)式水平位移計(jì)、測(cè)斜儀、電位器式位移計(jì)（TS位移計(jì)）、正倒垂等等設(shè)備觀測(cè)。常用的引張線(xiàn)式位移計(jì)適宜水平埋設(shè)，一般在靠近壩體頂部的左右岸區(qū)，分層設(shè)在最大壩高斷面的粗粒料區(qū)，分設(shè)高程約為1/3、2/3、1/2壩高處。尺錨固板重垂壩體鋼絲引張線(xiàn)式位移計(jì)原理圖探頭管線(xiàn)初始位置lsinlsin測(cè)斜儀工作原理3 觀測(cè)儀器3.1 垂線(xiàn)坐標(biāo)儀、引張線(xiàn)儀國(guó)內(nèi)現(xiàn)己普遍使用的遙測(cè)垂線(xiàn)坐標(biāo)儀有兩種，一種是電容感應(yīng)式垂線(xiàn)坐標(biāo)儀，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造，測(cè)量速度快。缺點(diǎn)是:測(cè)值不直觀，必須通過(guò)模擬量換算；線(xiàn)性范圍小，超過(guò)線(xiàn)性范圍后精度迅速降低；而且一側(cè)極板受水滴、潮濕影響時(shí)即產(chǎn)生很大誤差。測(cè)量電路復(fù)雜，電纜傳輸模擬量，傳輸電路中聯(lián)接點(diǎn)多，防潮性能差，易受干擾和雷電流影響而導(dǎo)致故障，因而故障率高。測(cè)量裝置無(wú)互換性，無(wú)精確測(cè)量基準(zhǔn)，維修或更換后資料不能連續(xù)。無(wú)自校功能，某些部位發(fā)生故障后仍輸出錯(cuò)誤測(cè)值；“中間極”必須套在垂線(xiàn)鋼絲或引張線(xiàn)鋼絲上，并用導(dǎo)線(xiàn)引出，安裝時(shí)擾動(dòng)垂線(xiàn)，測(cè)量時(shí)也帶入誤差。 普遍使用的另一種儀器是步進(jìn)電機(jī)式垂線(xiàn)坐標(biāo)儀，具有測(cè)值直觀，測(cè)量范圍大而測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，該種儀器的最優(yōu)產(chǎn)品為濰坊金水華禹信息科技有限公司的STC50型垂線(xiàn)坐標(biāo)儀，具有如下優(yōu)點(diǎn): (1)儀器和垂線(xiàn)鋼絲無(wú)任何接觸，無(wú)論安裝和測(cè)量都不干擾垂線(xiàn)位移。測(cè)值直觀，精確可靠，測(cè)量精度不因量程加大而降低。 (2)有2根永久固定在測(cè)點(diǎn)上的不銹鋼基準(zhǔn)桿，作為測(cè)量和自校的基準(zhǔn)，能始終保持測(cè)值連續(xù)性和校驗(yàn)測(cè)值正確性，在儀器維修或更換后能保持資料連續(xù)。 (3)在跟蹤垂線(xiàn)的探頭上有兩對(duì)紅外光照準(zhǔn)器，相互備用，保證每次測(cè)量都能取得測(cè)值，使儀器可靠性大為提高。同時(shí)采取了多種密封防潮措施，使故障率大大降低。 (4)測(cè)量裝置和儀器均具有互換性，輸出為數(shù)字量，測(cè)量電路的抗干擾抗雷電流能力強(qiáng)，可靠性高，不易產(chǎn)生故障。 (5)測(cè)量系統(tǒng)具有自檢能力，能顯示故障部位，便于維修，部件和電路更換方便，故障易于排除。(6)機(jī)械加工精密，工藝優(yōu)良，電路和接插件均有多重防潮密封措施，且有控溫加熱元件保持干燥。垂線(xiàn)坐標(biāo)儀主要技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍：X 50mm，Y 30mm分辨力： 0.01mm測(cè)量精度：0.lmm環(huán)境溫度:10+50環(huán)境濕度:95%RH引張線(xiàn)儀主要技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍：30/50mm分辨力： 0.01mm測(cè)量精度：0.lmm環(huán)境溫度:10+50環(huán)境濕度:95%RH3.2 鋼弦式滲壓計(jì) 實(shí)現(xiàn)壩體滲流監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的儀器有壓阻式、差阻式、電感式和鋼弦式等幾種類(lèi)型。由于壓阻式儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差，損壞率高，難以長(zhǎng)期應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)；差阻式滲壓計(jì)穩(wěn)定性好，但是靈敏度低，尤其是在低水位監(jiān)測(cè)的情況下不適用；電感式儀器穩(wěn)定性差，故障率高，在國(guó)內(nèi)許多工程中使用效果不好；鋼弦式傳感器可將測(cè)壓管中水位變換為頻率量遠(yuǎn)傳，其靈敏度高，安裝方便，已在國(guó)內(nèi)外工程中大量使用，國(guó)產(chǎn)鋼弦式滲壓計(jì)由于生產(chǎn)工藝方面的原因，質(zhì)量較差，特別是長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面不理想。美國(guó)Geokon公司原裝生產(chǎn)的GK-4500S型鋼弦式滲壓計(jì)，該儀器具有靈敏度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，已在國(guó)內(nèi)幾十座大壩上使用，效果良好，但價(jià)格較高。由美國(guó)進(jìn)口機(jī)芯及配件在國(guó)內(nèi)組裝的DG-4560s型鋼弦式滲壓計(jì)具備了GK-4500S型的性能，而價(jià)格介于國(guó)產(chǎn)和原裝進(jìn)口鋼弦式滲壓計(jì)之間，已在國(guó)內(nèi)大量使用，效果良好，DG-4650型鋼弦式滲壓計(jì)，其技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍：050 PSI分 辨 力：0.025% F.S準(zhǔn) 確 度：0.5% F.S線(xiàn) 性 度：0.5% F.S3.3 差阻式儀器1932年美國(guó)人卡爾遜研制成功差阻式儀器，其原理見(jiàn)下圖所示，當(dāng)受到外界的拉壓而變形時(shí)，儀器內(nèi)部?jī)筛鶑埦o鋼絲R1、R2的電阻發(fā)生差動(dòng)變化，鋼絲電阻Rt=R1+R2及Z=R1/R2能反映儀器所在處的應(yīng)力、變形的大小。差阻式儀器在混凝土壩內(nèi)部觀測(cè)應(yīng)用非常廣泛。波紋管方鐵桿彈性鋼絲中性油 差阻式應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)引出電纜接線(xiàn)套筒彈簧差阻式儀器的種類(lèi)儀 器 名 稱(chēng)型 號(hào) 規(guī) 格應(yīng)力應(yīng)變儀器應(yīng)變計(jì)DI-10DI-25DI-25DLDI-25DMDI-25BDI-15GYDI-25GY無(wú)應(yīng)力計(jì)配DI-25配DI-10鋼板計(jì)配DI-10測(cè)縫計(jì)CF-5，12CF-25CF-40CF-5，12GYCF-25GYCF-40GY裂縫計(jì)配CF-5，12鋼筋計(jì)KL-20，22，25，28，32，36，40KL-20，22，25，28，32，36，40GY滲壓計(jì)SZ-2，4，8，16SZ-4A應(yīng)力計(jì)WL-30，60溫度計(jì)DW-1DW-1GY土壓力計(jì)YUB-2，4，8，16滲流滲壓揚(yáng)壓力計(jì)YZ-1，5，10變形儀器位移計(jì)WY-100G三向測(cè)縫計(jì)SX水管式沉降儀CJT-1基巖邊坡儀器基巖變位計(jì)配CF-5，12多點(diǎn)變位計(jì)BWC-1錨索測(cè)力計(jì)MS-1（100噸）錨桿應(yīng)力計(jì)配KL系列4 自動(dòng)化系統(tǒng) 早在二十世紀(jì)60年代后期，國(guó)外已開(kāi)始研制大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)備，日本首先在梓川的三座壩上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化1。70年代后期意大利在Talvacchia雙曲拱壩上利用模擬計(jì)算機(jī)和垂線(xiàn)坐標(biāo)儀實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)控2，在Chotas 壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3，經(jīng)過(guò)改進(jìn)在Ridracoli壩上安裝分布式系統(tǒng)為主體的混合式系統(tǒng)4 ?，F(xiàn)在發(fā)展了GPDAS分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更為廣泛應(yīng)用。美國(guó)在80年代初期開(kāi)始大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工作，1981年美國(guó)墾務(wù)局在Monticello拱壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后認(rèn)為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更好，從1981年起在Flaming Gorge等四座拱壩上安裝了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，取得了成功5 ，此后即普遍應(yīng)用了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從國(guó)外大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程來(lái)看都是由集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展，目前有代表性的國(guó)外產(chǎn)品如意大利ISMES研究所的GPDAS系統(tǒng)，美國(guó)GEOMATION公司的2300系統(tǒng)和SINCO公司的IDA系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)，后二者都已在我國(guó)有所應(yīng)用。我國(guó)的大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工作起步雖晚，至今也近30年了。從70年代末到80年代中期，解決了差動(dòng)電阻式儀器的高精度遠(yuǎn)距離自動(dòng)化集中測(cè)量問(wèn)題，80年代中期已有兩種類(lèi)型的遙測(cè)垂線(xiàn)坐標(biāo)儀的大壩上使用，通過(guò)國(guó)家“七五”攻關(guān)計(jì)劃的實(shí)施，研制成功了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。90年代已有近30座大壩安裝了一些遙測(cè)儀器或采用集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。我單位研制的DG94型分布式大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在1996年3月通過(guò)了水利部主持，水電兩部門(mén)的專(zhuān)家參與的鑒定會(huì)，鑒定意見(jiàn)認(rèn)為該系統(tǒng)總體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在差動(dòng)電阻式儀器監(jiān)測(cè)和變形監(jiān)測(cè)方面還有所突破，1997年榮獲水利部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，1998年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，迄今為止仍是大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化方面唯一通過(guò)部級(jí)鑒定并獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)一直處于領(lǐng)先水平。已在水利和電力部門(mén)的60多座混凝土壩和土石壩中廣泛應(yīng)用，運(yùn)行良好，均已取代人工觀測(cè)，成為大壩安全監(jiān)控的現(xiàn)代化手段。該型系統(tǒng)經(jīng)過(guò)DG-94型、DG-95型、DG-97型發(fā)展到DG-2000型，功能和性能更為優(yōu)越。DG型分布式大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由五部分組成，即大壩監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)量控制裝置、中央控制裝置，安全信息管理系統(tǒng)及通信和電源線(xiàn)路等組成。其中大壩監(jiān)測(cè)儀器，測(cè)量控制裝置和中央控制裝置組成大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，主要功能是實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。信息管理系統(tǒng)的主要功能對(duì)包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在內(nèi)的大壩安全信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，為大壩安全運(yùn)行提供安全評(píng)判和監(jiān)控依據(jù)。4.1 DG型系統(tǒng)的功能和性能4.1.1 監(jiān)測(cè)功能（1）數(shù)據(jù)采集方式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有六種不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集方式，具有較大的靈活性和可靠性。 中央控制方式：由監(jiān)控主機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)）發(fā)出命令，測(cè)控裝置接收命令、完成規(guī)定的測(cè)量，測(cè)量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并根據(jù)命令將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)； 自動(dòng)控制方式（即無(wú)人值班方式）：由各臺(tái)測(cè)控裝置自動(dòng)按設(shè)定的時(shí)間和方式（可由人工按需設(shè)定）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將所測(cè)數(shù)據(jù)暫存，同時(shí)自動(dòng)傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。該方式主要用于日常測(cè)量； 特殊條件下應(yīng)急控制方式：在汛期或其它特殊情況下，電源和通訊完全中斷時(shí)，各測(cè)控裝置能依靠自備電源繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)化巡測(cè)，可維持運(yùn)行一周，所有測(cè)值全部自動(dòng)存儲(chǔ)，等待故障修復(fù)后提取。 人工測(cè)量方式：作為一種后備方式，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)或通訊線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，在通訊線(xiàn)路恢復(fù)前，采用便攜式計(jì)算機(jī)或鍵盤(pán)顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或提取自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)；在測(cè)控裝置發(fā)生故障時(shí)，采用便攜式檢測(cè)儀進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集； 網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量方式：本系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化管理功能，在添加一些計(jì)算機(jī)終端等設(shè)備后，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家可在主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工室、水工管理部門(mén)等一切相關(guān)部門(mén)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、資料查詢(xún)等；（2）數(shù)據(jù)采集方法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集方法有：巡測(cè)、定時(shí)巡測(cè)、選測(cè)、人工測(cè)量。采集周期根據(jù)工程要求，運(yùn)行人員可在監(jiān)控主機(jī)上設(shè)定或修改起始測(cè)量時(shí)間和定時(shí)自動(dòng)測(cè)量周期。4.1.2 顯示功能能顯示大壩及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全貌、網(wǎng)絡(luò)連接圖、儀器測(cè)點(diǎn)布置平面和剖面圖，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)程線(xiàn)等，顯示報(bào)警狀態(tài)，顯示所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)成果，顯示有關(guān)系統(tǒng)信息，若接投影儀可實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。4.1.3 存儲(chǔ)功能系統(tǒng)所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分二級(jí)存儲(chǔ)：測(cè)控裝置具有存儲(chǔ)器和掉電保護(hù)模塊，能暫存所測(cè)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量不小于128KB，存滿(mǎn)后自動(dòng)覆蓋，在系統(tǒng)斷電的情況下保證不丟失數(shù)據(jù)；監(jiān)控主機(jī)接受所有測(cè)控裝置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)檢驗(yàn)、存儲(chǔ)，對(duì)超差數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)警，檢驗(yàn)后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。4.1.4 數(shù)據(jù)通訊功能數(shù)據(jù)通訊包括現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和管理級(jí)的數(shù)據(jù)通訊。（1）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)通訊功能：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置和監(jiān)控主機(jī)之間，采用RS-485實(shí)現(xiàn)雙向通訊。（2）管理級(jí)數(shù)據(jù)通訊功能：信息管理主機(jī)可通過(guò)電話(huà)線(xiàn)或光纜或微波等與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)之間通訊，實(shí)現(xiàn)雙向通訊。4.1.5 數(shù)據(jù)管理功能監(jiān)控主機(jī)具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印等一般管理能力，存儲(chǔ)系統(tǒng)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)控裝置傳輸來(lái)的原始測(cè)值進(jìn)行初步處理，供運(yùn)行人員進(jìn)行瀏覽、檢查、繪圖、打印等，并有數(shù)據(jù)越限報(bào)警功能。可調(diào)度各級(jí)顯示畫(huà)面及修改/設(shè)置儀器的參數(shù)、修改/設(shè)置系統(tǒng)的配置、進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)維護(hù)等，完成系統(tǒng)調(diào)度、過(guò)程信息文件形成、入庫(kù)、通訊等任務(wù)。4.1.6 系統(tǒng)自檢功能系統(tǒng)具有自檢功能，可對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、CPU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、供電狀況、電池電壓、測(cè)量電路及傳感器電路等進(jìn)行自檢，能在監(jiān)控主機(jī)上顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障部位及類(lèi)型等信息，以便及時(shí)維護(hù)系統(tǒng)。任何硬件和軟件的故障都不危及系統(tǒng)設(shè)備和人身安全。4.1.7系統(tǒng)防雷、抗干擾功能大壩所處地理位置，易受雷擊或強(qiáng)電磁場(chǎng)影響。系統(tǒng)通訊方式可以采用光纜和電纜相結(jié)合、所有暴露在外的電源電纜、通信電纜、信號(hào)電纜等除采用鋼管保護(hù)外，還采用了獨(dú)特的外堵內(nèi)防技術(shù)，即電纜輸入口和機(jī)箱采取隔離加等電位防雷技術(shù)、測(cè)控裝置采用防雷器件，對(duì)接地要求低，效果顯著。在系統(tǒng)的供電線(xiàn)路、傳感器到測(cè)控裝置的入口等重要部位均設(shè)有防雷設(shè)備，采取了三級(jí)防雷保護(hù)措施，確保系統(tǒng)在雷擊和電源波動(dòng)等情況下能正常工作。電源、通訊和傳感器輸入口可防1500W雷電感應(yīng)。4.1.8 系統(tǒng)供電功能系統(tǒng)所有設(shè)備采用220V交流電，MCU還有自帶免維護(hù)的鉛酸充電電池作后備電源，在系統(tǒng)供電中斷的情況下，備用電源自動(dòng)啟動(dòng)，在每天測(cè)量?jī)纱蔚臈l件下，能保證測(cè)控裝置連續(xù)工作一周，以保證數(shù)據(jù)測(cè)量的連續(xù)性。4.2 系統(tǒng)性能指標(biāo): 系統(tǒng)平均無(wú)故障各種時(shí)間系統(tǒng)平均無(wú)故障工作時(shí)間10000小時(shí)； 測(cè)量周期系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)測(cè)量周期可根據(jù)工程要求，操作員可在測(cè)控裝置、監(jiān)控主機(jī)、管理主機(jī)等計(jì)算機(jī)上設(shè)定或修改，測(cè)量周期設(shè)定范圍為1分鐘1個(gè)月； 系統(tǒng)容量可連接儀器測(cè)量模塊數(shù)量：256臺(tái)（可擴(kuò)至1024臺(tái)）； 系統(tǒng)工作電源系統(tǒng)工作電源為：電 壓：220VAC20%；周 波：501Hz； 系統(tǒng)防雷傳感器、電源和通信：1500W； 系統(tǒng)接地系統(tǒng)接地電阻：10； 系統(tǒng)工作環(huán)境a. 計(jì)算機(jī)房環(huán)境溫度： 1030；環(huán)境濕度： 75%Rh；b. 測(cè)控裝置環(huán)境溫度： 3060；環(huán)境濕度： 100%Rh。4.2 DG型系統(tǒng)主要設(shè)備（測(cè)控裝置）DG型分布式大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)性能和指標(biāo)滿(mǎn)足土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（SL60-94）和大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（SL268-2001）的要求，并滿(mǎn)足招標(biāo)文件所要求的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)，該系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括測(cè)控裝置已獲得生產(chǎn)產(chǎn)品許可證。該系統(tǒng)由MCU-1/2/3M型測(cè)控裝置（由各類(lèi)智能數(shù)據(jù)采集模塊按實(shí)際需要組合而成）、各種不同的通信介質(zhì)和基于Windows 9X/2000/NT平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集軟件、信息管理軟件組成，能采集差阻式、步進(jìn)式、電感式、鋼弦式、電位器式等各類(lèi)傳感器，根據(jù)所接入監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)量和種類(lèi)，配置不同類(lèi)型的測(cè)量模塊。實(shí)踐證明DG型分布式大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)既先進(jìn)、可靠，又經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動(dòng)化系統(tǒng)，完全滿(mǎn)足水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的要求。濰坊金水華禹信息科技有限公司大壩監(jiān)測(cè)分所生產(chǎn)的DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它由監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)控裝置、監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及各種電纜等組成。測(cè)控裝置是大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)裝置，它決定了系統(tǒng)的規(guī)模、功能和性能，DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的測(cè)控裝置為MCU-1M型或MCU-1M型測(cè)控裝置，它由密封機(jī)箱、智能數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、人工比測(cè)模塊和防雷模塊等組成，各功能模塊布局合理、標(biāo)志清楚、維修方便，還有溫控加熱除濕裝置。該裝置用于系統(tǒng)中各種類(lèi)型監(jiān)測(cè)儀器（傳感器）的數(shù)據(jù)測(cè)量、存儲(chǔ)和傳輸，安裝在監(jiān)測(cè)儀器附近，適合于在惡劣的水工環(huán)境下長(zhǎng)期使用，可靠性高，平均無(wú)故障時(shí)間大于20000小時(shí)。MCU-1M型測(cè)控裝置有1個(gè)智能控制數(shù)據(jù)采集模塊，MCU-2M型測(cè)控裝置有2個(gè)智能控制數(shù)據(jù)采集模塊，每個(gè)智能控制數(shù)據(jù)采集模塊可接入的儀器類(lèi)型和數(shù)量見(jiàn)表1。表1：智能數(shù)據(jù)采集模塊的種類(lèi)、可接入的儀器類(lèi)型和數(shù)量序號(hào)名 稱(chēng)型號(hào)通道數(shù)備 注1差阻式儀器采集模塊R16M164/5芯差阻式儀器或溫度計(jì)2步進(jìn)式儀器采集模塊S1M1步進(jìn)電機(jī)式垂線(xiàn)坐標(biāo)儀或引張線(xiàn)儀3步進(jìn)式儀器采集模塊S4M4步進(jìn)電機(jī)式垂線(xiàn)坐標(biāo)儀或引張線(xiàn)儀4鋼弦式儀器采集模塊V16M16各類(lèi)鋼弦式儀器5電壓式儀器采集模塊E16M16各類(lèi)電壓、電流量輸出儀器6環(huán)境量?jī)x器采集模塊H3M11浮子式儀器、雨量計(jì)和差阻式儀器7環(huán)境量?jī)x器采集模塊FRV11浮子式儀器、雨量計(jì)和鋼弦式儀器8氣象站儀器采集模塊M7M77種氣象站儀器，如風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、雨量、蒸發(fā)、濕度等MCU-1/2/3M型測(cè)控裝置技術(shù)指標(biāo)如下：（1）差動(dòng)電阻式儀器測(cè)量模塊R16M測(cè)點(diǎn)數(shù)量：16支五芯或四芯差動(dòng)電阻式儀器測(cè)量范圍：電阻值：0120 電阻比：0.80001.2000 準(zhǔn)確度：電阻值：0.02 電阻比：0.0002 分辨力：電阻值：0.01 電阻比：0.0001 測(cè)量速度：5秒/支 (2) 鋼弦式儀器測(cè)量模塊V16M 測(cè)點(diǎn)數(shù)量：16支鋼弦式儀器（頻率+溫度） 測(cè)量范圍：頻率：4006000Hz 溫度：-50150 準(zhǔn)確度：頻率：0.01%FS 溫度：0.5 分辨力：頻率：0.01Hz 溫度：0.1 測(cè)量速度：4秒支（頻率溫度）(3) 步進(jìn)式儀器測(cè)量模塊S1/4M 測(cè)點(diǎn)數(shù)量：1/4通道（垂線(xiàn)儀或引張線(xiàn)儀） 測(cè)量范圍 X：050mm，Y：030mm 準(zhǔn)確度：0.1mm 分辨力：0.01mm 測(cè)量速度：4655秒支 測(cè)量時(shí)間：45s/point；(4) 電壓式儀器測(cè)量模塊E16M 測(cè)點(diǎn)數(shù)量：16通道 測(cè)量范圍 2V 準(zhǔn)確度：0.1% FS 分辨力：0.01% FS 測(cè)量速度：6秒支 (5) 環(huán)境量?jī)x器測(cè)量模塊H3M/FRV測(cè)點(diǎn)數(shù)量：2支浮子式水位計(jì)1支雨量計(jì)+8支差阻式儀器/8支鋼弦式儀器 測(cè)量范圍：同浮子式水位計(jì)、1支雨量計(jì)和差阻式儀器/鋼弦式儀器 準(zhǔn)確度：水位計(jì)：同浮子式水位計(jì) 雨量計(jì)：同雨量計(jì) 差阻式儀器：同差阻式儀器測(cè)量模塊R16M 鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測(cè)量模塊V16M分辨力：水位計(jì)：1cm 雨量計(jì)：同雨量計(jì) 差阻式儀器：同差阻式儀器測(cè)模塊R16M 鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測(cè)模塊V16M 測(cè)量速度：5秒支 (6) 氣象站儀器測(cè)量模塊M7M氣象站儀器測(cè)量模塊的技術(shù)指標(biāo)可參見(jiàn)氣象站儀器。（7） 通訊接口：CAN 總線(xiàn)、RS-485、RS-232-C、無(wú)線(xiàn)、光纖、微波、電話(huà)線(xiàn)等通訊方式可選（8） 通訊波特率：1200bps可調(diào)（9） 存儲(chǔ)容量：128KB帶掉電保護(hù)（10） 工作電源：220VAC15%,50Hz或太陽(yáng)能電源可選，配12V4AH蓄電池（11） 工作環(huán)境：溫度：1060（3060可選） 濕度：98%Rh（12） 設(shè)備防雷：傳感器：1500W 電源、通訊：1500W（13）平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）：20000小時(shí)4.3 系統(tǒng)配套軟件系統(tǒng)配套的軟件是以Windows 2000/NT/Me/98為系統(tǒng)平臺(tái)的一套圖視化的窗口軟件，具有全圖形化操作、界面友好、操作方便等特點(diǎn)，它承擔(dān)著水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)信息的管理工作，系統(tǒng)管理軟件由DG型數(shù)據(jù)采集軟件、DSIM型信息管理軟件和MDAP型數(shù)據(jù)分析軟件組成，這些軟件具有以下功能。4.3.1數(shù)據(jù)采集軟件數(shù)據(jù)采集軟件是Windows 2000/NT/Me/98環(huán)境下一套圖視化的窗口軟件，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均可顯示在布置圖上，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都與數(shù)據(jù)庫(kù)相連接，同時(shí)布置圖上的每一個(gè)測(cè)點(diǎn)又與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置的對(duì)應(yīng)儀器相通，因此操作和選擇屏幕布置圖上的測(cè)點(diǎn)或采集模塊就可以完成對(duì)該測(cè)點(diǎn)或模塊的數(shù)據(jù)采集、換算、處理