银盘水电站安全监测系统设计

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第40卷第23期

2009年12月

文章编号:1001-4179(2009)23-0075-03

人 民 长 江

Yangtze River

Vo.l40,No.23Dec.,2009

银盘水电站安全监测系统设计

杜泽快 郝长江 刘洪亮

(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)

摘要:根据银盘水电站工程结构特点和地质条件,在充分考虑了当前安全监测技术的发展趋势,并结合后期监测系统自动化的需要,在设计安全监测系统时,按照重点、一般两个层次选择监测部位,有针对性地、合理地布

设了各类监测设施;选用了较为可靠、先进的监测仪器,以确保工程从建设到运行的各个时期,能及时、准确地掌握工程施工与运行安全的状况,为分析、评价工程安全性和决策提供可靠依据。在确保有效监控工程安全的前提下,确立了 以变形和渗流监测为重点,仪器布置少而精 的设计思想,建立起一套集中、高效的安全监测系统。

关 键 词:系统设计;监测项目;安全监测系统;银盘水电站中图分类号:TV698.1 文献标识码:A

整体工作状态或施工过程中出现的新情况。监测项目中以变形和渗流为主,应力应变及其它项目为辅。

该工程分三期施工,工程建设期长达6a,监测系统随主体

工程逐步实施。但监测系统作为一个有机整体,必须在工程开始施工前进行统一规划。

1 概述

银盘水电站是以发电、航运为主的乌江下游河段重要梯级电站,其工程规模为大(2)型,总库容3.2亿m3,总装机600MW。大坝采用混凝土重力坝,坝顶高程227.50m,最大坝高78.50m。银盘水电站主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房和通航建筑物等组成,共分26个坝段,坝轴线总长600.10m。坝址区基岩以砂岩、页岩为主,呈软、硬岩相间分布,坝址区岩体总体透水性较弱,但部分软岩中溶沟溶槽发育。

银盘水电站具有工程规模大、综合效益好、技术复杂、自动化要求高等特点,根据该工程特点,安全监测系统设计要将建筑物及其基础作为整体来考虑,并按照重点、一般两个层次选择监测部位,有针对性的布设各类监测设施;还要充分考虑当前监测技术的发展现状,力求采用可靠、先进的监测手段,及时、准确地掌握建筑物及其基础从建设到运行全过程的安全性状,为分析、评价工程安全和决策提供可靠依据。

3 监测系统总体结构设计

该工程安全监测系统是一个由多类建筑物、多种监测项目、约1600支仪器(或测点)、大量监测设备和计算机硬软件组成的复杂而庞大的信息采集、管理、分析、评价和反馈系统。它的总体结构可以概括为: 一个整体系统,三个子系统;三大环节,二级监控;设计单位提供技术支持,业主单位决策 (见图1)。针对该工程规模较大、建设期较长,各建筑物分区布置,运用相对独立的特点,将各建筑物分别独立形成安全监测子系统,以满足施工期安全监测要求;工程完工后,各安全监测子系统将成为整个工程安全监测系统的有机组成部分,由工程安全监控中心统一管理。整个工程安全监控系统共设3个子系统,从左至右依次为厂房及左岸边坡子系统、溢流坝子系统、船闸及右岸边坡子系统。

该工程安全监测系统的运行可分为3个环节,即:数据采集、数据管理、资料分析及建筑物安全度评价。数据采集包括MCU自动采集、人工采集和巡视检查。数据管理包括对原始数据的可靠性检验和必要的处理及存诸管理。资料分析及建筑物安全度评价包括初步分析其规律性和合理性,对建筑物安全度作出初步评价。使用数学模型,运用多种分析理论,对建筑物的工作性态和安全度作出综合判断和评价。这3个运行环节是依次进行、相互衔接的。一般来说,前两个环节是由子系统监测站

2 监测设计原则

根据该工程结构特点和地质条件,确定安全监测系统的总设计原则为 突出重点,兼顾全面,统一规划,分期实施 。监测

设计力求做到施工期监测与永久监测相结合;仪表量测与人工巡查相结合;人工采集与自动化采集相结合。监测的重点项目为变形和渗流。

选取工程中有代表性的断面作为重要部位,其他断面为一般部位。在重要部位(断面),集中布置仪器,观测项目要齐全;对重要的效应量采取多种方法平行进行观测。一般部位(断面)以重要物理量为主,仅布置少量仪器和测点,以掌握工程的

收稿日期:2009-10-16

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图1 银盘水电站工程安全监测系统结构示意

完成的;后一个环节是由工程监测中心完成的。

工程正常运行的情况下,安全监测系统将定期报告各建筑物运行情况;对危及工程安全的非正常工作状态,会及时向管理部门发出预警。施工过程中,安全监测系统还将监测成果和分析报告送交设计和施工单位,以便及时优化设计或采取必要的措施,确保建筑物的施工与运行安全。

5.4 水力学监测

监测内容为水位、流态、动水压力、流速、泄流量、空蚀空化、水面线、水舌等。布设的主要监测设施包括水尺、压力传感器、流速仪、水听器等,约为120个各类测点。

5.5 其它监测项目

监测内容为上下游水位、水温、气象、坝前淤积、坝下冲刷、变形监测网和水质分析等监测项目。布设的主要监测设施包括遥测水位计、水尺、气象站、变形监测网点和水质分析设备等,约为30个各类测点。

4 监测断面的拟定

为做好该工程安全监控工作,既可快速地、量化地了解其敏

感部位的工作状态,又能宏观地、全面地掌握整个工程的运行状况。需将监测断面划分为两个层次:重要部位(断面)、一般部位(断面)。重要部位是建筑物结构具有较强代表性或基础条件复杂、对于建筑物安全起决定性作用的敏感部位。经研究比较,决定选取下列部位作为重点监测部位(断面):左岸边坡、安!坝段、4号机组段、泄2号坝段、泄7号坝段、船闸及右岸边坡。一般部位是为了宏观上全面掌握各建筑物的工作状态,或根据施工过程中出现的新情况,或为核实验证设计中的重点研究项目,而设置监测项目和测点的部位。一般部位主要设置渗流和变形测点,测点的布置尽量精简。

6 监测系统自动化设计

6.1 自动化监测系统的功能要求

(1)传感器功能。系统接入的传感器各项技术指标应满足国家标准的规定,具有生产计量器具许可证,并按计量法的有关要求经计量检定部门检定合格,有相应有效期内的检定合格证书;埋设的传感器要有相应的比对标准,依据标准每年进行比对,确定传感器是否有效;要能连续、准确、可靠地监测数据,在使用寿命期能适应工作环境,精度满足技术规范要求,能够长期稳定运行,受温度或其他因素影响的数据年漂移量满足产品标准的规定。

(2)数据采集、传输与处理功能。系统的数据采集装置能够接入大坝变形、渗流、应力应变及温度、环境量等各类监测仪器,对接入的仪器进行精确测量,其综合准确度能满足大坝安全监测技术规范的要求;能够以中央控制方式(应答式),按照监控主机指令进行选点、巡回及定时检测,或以自动控制方式(自报式)按设定的时间和方式进行自动数据采集;能够按要求将传感器采集的各种输出信号转换为监测量数据并将所测数据传送到系统的中央控制装置或其他微机。

系统中央控制装置能够自动地对接收到的监测数据进行分类管理,存入各数据库;具有监测数据自动检验和报警功能,能对监测数据进行自动检验、判识,监测量超限、显示异常时能检错、纠错处理,并能自动报警;具有设备故障监测、报警功能,能对系统设备、电源、通讯状态自动进行监测、检验,具有自诊断功能。

(3)数据管理与分析软件功能。能够方便地输入未实现自;5 主要监测项目及测点设计

5.1 变形监测

监测内容为坝体水平位移、坝体垂直位移、坝基变形、坝体倾斜和近坝岸坡位移等。布设的主要监测设施包括外观变形测点、正垂线、倒垂线、真空激光系统、竖直传高装置、引张线、基岩变形计、多点位移计、测斜管、倾斜仪等,约为500个各类测点。

5.2 渗流监测

监测内容为坝基扬压力、坝体渗透压力、渗流量、绕坝渗流、边坡地下水位等。布设的主要监测设施包括测压管、渗压计、量水堰等,约为140个各类测点。

5.3 应力应变监测

监测内容为坝踵与坝趾应力、混凝土自身体积变化、混凝土应力、钢筋应力、预应力、接缝开度、裂缝变化及温度分布等。布设的主要监测设施包括应变计(组)、无应力计、钢筋计、温度计、测缝计、裂缝计、锚杆应力计、锚索测力计等,约为800个各

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图2 银盘水电站安全监测自动化系统结构示意

对原始数据进行检验、计算、异常值判识和初步分析等;能够方便地制作或自动生成日常管理报表、图形;能够通过人机对话的方式对数据进行查询、检索及编辑,能灵活显示、绘制和打印各种监测数据、图表及文档、图片;能够对大坝安全的各类信息文件进行有效管理,可以方便、快捷地查询、检索、输出各种安全管理档案等。

(3)应力应变监测仪器。无应力计、温度计、测缝计、裂缝计、钢筋计、位错计、锚杆应力计、锚索测力计、钢板应力计及应

变计等,约为320个测点。

6.4 自动化系统监测设施

(1)第1层监控设施。该层监控设施由分布于溢流坝、厂房、船闸和左右岸边坡等部位的各个MCU和接入MCU的传感器组成。其主要功能是实现监测数据的现地采集与传输。该工程自动化系统拟接入的各类测点约为660个,按照就近分区接入,并适当留有余地的原则,共需配备MCU22台和数字MCU(主要用于接入标准数字信号的仪器,如座标仪、引张线仪等)4台。

(2)第2层监控设施。该层监控由安全监控中心来实现,监控中心由2台监控主机、1台激光打印机、1台复印机、2台刻录机、2台UPS电源、2台防雷击隔离电源、2台网络适配器、1套监控管理软件组成。安全监控中心主要功能包括管理整个安全监测系统的图纸与文件,以及所有的仪器、仪表资料;控制和接收各MCU和真空激光系统传送来的信息,并且按照不同的监测项目进行分类管理;根据资料绘制各种图形,编制表格,并进行管理;对工程性状进行分析,提供整个工程定期的安全监测月报、年报,以及汛期及异常情况下的日报或紧急报告等。

6.2 自动化监测系统的组成与结构

该工程自动化监测系统是一个很大的信息网络系统,采用

二级监控、一级决策和技术支持的分级结构模式,系统层次分明,各级任务明确,便于进行操作、管理和统一调控。整个系统由溢流坝子系统、厂房及左岸边坡子系统和船闸及右岸边坡子系统3部分组成,采用开放型分层分布式智能化网络结构。整个系统分为两个监控层次:第1层监控是将分布于溢流坝、电站、船闸和边坡等建筑物上的各类传感器就近引入相应的MCU(测量控制单元),由测量控制单元进行第1级监控;第2层监控是将分布于各部位的MCU和真空激光系统接入工程安全监控中心,由安全监控中心进行第2级监控(见图2)。

6.3 自动化监测项目及测点选择

该工程安全监测系统覆盖了各建筑物及其基础,项目多而杂。接入自动化系统的监测仪器首先应力求少而精,突出重点断面(部位)的监测项目和测点,并确保这些项目和测点能实时监测,长期可靠运行。其次要求在关键断面(部位)能够采集到足够的重要信息,以便建立安全监控模型。

按照 以变形和渗流监测为重点,适当地配置一些应力应变测点 的原则或思路,并根据该工程监测设施具体布设情况,初步考虑将重点断面(部位)可实现自动化测量的全部变形监测仪器、渗流监测仪器和约1/3~1/2的应力应变监测仪器接入自动化系统,这样既能突出关键项目和测点,又能有效控制自动化系统的规模。

经比选研究,拟接入自动化系统的监测仪器主要有以下几种。

(1)变形监测仪器。真空激光测点、垂线座标仪、垂线座标仪、双金属标仪、引张线仪、倾斜仪、多点位移计和基岩变形计等,约为210个测点。

(2)渗流渗压监测仪器。渗压计、测压管、量水堰计,约为130个测点。

7 结语

安全监测系统是监测各建筑物(包括边坡)及其基础运行状态和工程安全状态的耳目,为业主提供决策依据。建立一个可靠、高效的能实时分析、快速反馈的安全监测系统是一个复杂的系统工程,涉及多个专业和学科,需要统筹考虑、精心设计,这样,才能使监测系统的总体结构优化、布置方案合理。安全监测设计时遵照 突出重点、兼顾全面、统一规划、分期实施 的总原则,在确保有效监控工程安全的前提下,确立了 以变形和渗流监测为重点,仪器布置少而精 的设计思想,经过分建筑物、分部位、分项目的反复比较和精心研究,建立起一套集中、精简、高效的安全监测系统。该系统既有监视工程安全的灵敏 耳目 ,又有分析判断工程安全程度的智能 头脑 ,它将在工程施工中逐步建立、逐渐完善,运行水平将日趋提高,对银盘水电站工程的安全运行必将发挥重要作用。

(编辑:邓玲)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g0we.html