大坝变形监测自动化技术的运用与研究邱名德

邱名德

（深圳市公明供水条蓄工程管理处广东深圳518000）

摘要：在我国水利水电事业快速发展的今天，人们对水利工程尤其是大坝质量的重视程度越来越高，为了确保大坝的正常运行就要采取有效措施来保证大坝质量，变形监测自动化技术的运用对于保证大坝安全有着非常重要的意义。大坝变形监测实际上是利用专门仪器来对大坝坝体&坝肩以及坝基等进行测量和观察，重点观察某点某一时刻的位置同起始位置的变化量，通过对此进行实时观察将能够真正保证大坝质量。本文重点探讨了大坝变形监测自动化技术的运用情况，以期为水利水电建筑设计提供参考。

关键词：大坝变形监测；自动化技术；运用

引言

大坝是水库中最为主要的水工建筑物，通常情况下，其基本的建筑材料可以分为两种，一种是土石坝，另一种是混凝土坝，在实际施工的过程中，土石坝的使用量相对较多，主要是由于土石坝材料在运用中，会呈现出散粒体的设计状况，坝体结构状分析中具有一定的难度，而通过坝体渗流、坝基、坝体渗透压等参数的稳定分析，可以保证项目设计的安全性，并在此基础上获得较为重要的安全监测信息。

1变形监测

第一，在水库大坝工程项目设计的过程中，其变形监测主要包括了表面变形监测以及防渗墙挠度监测。在本次研究中，将表面变形标点设计为综合位移标点，其中的综合位移点可以同时检测竖向位移以及水平位移。在大坝水平位移变形监测设计中，其基本方案可以分为两种，一种是真空激光准直法，另一种是边角前方交会法。通过综合性的比较分析可以发现，两种工程的设计方案都可以实现自动化的监测，充分满足观测精度的基本需求。在项目观测的过程中，需要在大坝左、右岸坝肩进行基础稳定位置的选择，通过对大坝变形观测状态的分析，发现其中共有5个断面，5条视准线，其中共有25个综合位移标点，在坝长超过500m的状态下，需要通过对相关规范要求的分析，增加中间项目的工作基准点，也就是在中间横断面综合位移点中进行工作基点的确定。而且，在观测采用边角前方交汇法中，通过两台测量机器人进行观测，并在观测的过程中进行数据校核以及严密数据的平差分析，在研究中，需要计算误差以及置信度，全面提高观测项目的精确度，并在研究的过程中保证水平位移观测项目满足观测的基本要求。

2大坝变形监测自动化技术的运用

2.1传感器

光纤传感技术从实际应用形式来看传感器分为：机械式、光敏式、磁式以及电式传感器；从以往经验来看，电式和磁式传感器的应用非常广泛，在实际应用过程中应该根据实际需要来进行选择。光纤传感目前已经被广泛应用于各个领域当中，利用光纤传感将能够使得光线传播通过全反射的形式展开，这样就能把光和图像曲折传递到所需要的任意空间中去。测量对象广泛，通信容量大，灵敏度高，频带宽及耐水性强是其典型特征，正是因为具有这样的优势，因而能够被广泛应用于大坝变形监测当中。

2.2GPS技术

全球卫星定位系统（GPS）是以卫星为基础的无线电定位系统，藉由地球轨道上的定位卫星，可无限制地提供全球具接收装备的使用者极精确的三维定位、速度及时间资料。该系统不受天气影响，并可提供全球统一的经纬度参考资料，且应用层面非常广泛，已属成熟技术；由于全球卫星定位模块大量生产的关系，低廉的价格更增加全球卫星定位计技术于边坡灾害监测应用的价值。监测系统除为累积足够监测历史资料提供后续各项学理研究发展外，亦希望可实时掌握大坝灾害发生前兆和发生时的动态反应，增加地区居民之应变时间，提供防灾应变决策数据，大幅降低灾害的发生，因此实时有效的通讯传输将是整体监测系统重要监测环节之一。

2.3激光技术

激光技术是一项高效简便的测量方式，这种测量方式能够应用于大坝坝体和廊道测量当中，由于这项技术能够有效提升灵敏度范围，减少作业条件限制，因此能进一步提升测量精度。当前激光技术在大坝变形监测中已经实现了自动化测量，采用这项技术将能有效满足大坝变形监测迅速、及时、准确的要求。但是，这项技术本身也存在一定的局限性，激光技术无法对拱坝、曲线坝实现测量。为了弥补这种缺陷在实际工作中要利用激光转角，通过这种形式将能有效拓展激光技术的应用范围。

2.4CT技术

所谓CT技术主要指的是计算机层析成像技术，这种技术是在不破坏物体结构的前提下获取某种物理量，然后利用数学方法，通过计算机处理构成3D图像的技术。意大利、日本等国家先后把CT技术应用到了大坝性态诊断当中，这样将能够实现对大坝安全检查及工程处理效果的验证。通过应用CT技术将能够及时掌握坝址地质构造，对断层破碎带分布情况也可有效推测。当前CT技术在坝体选择、施工以及运营期间所发挥的作用非常巨大，通过采用这项技术将能有效减少仪器设备的复杂性，同时还能提升大坝安全度，此外该技术可为大坝内部性态检测、老化评判以及缺陷搜索提供数据。

2.5真空激光准直系统的应用

设计及安装中要注意四个方面问题：一是管径选择。管道的内径主要取决于测点距激光发射端的距离及其测值变幅，同时还应考虑波带板最大的通光孔径及抽真空时管道的流导&放样及安装误差以及管道材料本身的弯曲等。二是注意密封和隔热。真空激光准真系统的密封包括激光发射端和接收端的密封防潮，管道系统(包括波纹管、测点箱、平晶密封段)的密封；管道隔热的目的就是要尽可能地减少温度梯度，在安装使用过程中还要注意检漏，逐段与整体检漏相结合。三是选择高质量的波带板及其起落(或翻转)系统，以增加其可靠性和减小各种误差，特别是复位误差。四是系统需采用自动的循环冷却水装置，在真空泵运行期间对其进行冷却。

3发展趋势

随着技术的发展和人们对大坝安全认识的深入，监测设计的理念也日新月异，从原型观测到自动化监测，从人工巡视的仪器监测到智能化的自动化监控系统，从静态点式观测到动态的分布式观测，人们对大坝安全监测的精度和自动化的要求越来越高。同时，监测仪器自动化采集系统和资料处理分析技术也得到了快速的发展。监测仪器的应用开始出现多元化的格局，一些差动变压器、电容式、电感式监测仪器、振弦式监测仪器以及其他各种类型的仪器得到了广泛的应用，并在多个大坝的安全保障领域取得了显著的成效，这些都为大坝安全监测技术的快速发展积累了经验，奠定了基础。

结束语

总之，大坝变形监测系统化工程作为一项系统性的工程模式，在除险加固技术运用的过程中，可以实现保证水库大坝的稳定运行，所以，在现阶段水利行业运行中，需要通过对大坝运行状况的分析，进行水利技术以及自动化技术的科学运用，通过专业设计技术与信息技术的稳定结合，进行系统项目资源的开发，保证安全监测系统设计的合理性。而且，通过自动化安全监测技术的运用，不仅可以实现安全监测以及除险加固的合理改造，也可以在某种程度上提高水利工程蓄水的能力，并通过对加固技术的及时反馈，保证系统项目设计的及时性，从而为大坝安全监测系统中监测工作!、评价工作的建立提供稳定支持，促进水库大坝工程的健康、稳定发展。

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