船閘工程安全監(jiān)測及自動(dòng)化研究

［摘 要］安全監(jiān)測是船閘安全運(yùn)行的重要保證，磁翻板液位計(jì)監(jiān)測設(shè)計(jì)是船閘設(shè)計(jì)的重要組成部分。在本文中，鎖定安全監(jiān)測的技術(shù)特征和設(shè)計(jì)原則被總結(jié)為已完成工作的一部分，同時(shí)考慮到安全監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)為每個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目提出了監(jiān)測以及自動(dòng)化研究。

1 船閘特點(diǎn)及安全監(jiān)測設(shè)計(jì)原則

1． 1 船閘工程特點(diǎn)

船閘由結(jié)構(gòu)元件組成，如閘首，閘室，輸水系統(tǒng)，閘門，閥門，引航道和相應(yīng)的設(shè)備。船閘的主要特點(diǎn)如下。 (1) 監(jiān)測上下閘門能夠進(jìn)行直接擋水，在注滿水頭和下游壁的作用下，可能發(fā)生水平位移。閘室墻壁受到側(cè)向水頭和壁后填充物的影響，容易產(chǎn)生傾斜以及變形。 (2) 監(jiān)測土質(zhì)基礎(chǔ)上的船閘容易產(chǎn)生過多不規(guī)則沉積物。(3) 在上游源頭的作用下，閘首以及閘室底部可能會(huì)出現(xiàn)基底滲流等現(xiàn)象發(fā)生。

1． 2 安全監(jiān)測設(shè)計(jì)原則

(1) 磁翻板液位計(jì)和設(shè)施的布置，有必要明確監(jiān)督的目標(biāo)，與工作實(shí)際緊密結(jié)合，考慮整體以及協(xié)調(diào)有關(guān)項(xiàng)目的安排并配合布置。必須確保重要項(xiàng)目能夠在惡劣的氣候條件下得到監(jiān)測。 (2) 磁翻板液位計(jì)和設(shè)備必須耐用，可靠，實(shí)用，有效推動(dòng)磁翻板液位計(jì)的自動(dòng)化監(jiān)測的研究與開發(fā)。

2 監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)置分析

2． 1 變形監(jiān)測分析

(1) 船閘的水平位移監(jiān)測是由自動(dòng)監(jiān)測的張力線: 一個(gè)工作基礎(chǔ)設(shè)置指向的位置邊碼頭上下門頭的張力的終點(diǎn)線，然后收緊一個(gè)鋼絲為基本標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)點(diǎn)之間的界限，和一個(gè)倒錘線收緊兩個(gè)工作基點(diǎn)之間的參考點(diǎn)。 (2) 控制船閘的垂直運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用靜力水準(zhǔn)自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，在靜態(tài)層的位置對(duì)應(yīng)于引線，鋼管被標(biāo)記為靜水準(zhǔn)面的基點(diǎn)。設(shè)備之間的空間通過連接管道連接，每個(gè)基點(diǎn)的沉降是通過每個(gè)裝置中液面的變化來測量的。

2． 2 (應(yīng)) 力的監(jiān)測分析

(1) 混凝土應(yīng)力選取墩身、底板和澆口墻的典型截面，設(shè)置應(yīng)變儀監(jiān)測混凝土的應(yīng)力。 (2) 由于船閘底板的應(yīng)力比較復(fù)雜，船閘底板的加固應(yīng)力承受了很大的載荷。因此，應(yīng)選擇接近鋼筋直徑的量規(guī)。(3) 土壓力應(yīng)該從閘首以及閘墩和閘室的 1 ～ 3 個(gè)斷面中去選擇。土壓力計(jì)和滲透壓力計(jì)應(yīng)沿墻高布置以每節(jié)上的測量點(diǎn)不得少于3 個(gè)。(4) 基底反力分別埋在水閘底板下方和滲漏壓力表旁邊的地基土中，用于監(jiān)測底板上的基底的反力情況。

2． 3 滲壓、滲流的監(jiān)測分析

(1) 監(jiān)測閘底板壓力的增大對(duì)船閘結(jié)構(gòu)浮力的穩(wěn)定性非常重要，因此，在船閘底板下設(shè)置一個(gè)滲漏計(jì)，監(jiān)測底板壓力的增加。 (2) 通過在側(cè)壁后埋設(shè)測壓管來監(jiān)測船閘周圍的側(cè)向滲流，并在水位不同時(shí)對(duì)船閘周圍的側(cè)向滲流進(jìn)行監(jiān)測。在管道中安裝了滲透儀，以自動(dòng)監(jiān)測管道中的水位。 (3) 監(jiān)測船閘的水流還會(huì)產(chǎn)生影響船閘內(nèi)應(yīng)力分布的流量壓力，因此需要在船閘上放置入滲壓儀，可以監(jiān)測閘體之中的壓力情況。

2． 4 水位觀測

為了研究以及實(shí)現(xiàn)船閘水位的自動(dòng)化監(jiān)測，我們在船閘的上下游的水位計(jì)設(shè)置在導(dǎo)槽翼墻和閘門槽壁上的水位，可以借此來監(jiān)測上下游的水位變化的情況。

3 安全監(jiān)測技術(shù)

3． 1 外部變形監(jiān)測

船閘外部變形的監(jiān)測包含水平位移監(jiān)測以及垂直位移監(jiān)測等。水平位移監(jiān)測主要是應(yīng)用引線法，瞄準(zhǔn)線法，激光瞄準(zhǔn)直法，交會(huì)法等等。垂直位移監(jiān)測主要是應(yīng)用精密水準(zhǔn)測量法以及靜態(tài)水準(zhǔn)測量法等兩種方式進(jìn)行監(jiān)測。在大壩下游的監(jiān)測 1km ～5km 處可選擇垂直位移參考點(diǎn)，采用雙金屬標(biāo)記。

3． 2 內(nèi)部變形監(jiān)測

結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)變形通常通過測量儀器來監(jiān)控，該儀器以單向，雙向和三向方式測量的測縫計(jì)。測縫計(jì)應(yīng)分別布置在不良地質(zhì)區(qū)，不良地質(zhì)和良好地質(zhì)跨段區(qū)，依據(jù)結(jié)構(gòu)分段的數(shù)量，建議按結(jié)構(gòu)縫數(shù)量的10% ～30%進(jìn)行組織以及設(shè)置，圖 1 為三向測縫計(jì)示意圖。

3． 3 滲流監(jiān)測

滲透監(jiān)測應(yīng)依據(jù)建筑類型以及工程規(guī)模、地質(zhì)條件等進(jìn)行組織。監(jiān)測方法建議使用基巖將壓力計(jì)結(jié)合到下面的巖石中。船閘的基本滲透監(jiān)控部分主要是一個(gè)橫截面，其中制動(dòng)器的頂部和底部必須各有一個(gè)監(jiān)控部分，監(jiān)控部分可沿滲透控制環(huán)設(shè)置為 50m ～150m，每個(gè)橫截面有 3 至 4 個(gè)測量點(diǎn)。

3． 4 混凝土應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測

應(yīng)力和變形監(jiān)測必須根據(jù)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行組織，以便監(jiān)測結(jié)果反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布，以便與其他搜索結(jié)果和其他監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行完整分析。船閘結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力方向比較清晰，所以可以使用單向或雙向應(yīng)變儀，在監(jiān)測 1． 監(jiān)測 0 －1． 監(jiān)測 5m 范圍內(nèi)，布置 1 只無應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力測量點(diǎn)必須布置在重要的鋼筋混凝土部件中。

4 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)

4． 1 磁翻板液位計(jì)

依據(jù)閉鎖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，自動(dòng)磁翻板液位計(jì)需要具備靈敏度高，穩(wěn)定性好，測量范圍小，不受環(huán)境影響等性能。次項(xiàng)目主要的監(jiān)測工具包括張力線儀，靜力水平儀滲流壓力表，水位表，應(yīng)變表，土壓表，鋼筋表，測縫計(jì)。

4． 2 通信網(wǎng)絡(luò)分析

主要通過使用光纖通信方式，因其具有長距離傳輸以及防雷擊和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)有利于進(jìn)行監(jiān)測。

4． 3 數(shù)據(jù)采集裝置

安全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)，其是由密封機(jī)箱，智能數(shù)據(jù)采集模塊，電池，勞動(dòng)比測量形式和防雷模塊組成的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)具有測量控制，顯示打印以及查詢測試和系統(tǒng)性能控制的功能。

4． 4 監(jiān)測主機(jī)以及數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)管理軟件

監(jiān)控主機(jī) (工作站) 位于工程規(guī)劃中心的控制室，可以接收來自各數(shù)據(jù)采集設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，單獨(dú)安裝數(shù)據(jù)管理軟件和數(shù)據(jù)采集軟件，允許計(jì)劃采集、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存檔、繪制實(shí)時(shí)曲線和自動(dòng)發(fā)送報(bào)警等裝置。

5 結(jié) 語

在設(shè)計(jì)階段考慮自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，將更有利于項(xiàng)目的實(shí)施和安全監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)船閘工程安全自動(dòng)監(jiān)測，可以提高工程監(jiān)測的準(zhǔn)確性，及時(shí)性與科學(xué)性，更好地為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更加良好的服務(wù)。