淺談垂線—引張線技術在金雞攔河閘水平位移測報中的應用

黃全福

（福建省泉州市金雞攔河閘管理處 362333）

淺談垂線—引張線技術在金雞攔河閘水平位移測報中的應用

黃全福

（福建省泉州市金雞攔河閘管理處 362333）

本文對金雞攔河閘水平位移測報系統建設情況作了介紹，通過測報數據有效地跟蹤了水閘的水平位移，為水閘安全監測提供保障。

垂線—引張線 水閘 水平位移

1 工程概況

泉州市金雞攔河閘是是一座集防洪、灌溉、供水等效益于一體的大（1）型水利樞紐工程，工程于2005年4月6日正式動工建設，2007年4月29日正式下閘蓄水并試運行。鑒于金雞攔河閘牽涉當地大部分領域的經濟活動，保障其安全運行是十分必要的。根據福建省水利廳《泉州市金雞攔河閘改（重）建專題論證報告》，同意在金雞攔河閘工程中建設安全監測系統。

2 垂線、引張線系統

2.1 垂線系統

垂線系統包括正垂線系統和倒垂線系統。正垂線系統其固定點懸掛于欲測部位的上部，垂線下部設重錘，使該線體始終處于鉛垂狀態，作為測量的基準線，垂線坐標儀則設置在沿線體布置的監測點上。正垂線可測量相對于頂部懸掛點的位移變化。

倒垂線系統的錨固點設在基巖下一定深度，線體上引至地面，利用浮筒的浮力將線體拉直并保持一定的張緊力，浮筒置于被測對象上并隨其一起位移，但垂線借助于浮子仍始終保持為鉛直，故該垂線可認為是基準線。倒垂線錨固點的深度通常要求達到基巖的不動點，因此倒垂上部測點的位移可認為是絕對位移。正垂和倒垂常組合使用，再配以人工或者自動化觀測設備，可求得建筑物整個高度各測點的絕對水平位移量（見圖1）。

2.2 引張線系統

引張線法是觀測直線型或折線型大壩水平位移的常用方法。引張線系統結構簡單，適應性強，可布置在壩頂，壩體廊道或壩基廊道中。其端點和正、倒垂線相結合，可觀測各壩段的絕對位移，實現大壩位移的自動化監測。

圖1 垂線測量系統結構示意圖

引張線法的原理是利用在兩個固定的基準點之間張緊一根不銹鋼絲作為基準線，用布設在大壩的各個觀測點上的引張線儀或人工光學比測裝置，對各測點進行垂直于偏離基準線的變化量的測定，從而可求得各觀測點的水平位移量。

引張線系統通常由張緊端點、測點、引張線、引張線保護管、固定端五大部分組成，見圖2。

3 垂線—引張線系統建設

監測設備與主體工程同步施工。閘體位移觀測采用的是倒垂線與引張線相結合的方法，工程中安裝應用了兩根倒垂線，分別安裝在閘體左右側邊墩上，在沿壩軸線方向的閘頂上游側共設置9個測點（每個伸縮段設1個測點），分別觀測各個閘墩的水平位移量（見圖3）。

圖3 金雞攔河閘垂線—引張線監測測點平面布置示意圖

4 信息管理系統

閘壩安全監測自動化系統由分布式數據采集系統和安全信息管理系統兩部分組成。分布式數據采集系統的測控裝置及傳感器布置在水閘現場，整個數據采集網絡由設置在岸邊的金雞攔河閘管理處的閘壩安全監測工作站進行控制。閘壩安全信息管理系統由信息管理主機、信息管理軟件和資料分析軟件等組成。

閘壩安全監測的日常操作都在安全監測工作站上進行，工作站通過光纖與現場的測量控制裝置（MCU）聯接，光纖通訊可以提高系統的防雷抗干擾能力，保證系統的可靠性。每個MCU可以就近接入閘壩上的監測儀器，根據儀器的種類配置不同的模塊。工作站上安裝有閘壩安全監測自動化系統的采集軟件，通過該軟件可以實現自動化系統的所有功能，或設置MCU自動測量的周期。

5 引張線儀與垂線坐標儀基準長度

安裝的步進電機式引張線儀和垂線坐標儀，每次采集數據時都測量與壩體固定在一起的兩個基準桿之間的長度，稱之為基準長度，它是一個永久不變的一個數值，根據它可以判斷儀器及系統的測量是否正常。每臺引張線儀及垂線坐標儀的基準長度統計情況見表1。從表1中可以看出，10臺引張線儀及2臺垂線坐標儀的均方差的平均值為0.08，小于《混凝土大壩安全監測技術規范》關于大壩變形監測精度小于1mm的要求，表明引張線儀在整個量程范圍內基本滿足規范要求的測量精度，能正確反映大壩的變形規律。

引張線儀及垂線坐標儀的基準時間為2007年8月30日，基準值統計見表2。

表1 引張線儀及垂線坐標儀基準長度統計（2007年8月30日～2008年4月） 單位：mm

表2 引張線儀及垂線坐標儀基準值統計（2007年8月30日） 單位：mm

圖4 垂線—引張線水平位移過程線

6 運行期監測數據分析

泉州金雞閘自2007年7月28日正式下閘蓄水至2008年5月，測值變化趨勢連續有規律，觀測數據基本正常。

從左、右岸邊墩的倒垂線觀測成果看，沿壩軸線方向的變形比順水流方向的變形要大，兩者的年變幅（2007年7月～2008年5月）分別為12.5mm、11.7mm；邊墩在氣溫較低的1～2月向兩岸變形到最大值，在氣溫較高的7～8月向河床變形到最大值。左、右岸邊墩順水流方向變形的年變幅在3.2mm、3.3mm左右，在氣溫較低的2月達到向下游變形最大值，在氣溫較高的7～8月向上游變形達最大值。左、右邊墩的變形主要受氣溫影響，從變形幅度和方向上看，其變形規律是一致的，間接表明邊墩的變形是正常的，這也符合類似項目的變形規律。

從引張線測點的觀測成果看，大壩變形主要受氣溫響，呈年周期變化。從2007年8月30日以來，隨著氣溫的降低，大壩逐步向下游變形（正方向），總體表現為河床中部壩段變形量大，兩岸變形量小；從2008年2月中旬開始，隨著氣溫的升高，大壩逐步向上游變形（負方向）。2008年2月中旬各個壩段均達到向下游變形最大值，基本都有4～5mm的變形量，最大變形為5.5mm，發生在5號閘墩的EX5處。

總體來看，左右邊墩的變形主要受氣溫影響，從變形幅度和方向上看，其變形規律是一致的，其左右岸方向的年變形幅度為11～12mm，順水流方向年變形幅度為3mm左右。水閘順水流方向水平位移主要受氣溫響，呈年周期變化，年變幅有5mm左右，河床中部變形量較兩側要大。其變化規律為氣溫降低，大壩向下游變形；反之，向上游變形，符合一般規律（見上頁圖3）。

7 結語

金雞攔河閘工程的水平位移測報系統是一項十分重要的非工程措施，它對水閘的工程安全、防洪安全、供水安全起著重要作用。該系統的投入運行為水閘的工程安全管理提供了科學、可靠的依據，充分發揮了現代化管理的優越性，提高了工程安全的保障性。