大壩安全監測與無損檢測的現狀與研究

楊倩嵐

摘 要:大壩安全監測工作雖然存在一定的問題,但是其發展現狀是向著自動化的先進模式拓展的,在這樣的發展過程中要重視對大壩安全監測自動化系統硬件研發,并實現自動化項目系統的開發和有效利用。本文探索了當前大壩安全監測中存在的問題,并提出了相應的解決對策和自動化發展建議。

關鍵詞:大壩安全監測無損檢測

中圖分類號:TV698.1 文獻標識碼:A 文章編號1672-3791(2012)05(b)-0126-01

1 大壩安全監測中存在的問題

1.1 監測技術落后

大壩安全監測是通過儀器監測和巡視檢查對水利水電工程主體結構、地基基礎、兩岸邊坡、相關設施以及周圍環境所作的測量及巡查;“監測”既包括對建筑物固定測點按一定頻次進行的儀器觀測,也包括對建筑物外表及內部大范圍對象的定期或不定期的直觀檢查和儀器探查。但是對目前的大壩安全監測工作來講,仍然是采用傳統的監測方式,多數是以人工控制、實地巡查為主,缺乏自動化的先進技術控制,這樣的監測技術會對水資源的科學合理利用產生影響,不能全面地保證大壩的安全防洪作用。

1.2 監測資料利用率低

目前,大壩水工觀測人員對觀測資料整理分析工作內容包括月報表、日常資料整編以及年度觀測成果初步分析等,分析評價深度只停留在短期的定性分析。這些監測工作缺乏系統性與綜合性,使監測成果不能完整、客觀地反映大壩安全狀況。這些問題的產生除了與監測技術有關外,也體現了監測技術人員對監測資料的利用不合理,沒有將監測到的資料做出明確的、準確的、細致化及規范化的分析,使得監測成果過于簡單,無法掌握大壩的運行性態,嚴重阻礙了安全控制的能力。因此,有必要進行現代化的計算機分析軟件和硬件設施建設,提升監測資料的利用率。

1.3 監測資料整理不及時

對于一座大型的水電站大壩,監測數據量較大,若沒有專業人員及時整理,長期積壓,未能及時捕捉到異常的監測數據,使得監測項目形同虛設,發揮不了安全監控的耳目作用。采用傳統的人力收集整理方法難以保證監測資料的及時性,監測資料的整理不及時往往會使得大壩的安全控制處于失控狀態。因此,對監測資料進行及時的整理,有利于及時發現問題,及時處理,消除大壩潛在的安全隱患。

2 大壩安全監測與無損檢測現狀

2.1 大壩安全監測現狀

目前大壩安全監測工作存在著監測設施陳舊,自動化程度不高,監測資料分析的深度、廣度缺乏全面性和系統性等現象。為此,必須重視監測設施和儀器設備的保養和維護,重視計算機在大壩安全管理工作中的應用,全面系統地開展水工監測資料的綜合分析,積極穩妥地推進大壩安全監測系統自動化建設,努力實現專業化管理,使安全監測工作真正起到耳目作用。基本的監測儀器包括應變計、測縫計、滲壓計、鋼筋計、位移計、溫度計等屬于內埋式儀器,一旦埋入就不可更換,所以對這些儀器的質量要求更高。

2.2 無損檢測現狀

大壩的無損檢測工作現狀包括:(1)檢測結構復雜,大多情況下自動設備不一定能發揮太多作用。(2)材料范圍廣,包括大壩建造的多種材料,然而適合不同材料的檢測方法也會有所不同。(3)對象復雜。大壩及其基礎受荷載的影響,很多設備都會出現不同的情況變化,給檢測工作帶來很大困難。(4)需要對大壩底部的特殊區域和可能的缺陷檢測方法進行預先研究,這種檢測方式對運行中的大壩來講存在一定難度,因而風險往往較大。(5)無損檢測工作與安全監測的自動化鏈接存在問題,受技術的影響,二者往往是兩條線的工作,缺乏正確的對接,使得安全管理工作出現重復浪費。

2.3 大壩安全監測與無損檢測對接

大壩安全監測與無損檢測對接要依靠監測技術的先進處理,例如:無損檢測采用的超聲波檢測,通過超聲波與試件相互作用,就反射、透射和散射的波進行研究,對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征,形成了特定應用的評價技術。而這種技術完全可以形成超聲波的安全控制,由于計算機技術的介入,超聲成象技術異軍突起,使超聲檢測技術向數字成象自動化方向發展,在水利水電工程中將發揮越來越大的作用。

3 大壩安全監測自動化項目

3.1 自動化項目設計原則

大壩安全監測能夠起到監視及預警工程運行性態、保障水庫大壩安全運行的作用,故現代大壩安全監測的首要目的應是保障水庫大壩的安全、穩定運行,這也是為何對一定規模的工程普遍要求設置相應的監測項目的原因所在。一般大壩安全監測自動化的實施應包括如下步驟:大壩安全(結構、施工、材料)分析→安全監測設施的檢驗、運行及監測資料分析→自動化監測系統的安裝調試→初步驗收→系統試運行→系統最終驗收→系統投入運行。

3.2 自動化項目設計結構

自動化項目設計結構包括:大壩安全監測設計及監測項目,監測儀器設備的工作原理、安裝埋設使用維護,測值計算方法自動化技術(系統),大壩安全實時分析與評價系統等。設計結構往往采用分布式的體系結構,測量控制單元可以安裝靠近傳感器的地方,傳感器的信號可以不需要傳輸較遠的距離,信號的衰減和外界的干擾可以大大減輕;同時設計的結構系統由以前的專用型變成了通用型。根據功能的不同,開發不同的功能模塊,將系統內部功能模塊化,已開發了弦式功能模塊、模擬量功能模塊、通信功能模塊等。

3.3 自動化項目系統開發

目前自動監測系統的數據采集軟件均有巡測和選測功能,設置自動進行巡測、在線診斷、自動報警是對系統的基本要求。與此同時自動化項目系統的開發也取得了優勢化的發展。如:光纖傳感器近幾年得到快速發展,測量參數從單一的溫度測量發展到滲漏檢測到變形、位移、應力等多參數。目前光纖溫度測量技術比較成熟并在大壩領域應用。還有,計算機層析成像技術,通過計算機處理,重建物體特定層面上的二維圖像及三維圖像的技術。由于其能夠定量反映大壩內部材料性質的分布情況和缺陷部位,所以減少了儀器設備的復雜性并提高了大壩的安全度,而且與無損檢測技術來講有著更為實效的對接發展前景。

3.4 自動化系統硬件研發

大壩安全監測自動化系統硬件研發實現了與監測儀器數據采集的接口,實現對監測資料的實時監控、數據庫管理與整編、資料的圖形處理、綜合分析與評價,并運用多種數學模型、分析理論預測大壩未來的發展性狀。集GPS衛星定位、計算機通信、網絡傳輸、數據處理與管理、分析計算及新型傳感器等高新技術于一體,從而實現整個系統自動、實時、連續的數據采集、傳輸、分析、顯示、報警等功能,為安全生產決策提供可靠資料及依據。

綜上所述,大壩安全監測工作雖然存在一定的問題,但是其發展現狀是向著自動化的先進模式拓展的,在這樣的發展過程中要重視對大壩安全監測自動化系統硬件研發,并實現自動化項目系統的開發和有效利用。

參考文獻

[1] 闞乃立,陳新建.城西水庫大壩安全監測分析與評價系統研究[J].治淮,2011(7).