大壩滲壓監測技術在引嫩渠首擴建工程的應用

付 慶，劉曉臣，王越宇

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶160000)

北部引嫩渠首位于訥河市拉哈鎮西北約7.0 km處，距尼爾基水庫25 km。1976年投入運行，工程現狀為無壩引水，渠首包括引水口工程和江道整治工程。自1976年建成投入運行以來已有28 a，工程經歷了3 次大的整修加固，已在引水口以上約7 km江段內的3個彎道平順聯接形成“S”型彎道。

為了保證工程運行安全，保證大慶石油化工企業用水，北引渠首改建為有壩渠首，新建進水閘3孔，泄洪水閘12 孔，為了保證新建閘門、壩體的安全，在渠首新建壩體中安裝了33 處滲壓計，監測壩體滲流壓力，以保證壩體的安全運行。

1 滲壓計的工作原理及選用

1.1 振弦式滲壓計的工作原理

滲壓計的傳感器元件就是一根與壓力膜片接觸的振弦，由安放在相連的管子周圍的兩個電磁線圈激振動，而膜片上所受的壓力將引起振弦的拉伸變化。拉伸的幅度與振動成比例，且與振弦的自振頻率有關。與電磁線圈相連的讀數儀激勵線圈，從而使振弦產生振動。同時，振弦的振動會在線圈中產生交流電壓，信號被讀數儀放大，這些信號決定于振弦的共振頻率［1］。振弦技術的獨特優勢，是頻率輸出信號不受電纜電阻或者接觸電阻的影響，電纜的長度可達1.6 km。

1.2 滲壓計的選用

選用北京基康有限公司生產的BGK4500S 系列振弦式滲壓計，其適合埋設在水工建筑物、基巖內或安裝在測壓管、鉆孔、堤壩管道和壓力容器里，測量孔隙水壓力或液體液位，其測量結果可直接換算成水位的形式顯示。其各種性能非常優異，其主要部件均用特殊鋼材制造，適合各種惡劣環境使用。特別是在完善電纜保護措施后，可直接埋設在對儀器要求較高的碾壓混凝土中。標準的透水石是用帶50 μm小孔的燒結不銹鋼制成，具有好的透水性。本工程選用0.35 MPa量程的傳感器;分辨力:0.025%FS;測量精度:直線公式0.5% FS;多項目式公式0.1%FS。選用的所有滲壓計均安裝在測壓管內，滲壓計安裝在測壓管的方法步驟如下:

1)建立零讀數(基準值)，先測量測壓管內的水位，記錄水位的位置，將滲壓計透水石浸透以后吊放到測壓管內水位以上1 m左右的位置，靜止30 min以上，使滲壓計測量環境與周圍的環境一致，再測量滲壓計的頻率和溫度，以此作為零讀數，也是滲壓計的基準值。如圖1 所示［2］。

圖1 滲壓計測壓管內安裝示意圖

2)將滲壓計繼續放入測壓管，一般放到死水位時測壓管水位以下，在孔口固定電纜，測量滲壓計讀數。如圖2 所示。

3)滲壓計的懸吊，在安裝過程中滲壓計的懸吊非常重要，如果用電纜來直接懸吊滲壓計，由于滲壓計的電纜本身比較細，在滲壓計及電纜本身重量的長期作用下會產生蠕變，因此滲壓計的高程也會變化，從而影響測值的精度，特別是當測壓管深度較深時，這種影響更加明顯，因此在實際安裝過程中，采用不銹鋼絲來懸吊滲壓計和電纜，使電纜處于不受力的狀態，從而避免上述問題［3］。

圖2 滲壓計測壓管內安裝示意圖

2 監測項目及測點布置

2.1 壩體滲流壓力

選取3個監測斷面(樁號:0 +600、1 +400、2 +300)，包括觀測斷面的壓力分布和浸潤線位置的確定。根據斷面形狀及地質情況，在每個觀測斷面的上游側、下游側、馬道附近(高程178.80)等處分別布設滲壓計。3個監測斷面共計布設18 支滲壓計。

2.2 泄洪閘堰基滲流壓力(揚壓力)監測

在泄洪閘4個斷面的閘室前、中、后分別布置3支滲壓計，共計12 支滲壓計，用來監測泄洪閘底板的揚壓力。

2.3 進水閘滲流壓力

在進水閘斷面的閘室前、中、后分別布置3 支滲壓計，用來監測進水閘底板的揚壓力。

3 數據采集裝置系統

數據采集裝置是大壩安全監測自動化系統得核心部分，主要由機箱、測量模塊、電源模塊、防雷模塊、溫控防潮模塊等組成。各種測量模塊均設計有獨立的CPU、實時時鐘、掉電保護數據存儲、數據通訊等功能，可對工程變形、滲流、應力應變、等監測項目設置儀器設備(采用或轉換為電信號)進行自動監測。由于數據采集裝置內部采集模塊的獨立性，使分布式數據采集進一步分散到模塊一級，系統的故障率進一步降低，采集速度和可靠性大為提高。數據采集裝置(MCU)可接收采集計算機的命令設定、修改實時時鐘和測控參數，保證各數據采集裝置(MCU)實時時鐘的一致性，將測控參數等存儲在掉電保護數據存儲器中，保證設置的參數、測量數據等不會丟失。

考慮到本工程所在地為寒冷地區，冬季溫度很低，數據采集裝置內置加熱裝置，當采集裝置內溫度低于設定溫度時，自動啟動加熱裝置，升高采集裝置內的溫度，保證采集裝置正常工作。依據本工程需要，考慮監測功能及自動化系統的性能價格比，選擇南京卡爾勝水電科技有限公司生產的NCT3000 型安全監測自動化系統，該系統的特點是技術先進，功能強大，測值準確、可靠性高、實用方便，性價比高。

數據采集裝置配備數據采集主機、服務器、便攜式計算機、不間斷電源、隔離穩壓電源、打印機等。數據采集主機控制所有數據采集裝置的運行，服務器負責數據的存儲及與其它系統的接口。在渠首管理站配置數據采集工作站一臺，作為數據采集網絡的監控主機，管理人員可通過本機進行數據采集網絡的管理，也可通過網站的信息管理主機進行遠距離控制，實現自動化數據瀏覽和管理。

［1］葛守西. 現代洪水預報技術［M］. 北京:中國水利水電出版社，2003:20－23.

［2］馬樹廷. 流域水文模擬——新安江模型與陜北模型［M］.水利電力出版社，1984:77－78.

［3］李煒. 水力計算手冊［S］. 北京:中國水利水電出版社，2006.