自動監測技術在閘站工程變形觀測中的應用

自動監測技術在閘站工程變形觀測中的應用

顧昊， 王霞

(江蘇省泰州引江河管理處， 江蘇 泰州225321)

【摘要】本文以高港閘站工程揚壓力與伸縮縫變化自動監測系統為例，簡要描述了自動監測技術在工程觀測中的應用，介紹了自動監測系統的工作原理、實施運行情況，并對監測成果進行對比分析，論證了該技術的可行性和優越性。

【關鍵詞】閘站工程； 自動監測； 變形觀測； 應用

中圖分類號：TV698.1文獻標志碼： A

Application of Automatic Monitoring Technology in Gate Station

Project Deformation Observation

GU Hao, WANG Xia

(TaizhouYinjiangCanalAdministrationofJiangsuProvince,Taizhou225321,China)

Abstract：In the paper, Gaogang Gate Station project uplift pressure and expansion joint change automatic monitoring system are adopted as example. Application of automatic monitoring technology in engineering observation is briefly described. Working principles and implementation operation conditions of automatic monitoring system are introduced, the monitoring results are comparatively analyzed, and feasibility and superiority of the technology are demonstrated.

Keywords：gate station project; automatic monitoring; deformation observation; application

工程觀測對建筑工程有著重要意義，定期且準確的觀測和分析能夠及時掌握工程薄弱環節，為后期加固維修提供直觀資料，從而為工程安全運行保駕護航。一般的大中型工程或龐大繁雜、或線路較長，人工觀測所需測量周期長、線路設計困難，任務相當繁重，且人為誤差影響較大。隨著信息化要求的提高，人工觀測的局限性日益顯現，自動監測技術以其更為準確、穩定、高效的性能及強勢的發展前景成為更多工程開展觀測的選擇。自動監測技術發展于20世紀八九十年代，目前，已廣泛應用于氣象水文、水利交通等工程，在大壩、堤防、橋梁等工程中的發展已較為成熟，本文主要探討自動監測技術在閘站工程變形觀測中的應用情況。

1研究背景

高港樞紐位于泰州市高港區，主體工程中心線距長江口約1.90km，包括泵站、節制閘、調度閘等工程。根據工程測量要求，需對高港樞紐垂直位移、河道斷面、伸縮縫、揚壓力等項目進行觀測。為了解自動監測技術在閘站工程中的可操作性，將高港泵站和節制閘的15處測壓管、15處伸縮縫作為自動監測試點，測點位置分布見下頁圖1。

圖1　高港閘站工程測點位置示意圖 　　　　 1—測壓管測點為泵站、節制閘共5塊底板011-053(其中032未設置)及右岸1； 2—伸縮縫雙向“<”共9處，單向“-”共6處

2自動監測測量原理

自動監測的工作主要依靠傳感器完成。將傳感器安裝在測點上，由傳感器記錄測點物理量的變化，所得信號傳輸至數據采集裝置。監控系統中的數據采集系統將傳感器數據進行匯總處理，經過分析后可得到測量數據。傳感器設置后可實現不間斷測量，工作較人工觀測更為高效便捷。

2.1傳感器工作原理

目前,監測系統中比較常用的傳感器為振弦式，它以金屬弦作為敏感元件，被測物理量發生變化時產生的荷載通過一定的方式傳遞給振弦使其振動頻率發生變化，由測量電路將變化的頻率信號傳輸至讀數裝置，即可測出所需的數值。因振弦式傳感器輸出的是頻率信號，較傳統的電阻式傳感器更為穩定，且數據采集也更為方便。

2.2硬件的實施

滲壓計安裝在測點的測壓管內，電纜沿管口導出后接入到采集箱內。滲壓計的安裝高程由測壓管管口高程、水位計讀數及滲壓計實測數確定(見公式1)。正常測量時滲壓計的安裝高程與測量讀數之和即為測壓管內水位高程。

(1)

式中H——安裝高程；

H管口——管口高程；

a、b——分別為水位計、滲壓計的實測讀數。

表面裂縫計的設置，以5塊底板及翼墻連接處的伸縮縫變形情況為觀測目標。考慮每塊底板的長度，在上下游側設置兩個橫向變形測點；另外，在上游側橫向測點附近設置了縱向變形測點，來監測底板之間的錯動變形情況(底板與翼墻連接處的縱向測點根據具體施工情況設置)。橫向測點裂縫計用固定螺栓進行連接安裝，縱向測點裂縫計則在裂縫兩側安裝支架托板來固定并安裝。裂縫計安裝完成后需進行調試，以量程為25mm的儀器為例，取標準位移為10mm的多測次讀數均值為初始讀數，測量時溫度為初始溫度，調節傳感器多次測量，經計算后測量結果符合要求即可。調試完成后的數值即為測量的初始讀數，而產生變形后的讀數，經計算后可得變形位移量。每個傳感器性能都有所不同，它們的各項系數也不同，這些系數在儀器的檢測證書上已給出。

傳感器外接電纜或外置表面用鍍鋅鋼管保護，或穿過塑料管埋設在地下，引至分置在泵站與節制閘兩處的數據采集儀，最終并入閘站原有的電纜層并與高港樞紐中心四樓的服務器相連。

2.3軟件系統設計

其實，留意一下以往的北京卷，就可以發現蘊含著進化與適應的生命觀念的命題并不鮮見。例如，2016年“豹的引種”、2014年“病毒與野兔”、2013年“安第斯山長舌蝠與長筒花”、2012年“金合歡蟻與金合歡樹”等。但因為都是選擇題，所以很難完整地進行學科素養的考查。

高港閘站工程安全監測系統采用B/S架構，包括數據采集模塊、數據處理與分析模塊、信息發布模塊等。系統可實現對伸縮縫和測壓管的固定點巡回監測，定時、24小時不間斷監測，采集到的測量數據經處理后得到成果數據。

數據處理包括歷史數據錄入，數據查詢、存儲、備份等一般數據處理系統都能夠實現的基本功能。數據分析模塊可實現成果數據超限預警，指出測點位置、實時數據、超限差值等，也可記錄出現極值時的數據、水位、溫度情況，便于以后數據進行對比。成果分析還包括測點測值分布圖、比較圖及有關過程線圖的繪制，可以清晰看到測點的數據變化。

3監測成果

3.1測壓管水位監測

進入系統，主界面能夠直觀地看到各測點的最近一次讀數，也可在線即時測量，超限的讀數用紅色高亮顯示。目前系統設定每天定時采集一次數據，可以查閱每一測點的不同時間的讀數及匯總某一時間段內的極值和均值(見圖2)。系統根據底板所在位置設計了模型圖，同一底板上的三個測點的測值以及測壓管水位過程線也可直觀地看到(見圖3)。另外，曲線對比功能可將任意測點的測值進行對比，比如：不同底板的同一截面上的測壓管數據對比(見圖4)。

圖2　測壓管測點011監測界面

圖3　底板1測壓管水位過程線

圖4　測點013與023數據對比曲線

3.2伸縮縫監測

與測壓管測點一樣，伸縮縫每個測點也有單點監測界面，可進行實時數據監測并自動統計特征數值，實現對同一條伸縮縫不同部位的測點數據進行對比或不同伸縮縫的同一斷面上的數據對比，如：測點底板1下與測點底板2下的錯動變形對比(見圖5)。可以看出，錯動變形較小，且相鄰縫的數值較為接近，與實際情況相符合，顯示出了良好的性能。

圖5　測點底板1下與底板2下縱向數據對比曲線

4自動監測優點

自動監測系統能夠完成人工觀測的所有任務，包括測量、繪圖，可將測量人員從大量野外工作中解放出來，且效率和準確性較高，測量人員可依據系統提供的數據和圖形進行分析，能夠迅速及時地解決實際的問題。

與人工觀測相比，自動監測在觀測頻次、精度上有很大優勢(見下表)。以伸縮縫測量為例，量程為25mm的裂縫計精度可達0.025mm，較人工測量提高了4倍。

人工觀測任務及與自動監測表

觀察測點的伸縮縫寬度與氣溫過程線見圖6，左側為自動監測系統近半年的數據，可以看出測縫寬度與溫度有明顯的相對性，過程線走向比右側的年統計圖更為具體，統計結果有較大的參考價值。

圖6　伸縮縫寬度與氣溫過程線

另外，伸縮縫測點傳感器的量程選擇以工程過去十年的測量數據為依據，在系統試運行過程中發現有測點超出傳感器變化范圍的情況，經多次調試發現是傳感器量程偏小，因人工測量頻次較低，且受氣候、環境影響未捕捉到極限工況下測值，而自動監測則沒有這些因素的困擾，能夠幫助測量人員更好地了解有關物理量的特性。

5結語

目前，自動監測系統已投入使用，傳感設備工作性能穩定，系統整個表現達到了預期。在該試點系統的基礎上，計劃將自動監測技術應用到垂直、水平位移等觀測項目中，并結合模擬實景3D技術，開發高港閘站工程變形監測系統，同時，研究自動監測智能預測預警技術，根據測點的監測數據、環境參數等資料，分析其在時間維度上的變化趨勢，科學判斷工程運行情況，進一步提高監測水平。

參考文獻

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