論長土壩碾壓施工質(zhì)量實時控制系統(tǒng)的實施

劉艷華　駱志勇　夏戴花

【摘要】為實現(xiàn)大壩填筑碾壓的全過程、全天候、實時的在線監(jiān)測與控制，確保大壩工程質(zhì)量始終處于真實受控狀態(tài)，開發(fā)引入了具有實時性、連續(xù)性、自動化、高精度等特點的土壩施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要通過實時監(jiān)控系統(tǒng)功能開發(fā)、硬件設(shè)備配置、自主通訊組網(wǎng)方式、現(xiàn)場質(zhì)量控制措施等方面進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】土壩；質(zhì)量；實時控制

本工程位于柬埔寨東北部，工程樞紐主要有左右岸均質(zhì)土壩、河床泄洪壩段、混凝土擋水壩段、河床式廠房、側(cè)墻式接頭等建筑物組成，壩頂全長6540m。為加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制，開發(fā)引入了土壩碾壓施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)，為施工質(zhì)量管理提供信息應(yīng)用和支撐平臺。

一、實時監(jiān)控系統(tǒng)實施現(xiàn)狀

國內(nèi)類似的案例是糯扎渡心墻堆石壩建設(shè)實時監(jiān)控系統(tǒng)和溧陽面板堆石壩建設(shè)實時監(jiān)控系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)實現(xiàn)了堆石壩填筑碾壓過程和壩料運(yùn)輸過程的實時監(jiān)控；此外，武漢大學(xué)開發(fā)了清江水布埡瀝青混凝土心墻壩填筑施工質(zhì)量的GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)該說碾壓質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)是一種較為成熟穩(wěn)定的技術(shù)，對于質(zhì)量控制有著積極的作用。

二、本工程系統(tǒng)的功能開發(fā)與實現(xiàn)

由于該電站地處柬埔寨，公用網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差、信號差；需結(jié)合本工程特點研發(fā)基于自主通信網(wǎng)絡(luò)的土壩填筑碾壓質(zhì)量數(shù)據(jù)實時采集技術(shù)；為大壩填筑碾壓質(zhì)量的全過程、精細(xì)化在線控制提供新的途徑。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)具體功能如下：

（1）動態(tài)監(jiān)測倉面碾壓機(jī)械運(yùn)行軌跡、運(yùn)行速度、振動狀態(tài)，并在大壩倉面施工數(shù)字地圖上可視化顯示。

（2）根據(jù)自動測量的施工數(shù)據(jù)，對大壩填筑過程進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)碾壓機(jī)械運(yùn)行速度、振動狀態(tài)等不達(dá)標(biāo)時，系統(tǒng)發(fā)送報警信息，以便及時指示返工或調(diào)整；

（3）在每倉施工結(jié)束后，輸出碾壓質(zhì)量圖形報表，包括碾壓軌跡圖、碾壓遍數(shù)圖、壓實厚度圖和壓實后高程圖等，作為倉面質(zhì)量驗收的輔助材料。

三、實時監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

土壩填筑碾壓質(zhì)量實時監(jiān)控的實現(xiàn)依托于幾個重要的組成部分，包括：監(jiān)控指揮中心、指揮中心機(jī)房、定位基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)傳輸中繼站、碾壓機(jī)械流動站等。詳細(xì)布置情況如下。

（一）監(jiān)控指揮中心

監(jiān)控指揮中心主要由通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、圖形工作站監(jiān)控終端和雙向?qū)χv機(jī)等組成；對現(xiàn)場碾壓設(shè)備超速、激振不達(dá)標(biāo)、碾壓軌跡走偏等進(jìn)行實時控制，實時監(jiān)控現(xiàn)場碾壓設(shè)備運(yùn)行情況。

（二）指揮中心機(jī)房建設(shè)

指揮中心機(jī)房土壩填筑碾壓質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，其主要包括服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、安全備份系統(tǒng)以及現(xiàn)場監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)等。

（三）GPS差分基準(zhǔn)站建設(shè)

GPS差分基準(zhǔn)站是整個監(jiān)測系統(tǒng)的“位置標(biāo)準(zhǔn)”。為了提高GPS接收機(jī)的計算精度，使用RTK（動態(tài)差分）技術(shù)，利用已知的基準(zhǔn)點坐標(biāo)來修正實時獲得的測量結(jié)果。考慮現(xiàn)場維護(hù)的便利性及時效性，數(shù)據(jù)傳輸中繼站與GPS差分基準(zhǔn)站合并建設(shè)。

（四）碾壓機(jī)械GPS監(jiān)控終端安裝

通過安裝在碾壓機(jī)械上的GPS接收機(jī)獲得土壩填筑施工過程中碾壓機(jī)位置、碾壓前后高程、行進(jìn)速度、碾壓遍數(shù)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過激振力監(jiān)測設(shè)備獲得碾壓機(jī)振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后將有效的觀測結(jié)果，通過DTU數(shù)據(jù)傳輸裝置連續(xù)、實時地（每1s一個數(shù)據(jù)）上傳至中心數(shù)據(jù)庫，供后續(xù)系統(tǒng)軟件進(jìn)行應(yīng)用分析。碾壓機(jī)械GPS監(jiān)控終端監(jiān)控精度可滿足如下要求：（1）平面坐標(biāo)精度：1～3 cm；（2）高程精度：2～4 cm；（3）1min定點采樣，測定高程（h）精度：0. 5～1 cm；（4）計算鋪層厚度的誤差小于規(guī)定鋪層厚度的10 %。

四、系統(tǒng)自主通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

根據(jù)大壩工程實踐經(jīng)驗，針對海量碾壓監(jiān)控信息傳輸技術(shù)，傳統(tǒng)通用分組無線服務(wù)（GPRS）網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)大部分地區(qū)均可滿足數(shù)字大壩實際需求，但在部分欠發(fā)達(dá)地區(qū)仍存在不太理想情況，因此需要建立獨立的數(shù)據(jù)傳輸方式。

（一）GPRS網(wǎng)絡(luò)測試

針對桑河二級水電站特殊的地理環(huán)境，在現(xiàn)場進(jìn)行了GPRS數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量測試。測試結(jié)果如下：施工現(xiàn)場僅有Metfone（通信運(yùn)營商）網(wǎng)絡(luò)；發(fā)送文字信息平均需5～7s，預(yù)計對系統(tǒng)的正常應(yīng)用具有較大的影響；在部分大壩基坑處，Metfone數(shù)據(jù)卡無法連接網(wǎng)絡(luò)，無法利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸實時信息。

（二）自主通訊網(wǎng)絡(luò)測試

在左岸土壩左壩肩到右壩肩3公里范圍內(nèi)進(jìn)行了自主網(wǎng)絡(luò)測試，結(jié)果表明數(shù)據(jù)傳輸效果良好，滿足系統(tǒng)要求。

（三）通信網(wǎng)絡(luò)實施確定

經(jīng)過對比分析，同時考慮到柬埔寨王國為欠發(fā)達(dá)地區(qū)，難以保證GPRS網(wǎng)絡(luò)能有效覆蓋整個工區(qū)，且難以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；通過設(shè)立自主通信網(wǎng)絡(luò)可有效避免以上種種不確定性問題，故采用了自主通訊網(wǎng)絡(luò)，可有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

五、實時監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

通過實時質(zhì)量控制系統(tǒng)的實施，增加了土壩填筑質(zhì)量監(jiān)控方式，能及時進(jìn)行包括壩面碾壓質(zhì)量參數(shù)（含行車軌跡、碾壓遍數(shù)、壓實高程和壓實厚度）的實時計算和分析；對于超標(biāo)值進(jìn)行及時預(yù)警處理。現(xiàn)場實施主要按照以下步驟進(jìn)行：

（1）確定施工倉面，進(jìn)行倉面劃分。

（2）設(shè)定監(jiān)控倉面的屬性，開始接收監(jiān)測信息。

（3）碾壓過程信息自動采集和實時發(fā)送。

（4）對超速、激振力不符合標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場及時進(jìn)行報警，在監(jiān)控指揮中心的監(jiān)控終端的計算機(jī)上，同時報警信息。

（5）監(jiān)控指揮中心實時計算和監(jiān)控施工質(zhì)量參數(shù)。

（6）對碾壓遍數(shù)、壓實厚度進(jìn)行結(jié)果控制。

（7）倉面單元施工結(jié)束時，輸出監(jiān)控結(jié)果，作為質(zhì)量驗收的材料。

（8）將施工倉面的監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，供后續(xù)查詢和分析。

結(jié)語

通過土壩填筑碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的實施情況表明，各碾壓參數(shù)監(jiān)控指標(biāo)控制較好，碾壓質(zhì)量控制效果明顯，做到大壩填筑規(guī)范化施工，達(dá)到本項目預(yù)期目標(biāo)。

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