數字智能化監控系統在阿爾塔什大壩工程質量管理中的應用

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

傳統施工質量管理依賴于從業人員的專業素養與責任，近些年造成大壩建設中出現混凝土裂縫、壩料碾壓不密實、灌漿不合格等質量問題的一個很重要原因就是信息不暢所導致的措施與管理不到位，信息獲取不及時、不準確、不真實、不系統。阿爾塔什水利樞紐工程施工，應用并建立全面感知、真實分析、實時控制的大壩智能化監控系統，采用信息化、數字化、智能化手段對施工質量進行全面監控，實現智能溫控、數字大壩、數字灌漿等質量管理目標，確保監測、控制與預警信息的及時、準確、真實、系統，以監控管理的智能化促進施工的精細化，對保證工程質量非常必要。

1 阿爾塔什水利樞紐工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河流域內最大的控制性山區水庫工程，攔河壩壩型為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩軸線全長795m，正常蓄水位1820.00m，設計洪水位1821.62m，校核洪水位1823.69m，最大壩高164.80m，電站裝機容量755MW，水庫總庫容22.49億m3。阿爾塔什水利樞紐工程是一座集生態供水、防洪、灌溉、發電等任務于一體的大(1)型Ⅰ等水利樞紐工程。

2 阿爾塔什水利樞紐工程特殊性分析

阿爾塔什水利樞紐工程是塔里木河主要源流之一的葉爾羌河流域內最大的控制性山區水庫工程，也是新疆目前在建的最大水利工程。工程因其在設計和施工方面“三高一深”的技術難題，被稱為“新疆的三峽工程”。由于工程地處新疆，具有獨特的區位特點和施工難點。

阿爾塔什水利樞紐工程壩基為深厚覆蓋層，河床鉆孔揭露最深達93.9m；大壩壩體與深厚覆蓋層復合高度超過257m。地震烈度高，大壩抗震設計烈度為9度。大壩右岸壩肩為高陡邊坡，邊坡處理及加固高度超過610m，其中1845.00m高程以下坡度陡峭，1845.00m高程以上邊坡近直立，施工難度大。大壩施工體量大，其中壩體填筑工程總量約2500萬m3，面板混凝土澆筑工程量約12萬m3，面板總表面積約18萬m2。大壩上游壩坡比1∶1.7，下游壩坡比1∶1.6，較常規混凝土面板壩上游壩坡緩，增加了纖維抗裂混凝土的流動性和施工性能等方面難度。兩岸基巖裸露，為橫向谷，兩岸地形不對稱，右岸邊坡高陡，自然坡度55°～80°，局部近直立，左岸自然坡度35°～40°，最大坡高426m。不對稱河谷也增加了壩體變形協調控制方面的難度。

3 阿爾塔什大壩工程智能化監控系統的建立

阿爾塔什水利樞紐大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，受技術難度、地質條件及施工技術水平的限制，大壩面板混凝土的溫控、壩料碾壓、灌漿等施工方面容易出現質量控制盲區。為有效控制施工質量，采用信息化、數字化、智能化手段對施工質量進行全面監控非常必要。

阿爾塔什水利樞紐施工期智能化監控系統是結合工程實際建立的一套智能化監控系統，該系統包含6個子系統：大壩混凝土溫度智能監控系統、數字化碾壓質量監控系統、壩料加水監控系統、大壩施工單元評定系統、灌漿質量自動化監控系統、安全監測系統，見圖1。

圖1 阿爾塔什數控指揮中心

3.1 大壩面板混凝土溫度智能監控

結合阿爾塔什大壩工程的特點及大體積混凝土溫控防裂要求，建立阿爾塔什混凝土面板澆筑施工期溫控防裂智能監控系統。該系統運用自動化監測技術、GPS定位技術、無線傳輸技術、網絡與數據庫技術、信息挖掘技術、數值仿真技術和自動控制技術，實現溫控信息實時采集和傳輸、溫控信息自動管理及自動評價、溫度應力自動分析、開裂風險實時預警、溫控防裂實時反饋控制，子系統功能劃分見圖2。

圖2 混凝土智能溫控監測系統框架圖

3.2 大壩填筑數字化碾壓質量監控

通過在碾壓車輛上安裝集成高精度北斗定位系統的監測設備裝置，基于GPS、GPRS 和 PDA技術，實現碾壓遍數、碾壓軌跡、行車速度、激振力、壓實厚度等碾壓參數的全過程在線實時監控，采用適合于連續碾壓質量控制要求的壓實質量實時評估指標值，動態監測和評估大壩壓實效果，并根據壩料壓實情況填寫單元碾壓報表，實現遠程監控和反饋指導施工，智能化監控系統操作界面見圖3。

圖3 大壩填筑施工過程智能化監控系統操作界面

3.3 壩料自動加水管控

混凝土面板砂礫石堆石壩施工中絕大多數壩料需全部加水碾壓，大壩施工中每道工序必須嚴格遵守施工規范。運料車輛上壩加水作為壩料填筑施工工序之一,對施工質量有直接影響。為滿足對運料車輛上壩加水量的控制需求,阿爾塔什水利樞紐采用自動加水控制管理系統。自動加水控制管理系統通過現場客戶端、服務器端、瀏覽器客戶端三個子系統的合理配置,協調運作,保證加水量的準確,從而保證工程質量。現場客戶端位于施工現場,通過合理選擇相關設備，優化的程序邏輯,準確高效的數據傳輸，及時有效的預警信息,獲得第一手加水數據,并將數據傳送至服務器端。服務器端負責接收數據,并將數據解析為可識別狀態并存儲于數據中心。對于異常數據執行警告操作,同時向現場客戶端發送配置信息,起到橋梁作用。瀏覽器客戶端則負責數據的顯示及統計,同時提供用戶配置接口,方便用戶操作。

3.4 大壩施工單元評定

大壩填筑工程單元評定資料多而繁瑣，為更好地反映現場實際施工情況，阿爾塔什大壩填筑使用線上施工單元評定系統。單元評定系統由PC與移動PAD結合使用，見圖4。PC主要用于新建單元評定表，提交監理審核，單元評定數量及優良率統計，打印已評定完成的單元。移動PAD主要用于結合現場實際情況對新建單元評定表內容進行填寫，系統自評，施工單位質檢人員簽字并拍照提交，監理單位驗收人審核簽字并拍照，單元驗收完成。移動PAD填寫評定資料時可添加視頻、音頻、照片等附件。

圖4 阿爾塔什水利樞紐工程建設管理信息化平臺

3.5 灌漿質量自動化監控

灌漿成為各類基礎與地基加固和防滲的重要技術手段,尤其是對于水工建筑物基礎與地基。灌漿施工是一項隱蔽性工作,其施工質量和效果難以直觀地檢查,常常需要借助于對施工過程參數的分析來評定。目前,國內大部分灌漿工程仍采用人工操作方法，一些參數的取得基本上由操作者自行量測和記錄。由于操作人員質量意識參差不齊,使用量測方法的準確性也較差,使得這些參數的準確性差別很大,會誤導施工質量和效果的檢查,嚴重時會影響工程質量,造成不必要的損失和危害。因此,改善和發展灌漿技術是當前灌漿工作中極為重要的一項任務。阿爾塔什水利樞紐大壩工程使用灌漿自動記錄儀以壓力傳感器測量噴灌壓力、以流量計計量噴灌流量，以微型計算機系統對傳感器信號進行采集、分析、數據處理，并且控制打印機打印施工過程數據。該技術在帷幕灌漿、固結灌漿、預應力孔道灌漿等系列工藝灌漿中已得到廣泛應用。

3.6 大壩安全監測系統

水利工程安全監測是保證水工建筑物安全的重要技術措施,是掌握大壩性狀變化和安全狀態的主要手段。安全監測是對建筑物的運行安全負責,同時也是對人民群眾的生命財產安全負責。阿爾塔什水利樞紐大壩工程使用滲壓計、水管式沉降儀、液壓式沉降儀、引張線水平位移計、錨索測力計、鋼筋計、雙向應變計、無應力計、SAA 陣列式位移計、土壓力計、基礎沉降儀等對大壩整體安全進行監測，全天候采集監測數據，并及時進行資料整編與分析。

4 結 語

阿爾塔什水利樞紐工程，實現了對大壩建設全過程面板混凝土溫度信息、碾壓質量、大壩填筑單元評定情況和變形監測等信息的智能采集、統一集成、實時分析與智能監控；實現了施工質量等各類監控數據的自動獲取，確保了數據的實時、有效、準確和完整，有效解決了現場監控模式的不及時、不準確、不真實、不系統問題；實現了大壩混凝土施工的自動管理與評價，確保混凝土施工全過程的可知、可控、可調，達到防止危害性裂縫發生的目的；實現了大壩填筑施工全環節的智能化監控，提高了工程管理效率，為施工質量提供了可靠保障；為現場應急決策提供了可操作、可展示的智能化監控平臺，實現了施工現場各類資料的直觀展示，為建設決策提供了依據；為工程的資料管理和驗收提供了數字化檔案服務。

數字智能化監控系統的全方位應用實現了水利工程的創新化管理，為打造優質精品樣板工程提供了有力保障，為工程安全鑒定、竣工驗收以及今后的長期運行安全管理提供了支撐平臺，已成為目前阿爾塔什大壩工程實施質量管理不可或缺的智能化設施。