重建工程自动化管理系统安全监测研究

陈婉珍 苏新程

摘 要：金鸡拦河闸为大型水闸，原闸从1965年动工，1967年正式放水，用于灌溉原晋江、泉州及南安县（市）农田，在运行40年后，于2003年对金鸡拦河闸进行安全鉴定，确认为Ⅲ类闸。由于金鸡拦河闸担负着地区重要经济活动任务，故决定对其展开重建工作，确保未来可以持续运行。文章对金鸡拦河闸重建工程自动化管理系统安全监测效果进行讨论，以供相关人员参考。

关键词：自动化;管理系统;安全监测

中图分类号：TV6;TP2文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.047

1 安全检测系统结构设计

1.1 安全监测子系统设计与施工情况

从2005年开始，安全检测设备及施工队伍进驻施工现场，并在2007年4月底完成对所有项目和设备仪器的埋设工作，并于2007年5月开始试运行，最终在2007年12月底完成验收。金鸡拦河闸闸室共有15个孔，按照从左到右的次序分别为1#=15#，共分为9个伸缩段，8条伸缩缝[1]。

在闸室共有9个渗流观测断面，其分别位于1#及15#孔缝墩、8#孔右测缝墩及其余中墩上，每条纵断面设5个渗压计，共设45个渗压计。

闸室底板内部温度监测断面共有6个，每个断面都安装有5支温度计，共设有30支地板内部测温计。

在两岸翼墙分别设2个观测断面，完成土压力计28个、侧向渗压计28个。

1.2 子系统监测设备选择

1.2.1 渗压计

在项目中使用到Geokon-4500s型渗压力计，通过测量渗压计承受的水头，以及设备高程，计算获取该处的扬压力水位数值，计算公式为：

H=0.70432×[G×（R0-R1）+K×（T1-T0）]+H0        （公式1）

在公式中，G、K表示为灵敏度、温度系数。

1.2.2 测缝计

单向测缝计的型号是CF-25，在设计中将3支测缝计组装成为1组三向测缝计。其中，X和Y表示在闸墩7 m下游平台上，Z则是位于同高程竖直面，具体安装成果如图1所示。

测缝计用PSM-R电阻比检测仪测量，第一个测值为电阻，第二个测值为电阻比。根据每只仪器的参数及安装初始值，就可以計算得到坝体接缝的变形成果，其计算方法如下：

J=f 'Δz+bΔT                                                         （公式2）

其中，J、f '分别是指缝的开合度和测缝的修正最小读数。

1.2.3 土压力计

土压力计选择的型号为YUB-4，其计算方法如下：

p=f 'Δz+bΔT                                                         （公式3）

其中，p、f '分别是指压力、土压力计的修正最小读数。

1.2.4 温度计

项目温度计选择为DW-1，其计算公式：

T=α（R-R0' ）                                                          （公式4）

其中，T、R分别是指温度和实测仪器电阻数值。

1.2.5 引张线仪与垂线坐标仪

在项目施工中，需要使用到引张线仪与垂线坐标仪。这是因为在数据采集前需要测量与坝体固定在一起的两个基准杆间的长度，可将其默认为基准长度。这是一个固定不变的数值，用于判断仪器监测能否正常运行。

根据基准长度统计数据表，可以发现10台引张线仪及2台垂线坐标仪的均方差的平均值为0.08，满足《混凝土大坝安全监测技术规范》规定范围要求。这表明，引张线仪在整个量程范围之内基本满足规范要求的测量精度，因而可以精准反映出大坝的变形规律[2]。

2 重建工程自动化管理系统安全检测效果分析

2.1 基础资料

金鸡拦河闸重建工程基础资料，记录的是从2006年1月到2008年4月的资料。其中，2007年7月前，均是使用便携式检测仪进行现场人工监测，后改为自动化监测数据。根据观测资料显示，数据呈现出连续且稳定的变化，表明数据是可信的。

2.2 下闸蓄水试运行监测数据分析

为了更好地了解金鸡拦河闸重建工程真实蓄水时，坝基渗透压力的数值情况，了解并掌握闸坝运行情况，2007年4月，金鸡拦河闸管理处与工程监理部，联合对金鸡拦河闸重建工程下闸蓄水进行试验观测。

2.2.1 闸基渗透水压

闸基渗透水压力监测共有9个观测段面，每个观测段面设5个测点，共计45个测点，如图2所示。

根据统计表可以知道，闸基扬压力观测过程线上看，渗透水位受上游库水位影响较大，库水位上升，坝基渗透水压力也上升。

2.2.2 闸体接缝

蓄水前后，后启孔坝段间接缝基本没有变化，先启孔略有变化，最大变化为0.6 mm，发生在C8-Z处，沿坝轴线方向张开最大0.26 mm;整体坝段间接缝处变化相对较小，下闸蓄水对于坝段间接缝开合影响并不是很大。

2.2.3 左右岸翼墙绕渗和土压力

下闸蓄水后，左右岸翼墙后的水压数值有所增大，从0.8 m高程沿着水流方向从上游至下游，左岸翼墙水压力从原有的2.8 m减小至1.4 m，平均为2.1 m水头，呈现出从上游到下游依次减少的趋势，在4m处的水压数值增加幅度不大，均为0.2 m。

下闸蓄水后，右岸0.8 m高程土壓力平均增加1.3 m，4 m高程处土压力增加不大，平均为0.02 m;左岸0.8 m高程土压力平均增加1.3 m，4 m高程处土压力增加不大，平均为0.002 m;整体来看，左右岸翼墙土压力变化基本相同。

2.2.4 混凝土温度

下闸蓄水后，闸墩混凝土内部（▽-2.0/-1.0 m）温度基本没有变化，大都维持在20.5 ℃左右;坝基础（▽-3.5/-2.5 m）温度为18.1 ℃左右，蓄水坝基温度降低1 ℃左右。

2.3 运行期间数据分析

2.3.1 闸基渗透水压力

根据闸基扬压力观测过程线可以发现，渗透水位随上、下游水位影响较大，上、下游水位上升，坝基渗透水压力也上升。再对单个扬压力监测断面，可以发现基础扬压力从上游到下游逐步降低，混凝土防渗墙效果明显。

2.3.2 闸体接缝

在项目中，闸体共有8条结构缝，分别位于2#、4#、6#、8#、9#、11#、13#、15#这8个闸墩上。在这些闸墩上，共安装了24支测缝计，分别测量缝墩3个方向的变形量。根据观测数据发现，各个坝段分缝相对稳定，且坝段之间接缝变化较小，最大在1 mm左右。接缝变形主要发生在仪器安装完成后的4个月内，到目前为止，变形基本稳定，趋势性变化很小。

2.3.3 闸体水平位移及沉降

闸体位移观测，采用的是倒垂线与引张线相结合的方法，从左右岸边墩的倒垂线观测成果看，沿坝轴线方向的变形比顺水流方向的变形要大，两者的年变幅（2007年7月～2008年5月）分别为12.5 mm、11.7 mm;边墩在气温较低的1月～2月向两岸变形到最大值，在气温较高的7月～8月向河床变形到最大值。

从引张线测点的观测成果看，大坝变形主要受气温响，呈年周期变化。从2007年8月30日以来，随着气温的降低，大坝逐步向下游变形（正方向），总体表现为河床中部坝段变形量大，两岸变形量小;从2008年2月中旬开始，随着气温的升高，大坝逐步向上游变形（负方向）[3]。

3 结语

根据对监测数据的分析来看，重建后的安全监测系统中所使用的引张线和静力水准等设备可以投入1年使用，具体数据对比结果如下：

根据观测结果，检测仪器在运行期间呈现出连续稳定、有规律的变化趋势，证明监测数据是可信的;当下闸蓄水后，基础扬压力从上游开始逐渐下降，混凝土防渗墙表现出良好的效果，且扬压力以横向与纵向方向并未出现异常。

坝段间接缝开合度变化并不明显，其最大的开和距离在1 mm，再对9#闸墩处两台引张线仪及测缝计的观测成果表面进行分析，顺着束流方向并未出现变形。

受到自然气候的影响，左右边墩变形规律保持一致，左右岸防方向年均变形幅度范围在11 mm～12 mm，顺着水流防线变形范围在3 mm;同样，自然问题会影响到大坝水流方向的水平位移，并以年周期的方式变化，幅度范围在5 mm左右。

参考文献

[1] 李皓，方文杰.大中型水闸运行管理现状与对策建议[J].工程技术研究，2021，6（5）：181-182.

[2] 杨银河.探析水闸运行中的安全管理对策[J].工程建设与设计，2020（24）：234-235.

[3] 王勇.浅谈水闸的安全管理[J].治淮，2020（8）：44-45.