发布时间：2009-08-11 13:17:25
| 水库大坝表面变形自动化监测新技术 | |
| 双击自动滚屏 | 发布者：admin 发布时间：2009-08-09 22:55:17 阅读：1次 【字体：大 中 小】 |
水库大坝表面变形自动化监测新技术徐忠阳
（索佳公司北京代表处）
一、引言
有关资料标明，我国河川年径流量总量约2780Gm3，水能资源十分丰富，其中理论蕴藏量为676GW，可开发为378GW，为***位。为了充分利用这些水利和水能资源，***刚成立时，***就十分注意兴修水利，造福人类，到目前已建水库堤坝约8.7万座，其中绝大部分（约8万座）建于20世纪50～70年代。但是，由于历史原因，有相当部分水库堤坝未按基本程序办事，是靠***建造的，因此存在工程质量差、安全隐患多的问题。经过几十年的运行，已经到了病险高发期。
水利工程即可以造福人类，如管理不善也会给社会带来惨重灾难和巨大的经济损失。历***因水库溃坝给下游造成的毁灭性灾难并不鲜见。因此加强水库大坝的安全管理必不可少，其中大坝变形监测就是大坝安全管理的重要内容之一。
二、目前水库大坝变形监测的主要技术手段
目前，在大坝安全监测技术规范中，主要有《土石坝安全监测技术规范》和《混泥土坝安全监测技术规范》。
1、土石坝安全监测技术简介
在《土石坝安全监测技术规范》中，把大坝的变形监测内容分为：表面变形、内部变形、裂缝及接缝、混泥土面板变形及岸坡位移。
大坝表面变形监测主要分为竖向位移监测和水平位移监测。
（1）竖向位移监测的方法主要是精密水准法，或连通管（静力水准）法；
（2）水平位移又分为横向（垂直坝轴线）位移和纵向（平行于坝轴线）位移。
a.横向位移的监测方法主要是视准线法（活动标法、小角法、大气激光准直法等）；有必要且有条件时，可用三角网前方交会法观测增设工作基点（或位移测点）的横向水平位移。
b.纵向水平位移观测，一般用因钢尺测量，或用普通钢尺加改正系数，有条件时可用光电测距仪测量。
（3）混泥土面板变形及岸坡位移监测的技术方法与大坝表面变形监测基本相同。
2、混泥土坝安全监测技术简介
《混泥土坝安全监测技术规范》规定：变形监测项目主要有坝体变形、裂缝、接缝以及坝基变形、滑坡体及高边坡的位移等。
（1）坝体、坝基、滑坡体及高边坡的水平位移监测
a.重力坝或支墩坝坝体和坝基水平位移一般采用引张线法、真空激光准直法和垂线法监测。对于短坝，条件有利时也可用视准线法或大气激光准直法。
b.拱坝坝体和坝基水平位移宜采用垂线监测。若交会边长较短、交会角较好，坝体水平位移可采用测边或测角交会法监测。
c.近坝区岩体、高边坡和滑坡体的水平位移，采用边角网、视准线法和交会法监测。
d.观测近坝区岩体、高边坡或滑坡体的水平位移时，基准点和工作基点应尽量组成边角网。
（2）坝体、坝基、滑坡体及高边坡的垂直位移监测
a.坝体、坝基的垂直位移监测，一般用精密水准法、连通管法（即流体静力水准法）和真空激光系统
b.滑坡体及高边坡的垂直位移监测，一般用精密水准法，也可用三角高程法测定。
3、大坝内部变形监测自动化技术简介
（1）大坝水平位移监测
传统的大坝水平位移监测通常采用经纬仪三角测量或视准测量的方法。因混泥土大坝的变形量相对较小，监测精度要求较高，因此近一、二十年来，传统方法逐渐被垂线、引张线所取代，并在人工观测的基础上向自动化方向发展。现在使用较多的是步进电机式、光电式、感应式和激光等自动遥测传感器设备。
（2）大坝垂直位移监测
大坝垂直位移监测通常采用人工的光学水准测量方法。近年来为了满足大坝管理部门自动化遥测的需求，出现了静力水准遥测技术。我国研制的差动变压器式和电容式等静力水准装置在许多大坝中得到了应用。
三、大坝表面变形自动化监测新技术
在中国，绝大多数的水库大坝为土石坝（约占90%）。一般来讲，土石坝的变形量相对较大，对变形监测的精度也相对较低，而引张线、垂线和静力水准等方法的量程有限。因此在土石坝的表面变形监测中，大都继续采用视准线法（活动标法、小角法）和人工水准测量法进行水平位移和垂直位移监测。这些方法原理相对简单，设备费用也较低，但都不是自动化监测。
对于中、大型的混泥土大坝，在坝区较大范围内还需建立平面和高程监测基准网；部分拱坝坝体、滑坡体及高边坡等位移点仍大都采用边、角交会实现平面位移监测，采用三角高程实现垂直位移监测。这些方面也正是混泥土大坝实现***自动化监测的瓶颈。
随着自动化全站仪（测量机器人）、GPS、计算机软件和通信技术的发展，突破大坝（特别是土石坝）表面变形监测自动化的技术手段已成为可能。如目前市场上比较流行的“流动式半自动化变形监测系统”和“固定式全自动化变形监测系统”。
1、流动式半自动变形监测系统
流动式半自动化变形监测系统一方面可用于基点和工作基点三角网的边角观测；另一方面还可在基点或工作基点上对变形点进行边角交会测量。由于自动化全站仪在机载软件的控制下，可实现对棱镜目标的自动识别与照准，因此测站工作实现了自动化观测、记录与限差检核。但因多站观测，需要人工在有关的网点（基点或工作基点）之间搬动仪器。因此，此系统应用的特点是监测方案传统成熟，但使用的设备是现代化的。该系统的软硬件主要配置如下：
（1）硬件配置：
1台NET05或NET1自动化全站仪、若干单棱镜组（根据监测点位数量而定）及其它附件
（2）软件配置：
a.NET05、NET1全站仪机载软件，或PDA、PC机版***软件，用于变形监测过程中的基准网点、位移监测点的自动化观测。软件功能满足中国现行规范的要求。
b.在PC机上运行的变形监测网后处理平差软件。主要用于测前基准网的精度估计、测后的观测数据平差处理、基点（工作基点）的稳定性分析、变形监测点的变形计算与分析等。
流动式半自动化变形监测系统方案成熟，设备***，已在国内许多大型水电大坝的变形监测中发挥了很好的作用。
2、固定式全自动变形监测系统
与流动式监测系统不同，固定式监测系统的***大特点是测量设备（NET05、NET1等自动化全站仪）固定在基点（工作基点）或位移监测点上，需要时建有防护作用的观测房；测量设备通过通信系统与远方的控制计算机相联，在计算机软件的控制下实现远程监控化的全自动化变形监测。
 如上图所示，固定式全自动变形监测系统的主要配置为：
（1）硬件配置：1台或多台监测设备（主要是自动化全站仪）、若干单棱镜组（根据监测点位数量而定）及其它附件、监测仪器供电设备、监测仪器与计算机的远程数据通信设备、监测设备观测站房等。
（2）软件配置：
AutoMoS变形自动化监测软件。主要功能为配置管理NET05/NET1自动化全站仪等测量设备，实现限差检核，系统运行消息输出，变形量分析等。
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