大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)

1、大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)水利部南京水利水文自動化研究所目錄1 安全監(jiān)測的重要性及失事舉例2 安全監(jiān)測的設(shè)計(jì) 2.1混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計(jì) 2.1.1 變形監(jiān)測滲流監(jiān)測 2.1.3 內(nèi)部監(jiān)測 2.2 土石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì) 2.2.1 滲流監(jiān)測變形監(jiān)測3 觀測儀器 3.1 垂線坐標(biāo)儀、引張線儀 3.2 差阻式儀器4 自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 安全監(jiān)測的重要性及失事舉例大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性不均勻的地基上，在各種荷載的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時都在變化。如果出現(xiàn)異常，又不被及時發(fā)現(xiàn)，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。國內(nèi)外大壩失事的實(shí)例不少。1975年8月暴雨洪水導(dǎo)致板橋水庫和石漫灘水庫失事，造

2、成大面積水災(zāi)和人員傷亡，京廣線也被局部沖毀，損失巨大。1993年8月27日溝后水庫失事，造成水庫下游13km處的恰卜恰鎮(zhèn)500人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失1.53億元。如果事先運(yùn)用有效的觀測手段對這些工程進(jìn)行監(jiān)測，就能及時發(fā)現(xiàn)問題，采取有效的工程措施，就能避免災(zāi)難。1962年安徽梅山連拱壩右岸基巖發(fā)現(xiàn)大量漏水，右岸13#垛垂線坐標(biāo)儀，觀測三天內(nèi)向左岸傾斜57.2mm，向下游位移了9.4mm，且右岸各垛陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大裂縫，經(jīng)過分析是右岸基巖發(fā)生錯動。在垂線坐標(biāo)儀監(jiān)測下放空水庫進(jìn)行加固處理，避免了一場潰壩事故。1985年6月12日在長江三峽的新灘，發(fā)生大滑坡，2000萬m3堆積體連帶新灘古鎮(zhèn)一起滑入江中?？墒?/p>

3、險區(qū)居民全部提前安全撤出，無一傷亡，這全靠安全監(jiān)測所作出的準(zhǔn)確預(yù)報。大壩失事的原因是多方面的，從世界上300多座大壩失事的原因分析，認(rèn)為35%是泄洪能力不足，在勘測、設(shè)計(jì)中洪水計(jì)算和防洪能力方面存在問題，大部分失事是洪水以外的工程原因，有一個量變到質(zhì)變的過程，可以用監(jiān)測方法及早發(fā)現(xiàn)的。為了保證大壩、下游人民生命財產(chǎn)的安全及社會的安定，我們國家對水庫大壩的安全制定了相應(yīng)的法律法規(guī)及規(guī)范，來加強(qiáng)水庫大壩運(yùn)行期的安全管理。l 土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL60-94）l 混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(SDJ336-89)，能源部,水利部,1989年l 混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(DL/T 5178-2003

4、)，國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易位員會l 水庫大壩安全管理?xiàng)l例，國務(wù)院，1991年l 水電站大壩安全管理辦法，電力工業(yè)部，1997年l 水電站大壩安全監(jiān)測工作管理規(guī)定，電力工業(yè)部，1997年l 大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（SL268-2001），水利部，2001年2 大壩安全監(jiān)測的設(shè)計(jì)巖土工程的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)應(yīng)該看成整個工程設(shè)計(jì)的一個重要組成部分，根據(jù)建筑物的等級確定監(jiān)測項(xiàng)目，監(jiān)測設(shè)計(jì)必須與所有其他工程設(shè)計(jì)一樣統(tǒng)一安排。監(jiān)測設(shè)計(jì)貫穿于工程設(shè)計(jì)、施工以及整個工程壽命期內(nèi)，合理的監(jiān)測設(shè)計(jì)可以獲得作為工程安全狀況的正確評估，還可以改進(jìn)大壩的設(shè)計(jì)、指導(dǎo)大壩的施工，使未來的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行更合理、更安全。大壩

5、安全監(jiān)測工作一般分以下幾個階段：l 可行性研究階段。應(yīng)提出監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、觀測項(xiàng)目及其所需要的儀器設(shè)備的數(shù)量和投資估算（一般約占主體建筑物總投資的13%）。l 初步設(shè)計(jì)階段。應(yīng)優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、測點(diǎn)布置、觀測設(shè)備及儀器的數(shù)量和投資概算。l 招投標(biāo)設(shè)計(jì)階段。應(yīng)提出觀測儀器設(shè)備的清單、各主要觀測項(xiàng)目及測次；各觀測設(shè)施安裝技術(shù)要求和投資預(yù)算。l 施工階段。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，提出施工詳圖。承包商應(yīng)編制施工規(guī)程，做好儀器設(shè)備的安裝、埋設(shè)、調(diào)試和保護(hù)、電纜走線、施工期觀測及施工期觀測資料分析，及時指導(dǎo)大壩施工，并應(yīng)保證觀測設(shè)施的完好率及觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確、完整。工程竣工時，應(yīng)

6、將觀測設(shè)施和竣工圖、埋設(shè)記錄、施工期觀測記錄、以及整理分析等全部資料匯編成正式文件，移交管理單位。l 正常運(yùn)行階段。應(yīng)根據(jù)正常運(yùn)行階段的監(jiān)測設(shè)計(jì)，進(jìn)行正常的合特殊巡視檢查與觀測。對監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)施進(jìn)行檢查、維護(hù)、校驗(yàn)、更新、完善，定期委托科研院所等專業(yè)機(jī)構(gòu)對監(jiān)測資料進(jìn)行整編、分析、作出工程性態(tài)評價，提出監(jiān)測報告和安全預(yù)報意見。2.1 混凝土壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（DL/T5178-2003）中按照大壩的級別對各個監(jiān)測項(xiàng)目的設(shè)定有明確的規(guī)定(見附表1)，對新建大壩各個觀測項(xiàng)目規(guī)定了觀測周期。各個監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)該相互協(xié)調(diào)和同步，變形監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測和應(yīng)力應(yīng)變溫度等監(jiān)測儀器儀器宜在同一

7、重要觀測壩段上布置，以便相互校核和補(bǔ)充。觀測斷面的選擇和觀測儀器的布置應(yīng)該根據(jù)工程規(guī)模、建筑物等級、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及監(jiān)測目的確定。儀器布置應(yīng)該選擇有代表性的壩段進(jìn)行，所謂有代表性的壩段，一般指最大壩高壩段或觀測成果易于與設(shè)計(jì)比較的壩段。當(dāng)?shù)鼗嬖诘刭|(zhì)問題時，如軟弱夾層、泥化夾層，監(jiān)測重點(diǎn)應(yīng)是基礎(chǔ)和與基礎(chǔ)結(jié)合的混凝土壩內(nèi)的壩踵、壩址部位。重力壩可以選取溢流壩段或非溢流壩段作為重點(diǎn)觀測壩段，對地質(zhì)復(fù)雜的工程可增設(shè)一個壩段，作為次要觀測壩段,其他作為一般觀測壩段；拱壩擬選擇拱冠梁和拱座作為重點(diǎn)觀測壩段，對于高拱壩還可以在1/4拱、3/4拱處各選擇一個壩段作為次要觀測壩段；對于支墩壩一般選擇一個壩高較大的支

8、墩作為重點(diǎn)觀測壩段，對于重要和基礎(chǔ)地質(zhì)情況復(fù)雜的工程，可以增設(shè)觀測壩段，并作為次要觀測壩段，其他作為一般觀測壩段。2.1.1 變形監(jiān)測混凝土壩的變形監(jiān)測項(xiàng)目主要有壩體變形、接縫、裂縫，以及壩基變形、滑坡體和高邊坡的位移等。在混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了各個監(jiān)測量的精度要求和符號約定，各個項(xiàng)目測量時應(yīng)該盡量同步。2 變形監(jiān)測的精度和符號l 變形監(jiān)測的精度一般按照表1要求。l 變形量的正負(fù)號遵守如下規(guī)定 1 水平位移：向下游為正，向左岸為正，反之為負(fù)。 2 垂直位移：下沉為正，上升為負(fù)。 3 傾斜：向下游轉(zhuǎn)動為正，向左岸轉(zhuǎn)動為正，反之為負(fù)。 4 接縫和裂縫開合度：張開為正，閉合為負(fù)。 5 高

9、邊坡和滑坡體位移：向下滑為正，向左為正，反之為負(fù)。表1 變形監(jiān)測的精度項(xiàng) 目位移量中誤差限值水平位移(mm)壩頂重力壩支墩壩±1.0拱壩徑向±2.0切向±1.0壩基重力壩支墩壩±0.3拱壩徑向±0.3切向±0.3壩體垂直位移(mm)壩頂±1.0壩基±0.3傾斜()壩體±5.0壩基±1.0壩體表面接縫和裂縫(mm)±0.2近壩區(qū)巖體和高邊坡(mm)水平位移±2.0垂直位移±2.0滑坡體(mm)水平位移±3.0（巖質(zhì)邊坡）±5.0(土質(zhì)邊坡)垂直位移

10、±3.0裂縫±1.02.1.1.2 水平變形監(jiān)測的設(shè)計(jì)1水平位移變形監(jiān)測方式選擇和測點(diǎn)的布置順?biāo)鞣较蚝痛怪眽屋S線方向的水平位移，可以用垂線引張線或視準(zhǔn)線方式觀測。垂線直線引張線方式配置適當(dāng)?shù)淖詣踊瘻y量儀器就可實(shí)現(xiàn)自動化測量，并且可以和人工觀測并存。視準(zhǔn)線方式一般用于人工觀測。直形重力壩或支墩壩壩體和壩基水平位移宜采用垂線引張線方式觀測，引張線可以分段布置，分段中間要設(shè)垂線。如果壩體較短，條件有利，壩體水平位移可采用視準(zhǔn)線法觀測。拱壩壩體和壩基水平位移宜采用導(dǎo)線法觀測，如果條件允許，也可以用垂線方式測量水平位移。拱壩和高重力壩近壩區(qū)巖體水平位移，應(yīng)布設(shè)邊角網(wǎng)，監(jiān)測巖體的變形

11、。水工建筑物位移標(biāo)點(diǎn)的布置，應(yīng)該根據(jù)建筑物的重要性、規(guī)模、施工、地質(zhì)情況以及采用的觀測方法而定，以能全面掌握建筑物及基礎(chǔ)的變形狀態(tài)為原則。通常垂直位移與水平位移標(biāo)點(diǎn)設(shè)在同一觀測墩上。垂線測點(diǎn)的設(shè)置，首先應(yīng)該選擇地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段，其次是最高壩段和其他有代表性壩段。拱壩的拱冠和拱座應(yīng)設(shè)置垂線，較長的拱壩還應(yīng)在1/4拱和3/4拱處設(shè)置垂線，各高程廊道與垂線相交處應(yīng)設(shè)置垂線觀測點(diǎn)。水平位移測點(diǎn)，應(yīng)盡量在壩頂和基礎(chǔ)廊道設(shè)置。高壩還應(yīng)該在中間高程廊道設(shè)置測點(diǎn)，每個壩段宜設(shè)置一個測點(diǎn)。2 工程實(shí)例倒垂線正垂線圖1 典型正、倒垂線布置垂線測點(diǎn)3 垂線的設(shè)計(jì)垂線測量的是壩體順?biāo)鞣较蚣按怪彼鞣较虻膲误w水平

12、位移，有正垂線、倒垂線之分。正垂線就是在建筑物頂上懸掛鋼絲，在基礎(chǔ)廊道內(nèi)設(shè)掛重及垂線測點(diǎn)，利用倒垂線可以測量壩頂?shù)交A(chǔ)廊道的相對位移，設(shè)備簡單，安裝方便。倒垂線是指從壩頂或壩體基礎(chǔ)廊道鉆孔到壩基相對不動點(diǎn)，將鋼絲錨固在孔底，在壩頂或基礎(chǔ)廊道設(shè)浮桶及垂線測點(diǎn)，利用正垂線可以測量壩頂或基礎(chǔ)廊道的絕對位移。垂線的中部壩體廊道內(nèi)也可以設(shè)垂線測點(diǎn)。垂線長度不宜大于50米，否則垂線容易受空氣對流而震動，不易回到平衡位置，造成測量誤差。正倒垂結(jié)合時宜在同一個觀測墩上銜接，否則正倒垂之間的壩體變形應(yīng)設(shè)因瓦尺或量具儀觀測。u 正垂線設(shè)計(jì)正垂線重錘應(yīng)設(shè)止動片，阻尼箱內(nèi)應(yīng)裝防銹、粘性小的抗凍液體，其內(nèi)徑和高度應(yīng)該比

13、重錘直徑和高度大1020cm。重錘重量一般按下式確定：W>20(1+0.02L)，式中：W-重錘重量，kg；L垂線長度，m。垂線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的2倍，宜適用1.0mm1.2mm的鋼絲，一般垂線鋼絲直徑不宜大于1.6mm。垂線安裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。觀測站宜用鋼筋混凝土觀測墩，觀測站宜設(shè)防風(fēng)保護(hù)箱或修建安全保護(hù)觀測室。u 倒垂線設(shè)計(jì)倒垂線鉆孔深入基巖深度應(yīng)該按照壩工設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，達(dá)到變形可以或略處，缺少該項(xiàng)計(jì)算結(jié)果時，可取壩高的1/41/2，鉆孔深度不小于10m。倒垂線孔內(nèi)宜埋設(shè)壁厚57mm無縫鋼管作為保護(hù)管，內(nèi)徑不宜小于100mm，垂線安

14、裝完成有效孔徑應(yīng)不小于85mm。垂線浮體組宜采用恒定浮力式，浮子的浮力一般按下式確定：P>250(1+0.01L)式中：P浮子浮力，N；L測線長度,M。垂線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的3倍，宜適用1.0mm1.2mm的鋼絲，一般垂線鋼絲直徑不宜大于1.6mm。4 引張線的設(shè)計(jì) 引張線的設(shè)備包括端點(diǎn)裝置、測點(diǎn)裝置、測線及其保護(hù)管。端點(diǎn)裝置可采用一端固定、一端加力的辦法，也可以采用兩端加力的方法。測線愈長引張線所需要的拉力愈大。長度為200600m的引張線，一般采用4080kg的重錘張拉。重錘重量按下式計(jì)算H=S2W/(8Y)式中：S引張線長度，m；W引張線鋼絲單

15、位重量，kg/m；H水平拉力（重錘重量），kg；Y引張線懸鏈線直徑，mm。引張線鋼絲宜采用強(qiáng)度不銹鋼絲，直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的2倍，宜適用0.8mm1.2mm的鋼絲。引張線保護(hù)管一般用110160mm的PVC管。5 視準(zhǔn)線的設(shè)計(jì)視準(zhǔn)線應(yīng)離障礙物1m以上。工作基點(diǎn)應(yīng)采用鋼筋混凝土墩，測點(diǎn)設(shè)觀測墩，墩上埋設(shè)強(qiáng)制對中底盤要求水平，配活動占標(biāo)，高于地面1.2m。為了保證觀測精度，視準(zhǔn)線的長度不能過長，一般按如下控制：重力壩和支墩壩 300m拱壩 300m 滑坡體 800m2.1.1.3 豎直變形監(jiān)測豎直變形是指壩體鉛直方向的變形，即壩體沉降。沉降測點(diǎn)可以和水平位移測點(diǎn)結(jié)合布置，可與視準(zhǔn)線的水

16、平位移測點(diǎn)布置在同一個測點(diǎn)墩上。壩體廊道和壩面的沉降變形可以使用精密水準(zhǔn)測量，如需要實(shí)現(xiàn)自動化測量，可以采用利用連通管原理設(shè)計(jì)的靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。測點(diǎn)保護(hù)裝置遙測引張線儀引張線體(圖三)引張線系統(tǒng)框圖引張線浮托裝置人工比測裝置引張線固定端引張線固定端 靜力水準(zhǔn)原理2.1.2 滲流監(jiān)測大壩及其基礎(chǔ)的滲流監(jiān)測,是安全監(jiān)測的主要項(xiàng)目。壩基揚(yáng)壓力是壩體外荷載之一，是影響大壩穩(wěn)定的重要因素，壩體揚(yáng)壓力主要是指溷尼姑水平施工縫上的孔隙水壓力。如果孔隙水壓力過大，說明施工面上結(jié)合不良。壩基滲流量突然增大，說明壩基破碎帶處理或灌漿效果不佳，兩岸混凝土與基巖接觸不良。若壩體滲流量突然增大，可能是壩體混凝土出現(xiàn)裂縫

17、所致?？傊?，滲流監(jiān)測必不可少。2.1.2.1 揚(yáng)壓力監(jiān)測布置u 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測的布置。揚(yáng)壓力觀測應(yīng)該根據(jù)建筑物的類型、規(guī)模、壩基地質(zhì)條件和滲流控制的工程措施等設(shè)計(jì)布置。一般應(yīng)該設(shè)縱向觀測斷面12個，每個壩段不少于1個測點(diǎn)，如地質(zhì)條件復(fù)雜，則應(yīng)適當(dāng)增加測點(diǎn)。橫向觀測斷面至少2個，依據(jù)壩的長度而定，橫斷面間距一般50100m。以重力壩、重力拱壩及支敦壩為例，橫斷面上測點(diǎn)的布置以能繪制揚(yáng)壓力分布圖形為準(zhǔn)，一般56個，帷幕前一個測點(diǎn)，帷幕后一個測點(diǎn)，排水幕線上一個，排水幕后23個，測點(diǎn)一般布置在壩段中心線或支敦中心線上。簿拱壩一般不測揚(yáng)壓力，僅在排水幕上布置測點(diǎn)，檢驗(yàn)帷幕灌漿效果，測點(diǎn)也一般每個壩段設(shè)

18、一個點(diǎn)。壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測一般埋設(shè)U形測壓管，測壓管用12寸鋼管引到觀測廊道，必要時也可以埋設(shè)滲壓計(jì)。排水幕處的測壓管一般布置在排水孔之間，但決不能用排水孔作測壓管觀測孔。排水孔一般深入壩基深處，而揚(yáng)壓力觀測孔一般在建基面下1.0m。u 壩體揚(yáng)壓力的監(jiān)測布置觀測混凝土壩壩體的滲透壓力，宜采用滲壓計(jì)（或稱孔隙水壓力計(jì)），觀測斷面一般設(shè)在水平施工縫上。每個截面上的測點(diǎn)宜在上游壩面到壩體排水管之間，或在該截面高程上最大靜水壓力的是分之一處，而且在廊道上游面排水管中心線上觀測。2.1.2.2 滲流量監(jiān)測布置滲流量的布置應(yīng)該結(jié)合樞紐布置，對滲流的流向、集流和排水設(shè)施統(tǒng)籌規(guī)劃，然后進(jìn)行滲流量的觀測設(shè)計(jì)。滲流量

19、觀測一般采用單孔排水量和量水堰觀測，或者采用容積法觀測。布置時應(yīng)該注意將壩體滲流量和壩基滲流量分開觀測，壩體滲流排水多流入排水溝內(nèi)。因此，可以在不同高程的廊道設(shè)置量水堰觀測不同部位的滲流量。壩基滲流量應(yīng)將河床壩段和兩岸壩段分開觀測，可以采用單孔滲流量計(jì)。大壩總滲流量可以通過集水井用容積法觀測。2.1.2.3 繞壩滲流監(jiān)測布置測點(diǎn)布置應(yīng)該根據(jù)地形、樞紐布置和繞壩滲流區(qū)巖體滲流特性而定。在兩岸的帷幕后順帷幕方向布置兩排測點(diǎn)，測點(diǎn)布置在靠壩肩處較密，帷幕前可以不知少量的測點(diǎn)。揚(yáng)壓力觀測縱向布置量水堰的結(jié)構(gòu)H（25）H堰板(三角堰梯形堰矩形堰)(35)H且>1.5m水尺水流量水堰布置2.1.3

20、混凝土壩內(nèi)部觀測混凝土壩內(nèi)部觀測一般指應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測等項(xiàng)目，它應(yīng)當(dāng)與變形、滲流監(jiān)測等項(xiàng)目結(jié)合布置，組成一個大壩的完整的安全觀測系統(tǒng)。混凝土壩內(nèi)部觀測一般選擇典型壩段作為觀測壩段，進(jìn)行全面觀測，同時針對某些特殊情況在其他壩段布置一些適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行某些項(xiàng)目的觀測。觀測壩段選擇的原則，在整座大壩的各個壩段中從壩體結(jié)構(gòu)、壩基地質(zhì)條件和壩高等方面來看具有代表性的壩段。例如選擇高度最大或基巖最差的壩段作為觀測壩段，也可以在非溢流壩段和溢流壩段各選擇一個壩段作為觀測壩段。觀測壩段選定后，在壩段內(nèi)選定個垂直于壩軸線的橫斷面稱為觀測斷面，一般選擇通過壩段中心線的斷面。為了監(jiān)測壩體和壩基的應(yīng)力狀態(tài)及壩體和壩

21、基抗滑穩(wěn)定，一般布置以下三類內(nèi)部觀測儀器。u 壩體工作狀態(tài)的影響因素或荷載的觀測溫度是影響大壩位移的主要因素，也是施工期間澆筑混凝土和進(jìn)行壩縫灌漿的重要控制參數(shù)，基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的溫度控制不好，就容易引起不易發(fā)現(xiàn)的貫穿性裂縫，因此在觀測壩段需要進(jìn)行監(jiān)測。溫度計(jì)在觀測斷面上一般成網(wǎng)格形布置，測點(diǎn)的間距一般為815m，壩面附近的測點(diǎn)間距可小些，上游壩面布置水溫計(jì)，下游壩面布置混凝土表面溫度測點(diǎn)及導(dǎo)溫系數(shù)測點(diǎn)。u 壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測壩體應(yīng)力狀態(tài)的觀測重點(diǎn)是靠近底部的基礎(chǔ)觀測截面，因?yàn)榫嚯x壩底愈近，水荷載和自重引起的應(yīng)力愈大，因此基礎(chǔ)觀測截面的應(yīng)力狀態(tài)在壩體強(qiáng)度和穩(wěn)定控制方面起關(guān)鍵作用。但為了避開基坑

22、不平和邊界造成的應(yīng)力集中，基礎(chǔ)觀測截面距壩底不宜小于5m。重力壩的應(yīng)力分布受到壩體施工方法的影響，同倉澆筑的混凝土基礎(chǔ)觀測截面的應(yīng)力是連續(xù)分布的，應(yīng)變計(jì)組的布置按平面變形問題考慮，可以布置4向或5向應(yīng)變計(jì)組，其中4向應(yīng)變計(jì)組構(gòu)成的平面與觀測基面重合。u 壩體接縫和壩基基巖變形觀測基巖變位計(jì)壩體基巖變位計(jì)基巖變位計(jì)布置圖重力壩和支墩壩的縱縫都需要灌漿膠結(jié)成整體，整體重力壩的橫縫也需要進(jìn)行灌漿。為了監(jiān)測灌漿前后壩縫的開度變化，以及在灌漿時控制壓力，在灌漿區(qū)中部壩縫內(nèi)要設(shè)置測縫計(jì)。壩基底部的壩踵和壩趾分別埋設(shè)2支以上基巖變形變位計(jì)對于壩體抗滑穩(wěn)定性有監(jiān)測作用，壩踵垂直向布置的基巖變形計(jì)可以同時監(jiān)測上

23、游壩踵是否因?yàn)槔瓚?yīng)力引起基巖裂縫張開或壩底和基巖脫開。2.2 土石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)土石壩的安全監(jiān)測，必須根據(jù)工程等級、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式，地形、地質(zhì)條件等因素，設(shè)置必要的監(jiān)測項(xiàng)目及其相應(yīng)設(shè)施，定期進(jìn)行系統(tǒng)的觀測。土石壩施工期以監(jiān)測填筑壩體的孔隙水壓力和變形為主保證壩體填筑的穩(wěn)定，運(yùn)行期以監(jiān)測壩體浸潤線和滲流量以及下游壩坡位移為主，以確保壩坡穩(wěn)定。滲流監(jiān)測安全監(jiān)測項(xiàng)目的選擇以確保工程安全為前提，優(yōu)先保證重點(diǎn)部位的監(jiān)測。加強(qiáng)土石壩滲流和外部變形觀測，同時輔之以一些特定項(xiàng)目的監(jiān)測。u 滲流量監(jiān)測在大壩下游壩趾建量水堰，是常用的方法。這需要作截水墻以匯集滲水，對于建在深沖積層上的土壩更必須這樣做，否則大部分滲

24、水從下部的沖積層漏走了。截水墻在施工期進(jìn)行壩基處理時就進(jìn)行，減少一些重復(fù)工程量和后期施工時的困難。由于土石壩所在范圍廣，滲流量監(jiān)測容易受到降雨的影響。u 壩體浸潤線觀測浸潤線觀測斷面宜選擇在最大壩高處、合龍段、地形或地質(zhì)條件復(fù)雜處，一般不少于3個，并盡量與變形、應(yīng)力應(yīng)變觀測斷面相結(jié)合。在每個橫斷面內(nèi)從壩頂往下游壩坡布置35個測點(diǎn)，觀測水位，繪制浸潤線。浸潤線觀測的可以采用測壓管方式或埋設(shè)滲壓計(jì)方式。一般如下原則選擇：1作用水頭小于20m的壩，滲透系數(shù)大于或等于10-4cm/s的土體中，滲透壓力變幅小的部位，宜采用測壓管方式。2 作用水頭大于20m的壩，滲透系數(shù)小于10-4cm/s的土體中，觀測

25、不穩(wěn)定滲流過程以及不適宜埋設(shè)測壓管的部位（如上游鋪蓋或斜墻底部、接觸面等），宜采用埋設(shè)滲壓計(jì)方式，其量程應(yīng)與測點(diǎn)水壓力相適應(yīng)。u 繞壩滲流觀測在大壩與兩岸山坡連接處，沿壩腳線，從壩頂?shù)较掠尾贾脻B流壓力測點(diǎn)。2.2.2 變形監(jiān)測變形監(jiān)測的項(xiàng)目，主要有壩的表面變形，內(nèi)部變形，裂縫及接縫等。變形監(jiān)測的正負(fù)號規(guī)定與混凝土壩類似。2.2.2.1 表面變形監(jiān)測表面變形的橫向觀測斷面通常選在最大壩高、合龍?zhí)?、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜處，一般不少于3個。每個橫向觀測斷面一般不少于4個標(biāo)點(diǎn)，通常在上游壩坡正常蓄水位以上1個，正常蓄水位以下可根據(jù)需要設(shè)臨時測點(diǎn)，壩頂下游壩肩布置1個，下游壩坡半壩高以上13個，半壩

26、高以下12個（含壩腳一個）。測點(diǎn)的在壩軸線方向上的間距，一般壩長小于300m時，宜取2050m，壩長大于300m時，宜取50100m。表面豎向位移及水平位移變形一般共用一個測點(diǎn)。某土壩的壩體測壓管浸潤線觀測觀測垂線浸潤線測點(diǎn)等勢線均質(zhì)土壩等勢線觀測布置測壓管結(jié)構(gòu)示意圖水庫校核基點(diǎn)工作基點(diǎn)位移標(biāo)點(diǎn)視準(zhǔn)線土壩視準(zhǔn)線觀測布置位移標(biāo)點(diǎn)三角網(wǎng)工作基點(diǎn)位移標(biāo)點(diǎn)校核基點(diǎn)土壩三角網(wǎng)水平位移觀測布置2.2.2.1 內(nèi)部變形監(jiān)測為了了解土石壩在施工和運(yùn)行期間壩體內(nèi)的固結(jié)和沉降(垂直位移)情況，結(jié)合其他有關(guān)觀測資料進(jìn)行綜合分析，以判斷其穩(wěn)定性和有無變形裂縫，作用施工控制和工程安全運(yùn)行的依據(jù)。土石壩壩體內(nèi)部的固結(jié)和沉

27、降，一般采用在壩體內(nèi)逐層埋設(shè)橫梁管式沉降儀，電磁式沉降儀，干簧管式沉降儀，水管是沉降儀等方式。u 沉降觀測沉降觀測應(yīng)該與壩體其他各種位移觀測、壩體內(nèi)孔隙水壓力的觀測配合進(jìn)行。內(nèi)部變形觀測的布置應(yīng)該根據(jù)工程的重要程度，結(jié)構(gòu)形式，地質(zhì)，地形，壩長以及施工方法等確定，一般應(yīng)在原河床、最大壩高、合龍段、代表性地質(zhì)、特征地質(zhì)處。每根沉降管的測點(diǎn)間距，應(yīng)根據(jù)壩身填料特性，施工方法而定，一般為25m。沉降管最下一個測點(diǎn)應(yīng)置于壩基表面，同時測量壩基的沉降量。水管式沉降儀，測點(diǎn)的布置，一般沿壩高橫向布置3排，即1/3壩高處，2/3壩高處，1/2壩高處。測點(diǎn)(不銹鋼環(huán))硬質(zhì)聚氯乙烯塑料波紋管(外7cm，內(nèi)5.8c

28、m)巖石管口保護(hù)電磁式沉降儀示意圖通氣管排水管連通水管測點(diǎn)水管式沉降儀原理圖大壩內(nèi)部u 水平位移監(jiān)測水平位移是指垂直壩軸線方向和平行壩軸線方向的位移，大壩在上游水壓力作用下，可能向下游方向位移，也可能是由于壩基或壩體的抗剪強(qiáng)度降低，產(chǎn)生的側(cè)向位移，這樣的側(cè)向位移可能引起壩體橫向開裂，以及兩岸脫離，形成不利于壩體安全的滲流通道。因此，在這些可能產(chǎn)生較大位移部衛(wèi)安裝位移計(jì)，觀測大壩在施工和運(yùn)行期間壩體內(nèi)部的位移情況，結(jié)合其它觀測項(xiàng)目綜合分析，判斷壩坡的穩(wěn)定性，壩內(nèi)有無隱蔽性裂縫，作為施工和運(yùn)行安全運(yùn)用的依據(jù)。壩體內(nèi)部水平位移觀測，一般沿可能產(chǎn)生有害位移的方向，在壩體內(nèi)部埋設(shè)引張線式水平位移計(jì)、測斜

29、儀、電位器式位移計(jì)（TS位移計(jì)）、正倒垂等等設(shè)備觀測。常用的引張線式位移計(jì)適宜水平埋設(shè)，一般在靠近壩體頂部的左右岸區(qū)，分層設(shè)在最大壩高斷面的粗粒料區(qū)，分設(shè)高程約為1/3、2/3、1/2壩高處。尺錨固板重垂壩體鋼絲引張線式位移計(jì)原理圖探頭管線初始位置lsinlsin測斜儀工作原理3 觀測儀器3.1 垂線坐標(biāo)儀、引張線儀國內(nèi)現(xiàn)己普遍使用的遙測垂線坐標(biāo)儀有兩種，一種是電容感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，測量速度快。缺點(diǎn)是:測值不直觀，必須通過模擬量換算；線性范圍小，超過線性范圍后精度迅速降低；而且一側(cè)極板受水滴、潮濕影響時即產(chǎn)生很大誤差。測量電路復(fù)雜，電纜傳輸模擬量，傳輸電路中聯(lián)接

30、點(diǎn)多，防潮性能差，易受干擾和雷電流影響而導(dǎo)致故障，因而故障率高。測量裝置無互換性，無精確測量基準(zhǔn)，維修或更換后資料不能連續(xù)。無自校功能，某些部位發(fā)生故障后仍輸出錯誤測值；“中間極”必須套在垂線鋼絲或引張線鋼絲上，并用導(dǎo)線引出，安裝時擾動垂線，測量時也帶入誤差。 普遍使用的另一種儀器是步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀，具有測值直觀，測量范圍大而測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，該種儀器的最優(yōu)產(chǎn)品為南京水利水文自動化研究所的STC50型垂線坐標(biāo)儀，具有如下優(yōu)點(diǎn): (1)儀器和垂線鋼絲無任何接觸，無論安裝和測量都不干擾垂線位移。測值直觀，精確可靠，測量精度不因量程加大而降低。 (2)有2根永久固定在測點(diǎn)上的不銹鋼

31、基準(zhǔn)桿，作為測量和自校的基準(zhǔn)，能始終保持測值連續(xù)性和校驗(yàn)測值正確性，在儀器維修或更換后能保持資料連續(xù)。 (3)在跟蹤垂線的探頭上有兩對紅外光照準(zhǔn)器，相互備用，保證每次測量都能取得測值，使儀器可靠性大為提高。同時采取了多種密封防潮措施，使故障率大大降低。 (4)測量裝置和儀器均具有互換性，輸出為數(shù)字量，測量電路的抗干擾抗雷電流能力強(qiáng)，可靠性高，不易產(chǎn)生故障。 (5)測量系統(tǒng)具有自檢能力，能顯示故障部位，便于維修，部件和電路更換方便，故障易于排除。(6)機(jī)械加工精密，工藝優(yōu)良，電路和接插件均有多重防潮密封措施，且有控溫加熱元件保持干燥。垂線坐標(biāo)儀主要技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍：X 50mm，Y 30mm

32、分辨力： 0.01mm測量精度：±0.lmm環(huán)境溫度:10+50環(huán)境濕度:95%RH引張線儀主要技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍：30/50mm分辨力： 0.01mm測量精度：±0.lmm環(huán)境溫度:10+50環(huán)境濕度:95%RH3.2 鋼弦式滲壓計(jì) 實(shí)現(xiàn)壩體滲流監(jiān)測自動化的儀器有壓阻式、差阻式、電感式和鋼弦式等幾種類型。由于壓阻式儀器的長期穩(wěn)定性較差，損壞率高，難以長期應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測；差阻式滲壓計(jì)穩(wěn)定性好，但是靈敏度低，尤其是在低水位監(jiān)測的情況下不適用；電感式儀器穩(wěn)定性差，故障率高，在國內(nèi)許多工程中使用效果不好；鋼弦式傳感器可將測壓管中水位變換為頻率量遠(yuǎn)傳，其靈敏度高，安裝方便，已

33、在國內(nèi)外工程中大量使用，國產(chǎn)鋼弦式滲壓計(jì)由于生產(chǎn)工藝方面的原因，質(zhì)量較差，特別是長期穩(wěn)定性方面不理想。美國Geokon公司原裝生產(chǎn)的GK-4500S型鋼弦式滲壓計(jì)，該儀器具有靈敏度高，長期穩(wěn)定性好，溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，已在國內(nèi)幾十座大壩上使用，效果良好，但價格較高。由美國進(jìn)口機(jī)芯及配件在國內(nèi)組裝的DG-4560s型鋼弦式滲壓計(jì)具備了GK-4500S型的性能，而價格介于國產(chǎn)和原裝進(jìn)口鋼弦式滲壓計(jì)之間，已在國內(nèi)大量使用，效果良好，DG-4650型鋼弦式滲壓計(jì)，其技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍：050 PSI分 辨 力：0.025% F.S準(zhǔn) 確 度：±0.5% F.S線 性 度：<0.5% F

34、.S3.3 差阻式儀器1932年美國人卡爾遜研制成功差阻式儀器，其原理見下圖所示，當(dāng)受到外界的拉壓而變形時，儀器內(nèi)部兩根張緊鋼絲R1、R2的電阻發(fā)生差動變化，鋼絲電阻Rt=R1+R2及Z=R1/R2能反映儀器所在處的應(yīng)力、變形的大小。差阻式儀器在混凝土壩內(nèi)部觀測應(yīng)用非常廣泛。波紋管方鐵桿彈性鋼絲中性油 差阻式應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)引出電纜接線套筒彈簧差阻式儀器的種類儀 器 名 稱型 號 規(guī) 格應(yīng)力應(yīng)變儀器應(yīng)變計(jì)DI-10DI-25DI-25DLDI-25DMDI-25BDI-15GYDI-25GY無應(yīng)力計(jì)配DI-25配DI-10鋼板計(jì)配DI-10測縫計(jì)CF-5，12CF-25CF-40CF-5，12GYC

35、F-25GYCF-40GY裂縫計(jì)配CF-5，12鋼筋計(jì)KL-20，22，25，28，32，36，40KL-20，22，25，28，32，36，40GY滲壓計(jì)SZ-2，4，8，16SZ-4A應(yīng)力計(jì)WL-30，60溫度計(jì)DW-1DW-1GY土壓力計(jì)YUB-2，4，8，16滲流滲壓揚(yáng)壓力計(jì)YZ-1，5，10變形儀器位移計(jì)WY-100G三向測縫計(jì)SX水管式沉降儀CJT-1基巖邊坡儀器基巖變位計(jì)配CF-5，12多點(diǎn)變位計(jì)BWC-1錨索測力計(jì)MS-1（100噸）錨桿應(yīng)力計(jì)配KL系列4 自動化系統(tǒng) 早在二十世紀(jì)60年代后期，國外已開始研制大壩安全監(jiān)測自動化設(shè)備，日本首先在梓川的三座壩上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動

36、化1。70年代后期意大利在Talvacchia雙曲拱壩上利用模擬計(jì)算機(jī)和垂線坐標(biāo)儀實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)控2，在Chotas 壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3，經(jīng)過改進(jìn)在Ridracoli壩上安裝分布式系統(tǒng)為主體的混合式系統(tǒng)4 ?，F(xiàn)在發(fā)展了GPDAS分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更為廣泛應(yīng)用。美國在80年代初期開始大壩監(jiān)測自動化工作，1981年美國墾務(wù)局在Monticello拱壩上安裝了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后認(rèn)為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更好，從1981年起在Flaming Gorge等四座拱壩上安裝了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，取得了成功5 ，此后即普遍應(yīng)用了分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從國外大壩監(jiān)測自動化發(fā)展過程來看都是由集中

37、式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展，目前有代表性的國外產(chǎn)品如意大利ISMES研究所的GPDAS系統(tǒng)，美國GEOMATION公司的2300系統(tǒng)和SINCO公司的IDA系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)，后二者都已在我國有所應(yīng)用。我國的大壩監(jiān)測自動化工作起步雖晚，至今也近30年了。從70年代末到80年代中期，解決了差動電阻式儀器的高精度遠(yuǎn)距離自動化集中測量問題，80年代中期已有兩種類型的遙測垂線坐標(biāo)儀的大壩上使用，通過國家“七五”攻關(guān)計(jì)劃的實(shí)施，研制成功了集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。90年代已有近30座大壩安裝了一些遙測儀器或采用集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測自動化。我單位研制的DG94型分布式大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)在

38、1996年3月通過了水利部主持，水電兩部門的專家參與的鑒定會，鑒定意見認(rèn)為該系統(tǒng)總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平，在差動電阻式儀器監(jiān)測和變形監(jiān)測方面還有所突破，1997年榮獲水利部科技進(jìn)步二等獎，1998年榮獲國家科技進(jìn)步三等獎，迄今為止仍是大壩監(jiān)測自動化方面唯一通過部級鑒定并獲得國家科技進(jìn)步獎的自動化系統(tǒng)，在國內(nèi)一直處于領(lǐng)先水平。已在水利和電力部門的60多座混凝土壩和土石壩中廣泛應(yīng)用，運(yùn)行良好，均已取代人工觀測，成為大壩安全監(jiān)控的現(xiàn)代化手段。該型系統(tǒng)經(jīng)過DG-94型、DG-95型、DG-97型發(fā)展到DG-2000型，功能和性能更為優(yōu)越。DG型分布式大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)由五部分組成，即大壩監(jiān)測儀器、測量控制

39、裝置、中央控制裝置，安全信息管理系統(tǒng)及通信和電源線路等組成。其中大壩監(jiān)測儀器，測量控制裝置和中央控制裝置組成大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，主要功能是實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集。信息管理系統(tǒng)的主要功能對包括監(jiān)測數(shù)據(jù)在內(nèi)的大壩安全信息進(jìn)行存儲和管理，為大壩安全運(yùn)行提供安全評判和監(jiān)控依據(jù)。4.1 DG型系統(tǒng)的功能和性能4.1.1 監(jiān)測功能（1）數(shù)據(jù)采集方式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有六種不同監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方式，具有較大的靈活性和可靠性。 中央控制方式：由監(jiān)控主機(jī)（現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)）發(fā)出命令，測控裝置接收命令、完成規(guī)定的測量，測量完畢將數(shù)據(jù)暫存，并根據(jù)命令將測量數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)存儲； 自動控制方式（即無人值班方式）：

40、由各臺測控裝置自動按設(shè)定的時間和方式（可由人工按需設(shè)定）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將所測數(shù)據(jù)暫存，同時自動傳送至監(jiān)控主機(jī)內(nèi)存儲。該方式主要用于日常測量； 特殊條件下應(yīng)急控制方式：在汛期或其它特殊情況下，電源和通訊完全中斷時，各測控裝置能依靠自備電源繼續(xù)進(jìn)行自動化巡測，可維持運(yùn)行一周，所有測值全部自動存儲，等待故障修復(fù)后提取。 人工測量方式：作為一種后備方式，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)或通訊線路發(fā)生故障時，在通訊線路恢復(fù)前，采用便攜式計(jì)算機(jī)或鍵盤顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或提取自動測量數(shù)據(jù)；在測控裝置發(fā)生故障時，采用便攜式檢測儀進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集； 網(wǎng)絡(luò)化測量方式：本系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化管理功能，在添加一些計(jì)算機(jī)終端等設(shè)備后，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和

41、專家可在主管領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工室、水工管理部門等一切相關(guān)部門的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、資料查詢等；（2）數(shù)據(jù)采集方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集方法有：巡測、定時巡測、選測、人工測量。采集周期根據(jù)工程要求，運(yùn)行人員可在監(jiān)控主機(jī)上設(shè)定或修改起始測量時間和定時自動測量周期。4.1.2 顯示功能能顯示大壩及監(jiān)測系統(tǒng)的全貌、網(wǎng)絡(luò)連接圖、儀器測點(diǎn)布置平面和剖面圖，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)過程線等，顯示報警狀態(tài)，顯示所有監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測成果，顯示有關(guān)系統(tǒng)信息，若接投影儀可實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。4.1.3 存儲功能系統(tǒng)所有實(shí)測數(shù)據(jù)分二級存儲：測控裝置具有存儲器和掉電保護(hù)模塊，能暫存所測數(shù)據(jù)，存儲容量不小于128KB，存滿后自動覆蓋，在系統(tǒng)斷電的

42、情況下保證不丟失數(shù)據(jù)；監(jiān)控主機(jī)接受所有測控裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動檢驗(yàn)、存儲，對超差數(shù)據(jù)自動報警，檢驗(yàn)后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。4.1.4 數(shù)據(jù)通訊功能數(shù)據(jù)通訊包括現(xiàn)場級和管理級的數(shù)據(jù)通訊。（1）現(xiàn)場級數(shù)據(jù)通訊功能：現(xiàn)場測控裝置和監(jiān)控主機(jī)之間，采用RS-485實(shí)現(xiàn)雙向通訊。（2）管理級數(shù)據(jù)通訊功能：信息管理主機(jī)可通過電話線或光纜或微波等與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)之間通訊，實(shí)現(xiàn)雙向通訊。4.1.5 數(shù)據(jù)管理功能監(jiān)控主機(jī)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)視操作、輸入/輸出、顯示打印等一般管理能力，存儲系統(tǒng)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，對測控裝置傳輸來的原始測值進(jìn)行初步處理，供運(yùn)行人員進(jìn)行瀏覽、檢查、繪圖、打印等，并有數(shù)據(jù)越限報警功能?？烧{(diào)度各級顯

43、示畫面及修改/設(shè)置儀器的參數(shù)、修改/設(shè)置系統(tǒng)的配置、進(jìn)行系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護(hù)等，完成系統(tǒng)調(diào)度、過程信息文件形成、入庫、通訊等任務(wù)。4.1.6 系統(tǒng)自檢功能系統(tǒng)具有自檢功能，可對數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、CPU、實(shí)時時鐘、供電狀況、電池電壓、測量電路及傳感器電路等進(jìn)行自檢，能在監(jiān)控主機(jī)上顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障部位及類型等信息，以便及時維護(hù)系統(tǒng)。任何硬件和軟件的故障都不危及系統(tǒng)設(shè)備和人身安全。4.1.7系統(tǒng)防雷、抗干擾功能大壩所處地理位置，易受雷擊或強(qiáng)電磁場影響。系統(tǒng)通訊方式可以采用光纜和電纜相結(jié)合、所有暴露在外的電源電纜、通信電纜、信號電纜等除采用鋼管保護(hù)外，還采用了獨(dú)特的外堵內(nèi)防技術(shù)，即電纜輸入口

44、和機(jī)箱采取隔離加等電位防雷技術(shù)、測控裝置采用防雷器件，對接地要求低，效果顯著。在系統(tǒng)的供電線路、傳感器到測控裝置的入口等重要部位均設(shè)有防雷設(shè)備，采取了三級防雷保護(hù)措施，確保系統(tǒng)在雷擊和電源波動等情況下能正常工作。電源、通訊和傳感器輸入口可防1500W雷電感應(yīng)。4.1.8 系統(tǒng)供電功能系統(tǒng)所有設(shè)備采用220V交流電，MCU還有自帶免維護(hù)的鉛酸充電電池作后備電源，在系統(tǒng)供電中斷的情況下，備用電源自動啟動，在每天測量兩次的條件下，能保證測控裝置連續(xù)工作一周，以保證數(shù)據(jù)測量的連續(xù)性。4.2 系統(tǒng)性能指標(biāo): 系統(tǒng)平均無故障各種時間系統(tǒng)平均無故障工作時間10000小時； 測量周期系統(tǒng)自動定時測量周期可根據(jù)

45、工程要求，操作員可在測控裝置、監(jiān)控主機(jī)、管理主機(jī)等計(jì)算機(jī)上設(shè)定或修改，測量周期設(shè)定范圍為1分鐘1個月； 系統(tǒng)容量可連接儀器測量模塊數(shù)量：256臺（可擴(kuò)至1024臺）； 系統(tǒng)工作電源系統(tǒng)工作電源為：電 壓：220VAC±20%；周 波：50±1Hz； 系統(tǒng)防雷傳感器、電源和通信：1500W； 系統(tǒng)接地系統(tǒng)接地電阻：10； 系統(tǒng)工作環(huán)境a. 計(jì)算機(jī)房環(huán)境溫度： 1030；環(huán)境濕度： 75%Rh；b. 測控裝置環(huán)境溫度： 3060；環(huán)境濕度： 100%Rh。4.2 DG型系統(tǒng)主要設(shè)備（測控裝置）DG型分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的技術(shù)性能和指標(biāo)滿足土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL60

46、-94）和大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（SL268-2001）的要求，并滿足招標(biāo)文件所要求的技術(shù)指標(biāo)，同時，該系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括測控裝置已獲得生產(chǎn)產(chǎn)品許可證。該系統(tǒng)由MCU-1/2/3M型測控裝置（由各類智能數(shù)據(jù)采集模塊按實(shí)際需要組合而成）、各種不同的通信介質(zhì)和基于Windows 9X/2000/NT平臺的數(shù)據(jù)采集軟件、信息管理軟件組成，能采集差阻式、步進(jìn)式、電感式、鋼弦式、電位器式等各類傳感器，根據(jù)所接入監(jiān)測儀器的數(shù)量和種類，配置不同類型的測量模塊。實(shí)踐證明DG型分布式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是一個既先進(jìn)、可靠，又經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動化系統(tǒng)，完全滿足水庫大壩安全監(jiān)測的要求。南京水利水文自動

47、化研究所大壩監(jiān)測分所生產(chǎn)的DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，它由監(jiān)測儀器、測控裝置、監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及各種電纜等組成。測控裝置是大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)裝置，它決定了系統(tǒng)的規(guī)模、功能和性能，DG-2000型分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中的測控裝置為MCU-1M型或MCU-1M型測控裝置，它由密封機(jī)箱、智能數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、人工比測模塊和防雷模塊等組成，各功能模塊布局合理、標(biāo)志清楚、維修方便，還有溫控加熱除濕裝置。該裝置用于系統(tǒng)中各種類型監(jiān)測儀器（傳感器）的數(shù)據(jù)測量、存儲和傳輸，安裝在監(jiān)測儀器附近，適合于在惡劣的水工環(huán)境下長期使用，可靠性高，平均無故障時間大

48、于20000小時。MCU-1M型測控裝置有1個智能控制數(shù)據(jù)采集模塊，MCU-2M型測控裝置有2個智能控制數(shù)據(jù)采集模塊，每個智能控制數(shù)據(jù)采集模塊可接入的儀器類型和數(shù)量見表1。表1：智能數(shù)據(jù)采集模塊的種類、可接入的儀器類型和數(shù)量序號名 稱型號通道數(shù)備 注1差阻式儀器采集模塊R16M164/5芯差阻式儀器或溫度計(jì)2步進(jìn)式儀器采集模塊S1M1步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀或引張線儀3步進(jìn)式儀器采集模塊S4M4步進(jìn)電機(jī)式垂線坐標(biāo)儀或引張線儀4鋼弦式儀器采集模塊V16M16各類鋼弦式儀器5電壓式儀器采集模塊E16M16各類電壓、電流量輸出儀器6環(huán)境量儀器采集模塊H3M11浮子式儀器、雨量計(jì)和差阻式儀器7環(huán)境量儀器采

49、集模塊FRV11浮子式儀器、雨量計(jì)和鋼弦式儀器8氣象站儀器采集模塊M7M77種氣象站儀器，如風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、雨量、蒸發(fā)、濕度等MCU-1/2/3M型測控裝置技術(shù)指標(biāo)如下：（1）差動電阻式儀器測量模塊R16M測點(diǎn)數(shù)量：16支五芯或四芯差動電阻式儀器測量范圍：電阻值：0120 電阻比：0.80001.2000 準(zhǔn)確度：電阻值：0.02 電阻比：0.0002 分辨力：電阻值：0.01 電阻比：0.0001 測量速度：5秒/支 (2) 鋼弦式儀器測量模塊V16M 測點(diǎn)數(shù)量：16支鋼弦式儀器（頻率+溫度） 測量范圍：頻率：4006000Hz 溫度：-50150 準(zhǔn)確度：頻率：±0.01

50、%F·S 溫度：±0.5 分辨力：頻率：0.01Hz 溫度：0.1 測量速度：4秒支（頻率溫度）(3) 步進(jìn)式儀器測量模塊S1/4M 測點(diǎn)數(shù)量：1/4通道（垂線儀或引張線儀） 測量范圍 X：050mm，Y：030mm 準(zhǔn)確度：±0.1mm 分辨力：0.01mm 測量速度：4655秒支 測量時間：45s/point；(4) 電壓式儀器測量模塊E16M 測點(diǎn)數(shù)量：16通道 測量范圍 ±2V 準(zhǔn)確度：±0.1% F·S 分辨力：0.01% F·S 測量速度：6秒支 (5) 環(huán)境量儀器測量模塊H3M/FRV測點(diǎn)數(shù)量：2支浮子式水位計(jì)

51、1支雨量計(jì)+8支差阻式儀器/8支鋼弦式儀器 測量范圍：同浮子式水位計(jì)、1支雨量計(jì)和差阻式儀器/鋼弦式儀器 準(zhǔn)確度：水位計(jì)：同浮子式水位計(jì) 雨量計(jì)：同雨量計(jì) 差阻式儀器：同差阻式儀器測量模塊R16M 鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測量模塊V16M分辨力：水位計(jì)：1cm 雨量計(jì)：同雨量計(jì) 差阻式儀器：同差阻式儀器測模塊R16M 鋼弦式儀器：同鋼弦式儀器測模塊V16M 測量速度：5秒支 (6) 氣象站儀器測量模塊M7M氣象站儀器測量模塊的技術(shù)指標(biāo)可參見氣象站儀器。（7） 通訊接口：CAN 總線、RS-485、RS-232-C、無線、光纖、微波、電話線等通訊方式可選（8） 通訊波特率：1200bps可調(diào)（9

52、） 存儲容量：128KB帶掉電保護(hù)（10） 工作電源：220VAC±15%,50Hz或太陽能電源可選，配12V4AH蓄電池（11） 工作環(huán)境：溫度：1060（3060可選） 濕度：98%Rh（12） 設(shè)備防雷：傳感器：1500W 電源、通訊：1500W（13）平均無故障工作時間（MTBF）：20000小時4.3 系統(tǒng)配套軟件系統(tǒng)配套的軟件是以Windows 2000/NT/Me/98為系統(tǒng)平臺的一套圖視化的窗口軟件，具有全圖形化操作、界面友好、操作方便等特點(diǎn)，它承擔(dān)著水庫大壩安全監(jiān)測信息的管理工作，系統(tǒng)管理軟件由DG型數(shù)據(jù)采集軟件、DSIM型信息管理軟件和MDAP型數(shù)據(jù)分析軟件組成，這些軟件具有以下功能。4.3.1數(shù)據(jù)采集軟件數(shù)據(jù)采集軟件是Windows 2000/NT/Me/98環(huán)境下一套圖視化的窗口軟件，所有監(jiān)測點(diǎn)均可顯示在布置圖上，每個測點(diǎn)都與數(shù)據(jù)庫相連接，同時布置圖上的每一個測點(diǎn)又與現(xiàn)場測控裝置的對應(yīng)儀器相通，因此操作和選擇屏幕布置圖上的測點(diǎn)或采集模塊就可以完成對該測點(diǎn)或模塊的數(shù)據(jù)采集、換算、處理、入庫等全部過程。對