引张线自动化监测在混凝土大坝中的应用

杨利

（山西四建集团有限公司，山西省太原市030012）

引张线自动化监测在混凝土大坝中的应用

杨利

（山西四建集团有限公司，山西省太原市030012）

本论文以功果桥水电站为例，主要阐述了引张线自动化监测系统在大坝中的实际应用。具体内容包括引张线系统的布置、引张线坐标仪的使用、数据采集与分析等。通过资料分析和系统综合评价，肯定了引张线自动化监测系统在混凝土大坝变形监测工作中的可靠性和优越性，为同类大坝的设计和相关工程发展积累基础资料。

功果桥水电站；引张线；自动化监测

1 工程概况

功果桥水电站位于云南省云龙县境内的澜沧江干流上，采用碾压混凝土重力坝、坝身泄洪、右岸地下厂房的枢纽布置格局。坝顶长356m，最大坝高105m。是以发电为主的大（2）型二等工程，库区正常蓄水位1307m，装机容量900MW，年发电量40.41亿kWh。工程于2007年5月30日开始筹建准备，2008年12月5日截流，2011年9月21日导流洞下闸蓄水，2011年10月31日首台机组投产发电，2012年6月21日全部机组投产发电。

2 引张线监测系统在功果桥水电站的布置

功果桥水电站引张线监测系统是由西北勘测设计院设计，由中国水利水电第四工程局勘测设计研究院施工，自动化采集系统采用西安联能自动化工程有限责任公司的设备。该项目于2011年9月顺利通过验收。

引张线监测系统是在两固定点间以重锤和滑轮拉紧的钢丝线作为基准线，定期测量测点与基准线间的距离，由于测点上的标尺与大坝结合在一起，利用引张线仪读出标尺刻划中心与钢丝中心的偏离值，从而求得测点水平位移量。

功果桥水电站工程水平位移监测的主要手段为坝顶引张线系统和正、倒垂线组。在大坝左右岸两端（1、17号）各设置1条垂线，监测坝肩岩体变位，并作为引张线的校核基准点。在坝顶设一条引张线系统来监测坝体各坝段的水平位移。该引张线系统由张紧端、测点装置、固定端以及相应的护管组成。布置在上游观测沟内，与电缆沟共用。整套引张线共设置16个测点，按每坝段一个测点布置，其中由于12号坝段坝顶均为梁板，未设置测点。

3 引张线自动化监测系统的布置、坐标仪数据采集与分析

3.1 引张线自动化监测系统的布置

功果桥大坝引张线自动化监测系统的安装采用线体和电源及光纤分别用镀锌钢管保护，避免了相互干扰现象且对数据线起到了屏蔽作用以免其他信号的干扰。引张线线体采用ϕ1.2mm的铟钢丝，护管采用ϕ150mm的镀锌钢管，混凝土支墩固定。整条线上共安装16台智能CCD引张线坐标仪，所有测点均接入了自动化系统，分别通过RS-485网络连接到监控机房，经RS-486/232转换后与上位机联机，使用中系统正常读取一次所有测点数据的时间小于10s[1]。通过设置定时测量功能的参数，使引张线坐标仪仪进行自动测量。引张线自动化监测系统布置图如图1所示。

3.2 引张线自动化监测系统工作原理

图1 引张线自动化监测系统图Fig.1 Automatic monitoring system of tension wire

图2 引张线自动化监测系统工作原理Fig.2 Introduction of automatic monitoring system of tension wire

如图2 所示，CCD 传感器的光敏元受光的激发将光信号转化为电信号，并在外部驱动脉冲的作用下输出。在控制电路的作用下，将CCD 输出信号进行二值化处理，单片机将二值化的数据存入片内的数据存储器。根据数据处理算法判断CCD 测量范围内的线径情况，并将处理结果进行显示或存储，上位机通过RS485总线与引张线仪通信，完成对仪器的功能操作，如数据读取、时钟设置，定时测量设置，定时测量数据读取、内存清空等操作，引张线仪根据设置的定时测量的参数，可实现最多4000组数据的自动测量功能，当测量数据多于4000组时，会自动将新测量的数据覆盖最早测量的数据。通过上位机的用户程序还可以完成对数据一些后期处理操作，如数据计算、报表的绘制、打印等。

3.3 引张线监测坐标仪的使用

功果桥水电站引张线自动化监测系统采用的传感器为LN2000系列光电式引张线坐标仪。引张线坐标仪结构简单，仅由平行光照明系统、光电耦合器件电路、电源、机架等部分组成，没有任何可动元件，被测引张线钢丝上无须附着任何感应物，不影响垂线自由变化，为真正的非接触测量。引张线坐标仪安装示意图（见图3）；引张线坐标仪结构及接线图[3]（见图4）。

引张线坐标仪应用光学成像的原理进行被测对象的位移测量。采用了先进的CCD技术，利用平行光系统的平行光照射钢丝在线阵CCD上的投影，CCD感应投影位移的变化并作为位移的检测单元。由于CCD的输出为数字信号，故没有“飘零”问题，被测垂线钢丝上无须附着任何感应物，不影响垂线自由变化，真正的非接触式测量。LN2003A引张线坐标仪技术参数见表1。

3.4 引张线自动化监测数据采集与分析

图5为11坝段引张线测点EX11从2011年9月21日至2013年9月20日人工监测与自动化监测的对比图。

图3 引张线坐标仪安装示意图Fig.3 Installation diagram of the tension coordiate instrument

图4 引张线坐标仪结构及接线图Fig.4 The structure and wiring diagram of the tension coordinate instrument

表1 LN2003A引张线坐标仪技术参数Tab.1 Technical parameters of the LN2003A tension coordinate instrument

图5 引张线EX11测点人工与自动化监测对比图Fig.5 Contrast diagram of artificial and automatic monitoring of the EX11 tension wire

由图可以看出引张线自动化监测系统采集读数与人工测值相吻合。由于自动化监测系统频率高、精度高、适应性强，但易受环境干扰，稳定性差，为检验自动化数据的可靠性，同时采用人工监测读数。采用简化的回归方程对相关性进行检验比较。从而真实准确地反映了大坝的运行状态，为大坝的运行和后期维护提供真实有效的理论基础与数据安全保障。

4 结束语

在大坝安全监测项目中，水平位移监测是非常重要的一项监测内容。引张线监测系统可以在坝体发生位移后短时间内获取引张线位移记录，迅速记录各测点位移值，从而得出坝体不同坝段的位移变化[3-5]。利用这些引张线移动记录可以研究大坝结构对蓄水的影响、确定坝体位移规律，为判定大坝建筑物的安全性和修复及时准确地提供基础性技术数据。

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Application of the Method of Extended Wire for Automatically Monitoring the Concrete Dams

YANG Li
（Shanxi Sijian Group Co.， Ltd.， Taiyuan， 030012， China）

With the example of The Gongguoqiao Hydropower Station， this paper discusses the actual application of extended wire automatic monitoring system in the concrete dam. The content includes arrangement of extended wire system， the use of the coordinate meter of extended wire， data collection and analysis，etc. By means of data analysis and comprehensive evaluation system .we could determine the reliability and superiority of the extended wire automatic monitoring system in concrete dam of deformation monitoring. We could also accumulate basic data in the design of similar dams and related engineering development.

gongguoqiao hydropower station；extended wire；automatic monitoring

TV TV698.1

A

570.2510

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.016

2016-02-09

2016-03-30

杨利（1984—），男，工程师，主要研究方向：水电站安全监测仪器的安装埋设调试及资料分析等。E-mail：254007458@qq.com