数字智能化监控系统在阿尔塔什大坝工程质量管理中的应用

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

传统施工质量管理依赖于从业人员的专业素养与责任，近些年造成大坝建设中出现混凝土裂缝、坝料碾压不密实、灌浆不合格等质量问题的一个很重要原因就是信息不畅所导致的措施与管理不到位，信息获取不及时、不准确、不真实、不系统。阿尔塔什水利枢纽工程施工，应用并建立全面感知、真实分析、实时控制的大坝智能化监控系统，采用信息化、数字化、智能化手段对施工质量进行全面监控，实现智能温控、数字大坝、数字灌浆等质量管理目标，确保监测、控制与预警信息的及时、准确、真实、系统，以监控管理的智能化促进施工的精细化，对保证工程质量非常必要。

1 阿尔塔什水利枢纽工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河流域内最大的控制性山区水库工程，拦河坝坝型为混凝土面板砂砾石堆石坝，坝轴线全长795m，正常蓄水位1820.00m，设计洪水位1821.62m，校核洪水位1823.69m，最大坝高164.80m，电站装机容量755MW，水库总库容22.49亿m3。阿尔塔什水利枢纽工程是一座集生态供水、防洪、灌溉、发电等任务于一体的大(1)型Ⅰ等水利枢纽工程。

2 阿尔塔什水利枢纽工程特殊性分析

阿尔塔什水利枢纽工程是塔里木河主要源流之一的叶尔羌河流域内最大的控制性山区水库工程，也是新疆目前在建的最大水利工程。工程因其在设计和施工方面“三高一深”的技术难题，被称为“新疆的三峡工程”。由于工程地处新疆，具有独特的区位特点和施工难点。

阿尔塔什水利枢纽工程坝基为深厚覆盖层，河床钻孔揭露最深达93.9m；大坝坝体与深厚覆盖层复合高度超过257m。地震烈度高，大坝抗震设计烈度为9度。大坝右岸坝肩为高陡边坡，边坡处理及加固高度超过610m，其中1845.00m高程以下坡度陡峭，1845.00m高程以上边坡近直立，施工难度大。大坝施工体量大，其中坝体填筑工程总量约2500万m3，面板混凝土浇筑工程量约12万m3，面板总表面积约18万m2。大坝上游坝坡比1∶1.7，下游坝坡比1∶1.6，较常规混凝土面板坝上游坝坡缓，增加了纤维抗裂混凝土的流动性和施工性能等方面难度。两岸基岩裸露，为横向谷，两岸地形不对称，右岸边坡高陡，自然坡度55°～80°，局部近直立，左岸自然坡度35°～40°，最大坡高426m。不对称河谷也增加了坝体变形协调控制方面的难度。

3 阿尔塔什大坝工程智能化监控系统的建立

阿尔塔什水利枢纽大坝为混凝土面板砂砾石堆石坝，受技术难度、地质条件及施工技术水平的限制，大坝面板混凝土的温控、坝料碾压、灌浆等施工方面容易出现质量控制盲区。为有效控制施工质量，采用信息化、数字化、智能化手段对施工质量进行全面监控非常必要。

阿尔塔什水利枢纽施工期智能化监控系统是结合工程实际建立的一套智能化监控系统，该系统包含6个子系统：大坝混凝土温度智能监控系统、数字化碾压质量监控系统、坝料加水监控系统、大坝施工单元评定系统、灌浆质量自动化监控系统、安全监测系统，见图1。

图1 阿尔塔什数控指挥中心

3.1 大坝面板混凝土温度智能监控

结合阿尔塔什大坝工程的特点及大体积混凝土温控防裂要求，建立阿尔塔什混凝土面板浇筑施工期温控防裂智能监控系统。该系统运用自动化监测技术、GPS定位技术、无线传输技术、网络与数据库技术、信息挖掘技术、数值仿真技术和自动控制技术，实现温控信息实时采集和传输、温控信息自动管理及自动评价、温度应力自动分析、开裂风险实时预警、温控防裂实时反馈控制，子系统功能划分见图2。

图2 混凝土智能温控监测系统框架图

3.2 大坝填筑数字化碾压质量监控

通过在碾压车辆上安装集成高精度北斗定位系统的监测设备装置，基于GPS、GPRS 和 PDA技术，实现碾压遍数、碾压轨迹、行车速度、激振力、压实厚度等碾压参数的全过程在线实时监控，采用适合于连续碾压质量控制要求的压实质量实时评估指标值，动态监测和评估大坝压实效果，并根据坝料压实情况填写单元碾压报表，实现远程监控和反馈指导施工，智能化监控系统操作界面见图3。

图3 大坝填筑施工过程智能化监控系统操作界面

3.3 坝料自动加水管控

混凝土面板砂砾石堆石坝施工中绝大多数坝料需全部加水碾压，大坝施工中每道工序必须严格遵守施工规范。运料车辆上坝加水作为坝料填筑施工工序之一,对施工质量有直接影响。为满足对运料车辆上坝加水量的控制需求,阿尔塔什水利枢纽采用自动加水控制管理系统。自动加水控制管理系统通过现场客户端、服务器端、浏览器客户端三个子系统的合理配置,协调运作,保证加水量的准确,从而保证工程质量。现场客户端位于施工现场,通过合理选择相关设备，优化的程序逻辑,准确高效的数据传输，及时有效的预警信息,获得第一手加水数据,并将数据传送至服务器端。服务器端负责接收数据,并将数据解析为可识别状态并存储于数据中心。对于异常数据执行警告操作,同时向现场客户端发送配置信息,起到桥梁作用。浏览器客户端则负责数据的显示及统计,同时提供用户配置接口,方便用户操作。

3.4 大坝施工单元评定

大坝填筑工程单元评定资料多而繁琐，为更好地反映现场实际施工情况，阿尔塔什大坝填筑使用线上施工单元评定系统。单元评定系统由PC与移动PAD结合使用，见图4。PC主要用于新建单元评定表，提交监理审核，单元评定数量及优良率统计，打印已评定完成的单元。移动PAD主要用于结合现场实际情况对新建单元评定表内容进行填写，系统自评，施工单位质检人员签字并拍照提交，监理单位验收人审核签字并拍照，单元验收完成。移动PAD填写评定资料时可添加视频、音频、照片等附件。

图4 阿尔塔什水利枢纽工程建设管理信息化平台

3.5 灌浆质量自动化监控

灌浆成为各类基础与地基加固和防渗的重要技术手段,尤其是对于水工建筑物基础与地基。灌浆施工是一项隐蔽性工作,其施工质量和效果难以直观地检查,常常需要借助于对施工过程参数的分析来评定。目前,国内大部分灌浆工程仍采用人工操作方法，一些参数的取得基本上由操作者自行量测和记录。由于操作人员质量意识参差不齐,使用量测方法的准确性也较差,使得这些参数的准确性差别很大,会误导施工质量和效果的检查,严重时会影响工程质量,造成不必要的损失和危害。因此,改善和发展灌浆技术是当前灌浆工作中极为重要的一项任务。阿尔塔什水利枢纽大坝工程使用灌浆自动记录仪以压力传感器测量喷灌压力、以流量计计量喷灌流量，以微型计算机系统对传感器信号进行采集、分析、数据处理，并且控制打印机打印施工过程数据。该技术在帷幕灌浆、固结灌浆、预应力孔道灌浆等系列工艺灌浆中已得到广泛应用。

3.6 大坝安全监测系统

水利工程安全监测是保证水工建筑物安全的重要技术措施,是掌握大坝性状变化和安全状态的主要手段。安全监测是对建筑物的运行安全负责,同时也是对人民群众的生命财产安全负责。阿尔塔什水利枢纽大坝工程使用渗压计、水管式沉降仪、液压式沉降仪、引张线水平位移计、锚索测力计、钢筋计、双向应变计、无应力计、SAA 阵列式位移计、土压力计、基础沉降仪等对大坝整体安全进行监测，全天候采集监测数据，并及时进行资料整编与分析。

4 结 语

阿尔塔什水利枢纽工程，实现了对大坝建设全过程面板混凝土温度信息、碾压质量、大坝填筑单元评定情况和变形监测等信息的智能采集、统一集成、实时分析与智能监控；实现了施工质量等各类监控数据的自动获取，确保了数据的实时、有效、准确和完整，有效解决了现场监控模式的不及时、不准确、不真实、不系统问题；实现了大坝混凝土施工的自动管理与评价，确保混凝土施工全过程的可知、可控、可调，达到防止危害性裂缝发生的目的；实现了大坝填筑施工全环节的智能化监控，提高了工程管理效率，为施工质量提供了可靠保障；为现场应急决策提供了可操作、可展示的智能化监控平台，实现了施工现场各类资料的直观展示，为建设决策提供了依据；为工程的资料管理和验收提供了数字化档案服务。

数字智能化监控系统的全方位应用实现了水利工程的创新化管理，为打造优质精品样板工程提供了有力保障，为工程安全鉴定、竣工验收以及今后的长期运行安全管理提供了支撑平台，已成为目前阿尔塔什大坝工程实施质量管理不可或缺的智能化设施。