CN104536421A

CN104536421A - 碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法

Info

Publication number: CN104536421A
Application number: CN201410849422.6A
Authority: CN
Inventors: 钟登华; 胡炜; 崔博; 任炳昱
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-04-22

Abstract

一种碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法：分别安装在平仓机和碾压机上的监控终端实时获取平仓机坐标和碾压机坐标，并对当前平仓机坐标和碾压机坐标进行实时修正，监控终端中的激振力感应装置实时获取碾压机振动状态；监控终端将平仓机修正后的坐标、碾压机修正后的坐标、碾压机激振力状态以及当前时间经由无线网络发送到远程数据库服务器；远程数据库服务器对实时数据进行实时分析处理；在客户端上实时动态绘制平仓机和碾压机行走轨迹并实时显示；5)远程数据库服务器端判断施工参数是否达到施工质量控制标准；被监控仓施工结束后，客户端生成图形报告展示被监控仓施工层面的施工质量情况。本发明可以有效提高大坝施工质量控制水平和效率。

Description

碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法

技术领域

本发明涉及一种水利水电工程施工质量监控方法。特别是涉及一种能够实现对碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量的实时精细化管理，以保证和提高工程施工质量的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法。

背景技术

碾压混凝土坝是近几十年来发展起来的一种新坝型，具有快速、经济、环保的优越性，已成为高坝大库建设的代表性坝型。碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量直接关系到大坝的运行安全，然而碾压混凝土坝建设过程受各种复杂约束条件影响，施工质量控制难度大。常规的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量控制方法中，施工过程质量主要由人工通过巡检、旁站等方式进行控制，目前尚缺乏高精度、自动化的施工质量实时控制手段与方法。这导致碾压混凝土坝施工质量控制受人为因素影响大、管理粗放、质量控制精度低，以至实际施工中存在以振代平、碾压遍数和厚度不达标等问题，严重影响大坝的施工质量与安全。因此，采用具有实时性、全天候、高精度等特点的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控技术，对实现工程建设精细化管理、确保施工质量具有十分重要的意义。

目前，国内外尚未有针对碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方面的研究。在国内，天津大学(2009年)提出了心墙堆石坝施工质量实时监控方法，该方法实现了对心墙堆石坝的填筑碾压和坝料运输过程的在线监测和反馈控制。但是，该方法针对心墙堆石坝施工特点开发，而心墙堆石坝在施工工艺和质量控制方面与碾压混凝土坝有着本质区别，不适用于碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量的实时控制。武汉英思工程科技有限公司(2012年)提出了混凝土坝施工质量实时监控方法及系统，该方法从原材料、混凝土、浇筑仓着手，对混凝土坝施工进行监控。但是，该方法关注的是常态混凝土坝施工中对混凝土温度、浇筑时间、浇筑量等数据的采集，未实现对仓面施工过程的实时、精细、自动化监控。而在碾压混凝土坝施工中，仓面施工是决定施工质量的关键，因此，该方法不适用于碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控。在国外，施工质量实时控制的研究主要集中在道路及房屋工程中，尚无针对大坝工程尤其是碾压混凝土坝工程的研究。

综上所述，传统的碾压混凝土坝施工质量控制中受人为因素干扰大、管理粗放。开展碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控的研究具有重要理论意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现对仓面施工主要环节精细化、全天候、实时在线监测与控制的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法。

本发明所采用的技术方案是：一种碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，包括如下步骤：

1)分别安装在平仓机和碾压机上的监控终端实时获取平仓机坐标和碾压机坐标，并根据从GPS基准站发送的坐标差分信息，对当前平仓机坐标和碾压机坐标进行实时修正，提高定位精度，同时，监控终端中的激振力感应装置实时获取碾压机振动状态；

2)监控终端通过无线传输模块将平仓机修正后的坐标、碾压机修正后的坐标、碾压机激振力状态以及当前时间经由无线网络发送到远程数据库服务器；

3)远程数据库服务器的应用程序对监控终端发送来的实时数据进行实时分析处理，得到平仓机行进速度、平仓机高程、平仓厚度、碾压机行进速度、碾压机高程、碾压厚度和碾压遍数；

4)在客户端上实时动态绘制平仓机和碾压机行走轨迹，在轨迹前端实时显示相应的平仓机行进速度、碾压机行进速度、碾压机振动状态，并实现施工层面内任意点平仓厚度、碾压厚度、碾压遍数信息的实时查询；

5)按照预先设定的标准，远程数据库服务器端的应用程序判断施工参数是否达到施工质量控制标准，若不达标，则发出报警，将信息实时反馈给相应人员，及时纠偏，实现施工质量的实时控制；

6)被监控仓施工结束后，客户端生成图形报告展示被监控仓施工层面的施工质量情况。

步骤3)所述的平仓机行进速度和碾压机行进速度，是根据平仓机和碾压机的坐标数据和时间信息求出，具体是：设平仓机或碾压机在相邻时刻t₁与t₂的坐标分别为P₁(x₁,y₁,z₁)和P₂(x₂,y₂,z₂)，则两点间的行进速度为

v = \frac{\sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} {(y_{1} - y_{2})}^{2} + {(z_{1} - z_{2})}^{2}}}{Δt}

上式中，Δt为固定时间间隔，Δt＝t₁-t₂。

步骤3)对于平仓机高程和碾压机高程，是综合平仓机和碾压机的坐标数据与时间数据，实时确定仓面内任意位置的平仓机高程和碾压机高程。

步骤3)所述的平仓厚度和碾压厚度，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，平仓机或碾压机实时高程值与上一层收层时对应网格的平仓机或碾压机的高程值之差即为所述网格实时平仓厚度或碾压厚度。

步骤3)所述的碾压遍数，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，碾压机每经过一个网格一次，网格碾压遍数加1，按网格实时记录碾压遍数。

步骤4)所述的实时动态绘制平仓机和碾压机行走轨迹是，首先获取相邻时间间隔两轨迹点的坐标，其中的平面二维坐标对应于显示平面的横坐标值和纵坐标值，通过分段绘制投影后相邻轨迹点间的线段得到平仓机或碾压机的行走轨迹。

步骤6)所述的图形报告包括：仓面内施工层的平仓轨迹图、铺筑高程图、铺筑厚度图、碾压轨迹图、碾压遍数图、压实高程图、压实厚度图。

本发明的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，是针对碾压混凝土坝的施工特点和施工质量控制要求而提出的，实现了对碾压混凝土坝平仓过程和碾压过程施工参数的实时获取、查询，使得施工过程得到量化；将获得的施工参数与控制标准实时比较，在不达标时及时报警、反馈，实现了对施工质量的实时控制，避免了人工质量控制的粗放、盲目；系统图形报告的生成为施工质量验收提供了实际施工质量信息，是质量验收环节中的科学参考。本发明方法的提出，有效解决了传统碾压混凝土坝浇筑施工质量控制中受人为因素干扰大、管理粗放等不足的问题，通过对该碾压混凝土坝施工中平仓过程和碾压过程的实时监控，实现了对碾压混凝土坝施工主要环节的精细化、全过程、全天候、实时在线监测与控制，可以有效提高大坝施工质量控制水平和效率，确保了工程质量始终处于受控状态。

附图说明

图1是本发明碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法的整体流程图；

图2是本发明碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法实施的组织结构图；

图3是本发明碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法中施工参数报警流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法做出详细说明。

本发明的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，包括如下步骤：

3)远程数据库服务器的应用程序对监控终端发送来的实时数据进行实时分析处理，得到平仓机行进速度、平仓机高程、平仓厚度、碾压机行进速度、碾压机高程、碾压厚度和碾压遍数，实现施工参数的实时获取；其中，

所述的平仓机行进速度和碾压机行进速度，是根据平仓机和碾压机的坐标数据和时间信息求出，具体是：设平仓机或碾压机在相邻时刻t₁与t₂的坐标分别为P₁(x₁,y₁,z₁)和P₂(x₂,y₂,z₂)，则两点间的行进速度为

v = \frac{\sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} {(y_{1} - y_{2})}^{2} + {(z_{1} - z_{2})}^{2}}}{Δt}

上式中，Δt为固定时间间隔，Δt＝t₁-t₂。

所述的平仓机高程和碾压机高程，是综合平仓机和碾压机的坐标数据与时间数据，实时确定仓面内任意位置的平仓机高程和碾压机高程，

所述的平仓厚度和碾压厚度，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，平仓机或碾压机实时高程值与上一层收层时对应网格的平仓机或碾压机的高程值之差即为所述网格实时平仓厚度或碾压厚度。

所述的碾压遍数，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，碾压机每经过一个网格一次，网格碾压遍数加1，按网格实时记录碾压遍数。

所述的实时动态绘制平仓机和碾压机行走轨迹是，首先获取相邻时间间隔两轨迹点的坐标，其中的平面二维坐标对应于显示平面的横坐标值和纵坐标值，通过分段绘制投影后相邻轨迹点间的线段得到平仓机或碾压机的行走轨迹。

所述的图形报告包括：仓面内施工层的平仓轨迹图、铺筑高程图、铺筑厚度图、碾压轨迹图、碾压遍数图、压实高程图、压实厚度图。所述的图形报告真实反映了实际施工过程，可作为施工质量验收的辅助材料和依据。

下面结合本发明的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，给出具体实例：

(1)在平仓机上安装集成有卫星天线、高精度GPS接收机、差分天线、无线传输模块的监控终端，碾压机上安装集成有卫星天线、高精度GPS接收机、差分天线、激振力感应装置和无线传输模块的监控终端。上述安装有监控终端的平仓机、碾压机又称为流动站。高精度GPS接收机以固定的时间间隔实时定位当前平仓机、碾压机的坐标；差分天线接收GPS基准站发送的坐标差分信息，对当前坐标进行实时修正；同时，通过激振力监测设备获得碾压机振动状态；平仓机修正后坐标、碾压机修正后坐标、碾压机振动状态、当前时间，通过无线传输模块，经无线网络发送到总控中心数据库服务器。

定位基准站由高精度GPS接收机、GPS卫星天线、无线电台、差分天线组成，是整个实时监控过程中定位的“位置标准”。卫星定位接收机单点(一台接收机进行卫星信号解算)精度只能达到亚米级的观测精度，这无法满足实际工程需要。为了提高卫星定位接收机的定位精度，使用动态差分RTK技术，利用已知的基准点坐标来修正实时获得的测量结果。在基准点上架设一台卫星定位接收机，通过无线电数据链，将基准站的GPS观测数据和已知位置信息实时发送给GPS流动站，与流动站的GPS观测数据一起进行载波相位差分数据处理，从而计算出流动站的空间位置信息，将平仓机、碾压机的定位精度提高到厘米级，达到大坝浇筑碾压质量控制的要求。

(2)在业主营地建设总控中心，总控中心主要包括服务器系统、数据库系统、通讯系统、安全备份系统以及现场监控应用系统等，配置多台高性能服务器和计算工作站、高速无线内部网络、大功率UPS等，以实现对系统数据的有效管理和分析应用。总控中心服务器端的应用程序对接收到的实时数据进行实时分析处理，并将处理后的结果存入数据库。

(3)为了实现对施工过程的实时监控，在客户端实时动态绘制平仓机、碾压机行走轨迹，在平仓机轨迹前端的旁侧实时显示平仓机行进速度、在碾压机轨迹前端的旁侧实时显示碾压机行进速度和碾压机振动状态，并可实时查询施工层任意点的平仓厚度、碾压厚度及碾压遍数。

(4)在对施工干扰小且又邻近施工坝面的安全区域建设现场监理分控站，并应根据大坝建设进展适时调整分控站位置。分控站24小时常驻监理，监理人员在施工现场实时监控浇筑碾压质量，一旦出现质量偏差，可以在现场及时进行纠偏工作。

监控系统将实时计算得到的施工参数值与预先设定的质量控制标准作比较，在不符合标准进行报警，提醒相关人员实时采取质量控制措施。

对平仓机速度、碾压机速度、碾压机振动状态不满足控制标准要求，通过客户端向监理和施工管理人员发出报警信息；同时通过安装在驾驶室的报警器，向施工人员发出报警信息。现场监理指导施工人员实时纠正速度、振动状态。

对平仓厚度、碾压厚度、碾压遍数不满足控制标准要求，通过客户端发出报警信息，监理通过对讲机向施工人员发出相应施工指令，直至合格为止。

(5)监控系统输出监控成果并以生成图形报告的形式展现。图形报告包括：仓面内施工层的平仓轨迹图、铺筑高程图、铺筑厚度图、碾压轨迹图、碾压遍数图、压实高程图、压实厚度图。上述材料真实反映了施工过程，可作为施工质量验收的辅助材料和依据。

Claims

1.一种碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤3)所述的平仓机行进速度和碾压机行进速度，是根据平仓机和碾压机的坐标数据和时间信息求出，具体是：设平仓机或碾压机在相邻时刻t₁与t₂的坐标分别为P₁(x₁,y₁,z₁)和P₂(x₂,y₂,z₂)，则两点间的行进速度为

v = \frac{\sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2} + {(z_{1} - z_{2})}^{2}}}{Δt}

上式中，Δt为固定时间间隔，Δt＝t₁-t₂。

3.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤3)对于平仓机高程和碾压机高程，是综合平仓机和碾压机的坐标数据与时间数据，实时确定仓面内任意位置的平仓机高程和碾压机高程。

4.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤3)所述的平仓厚度和碾压厚度，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，平仓机或碾压机实时高程值与上一层收层时对应网格的平仓机或碾压机的高程值之差即为所述网格实时平仓厚度或碾压厚度。

5.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤3)所述的碾压遍数，是将施工区域按一定标准划分成若干网格，碾压机每经过一个网格一次，网格碾压遍数加1，按网格实时记录碾压遍数。

6.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤4)所述的实时动态绘制平仓机和碾压机行走轨迹是，首先获取相邻时间间隔两轨迹点的坐标，其中的平面二维坐标对应于显示平面的横坐标值和纵坐标值，通过分段绘制投影后相邻轨迹点间的线段得到平仓机或碾压机的行走轨迹。

7.根据权利要求1所述的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控方法，其特征在于，步骤6)所述的图形报告包括：仓面内施工层的平仓轨迹图、铺筑高程图、铺筑厚度图、碾压轨迹图、碾压遍数图、压实高程图、压实厚度图。