CN110849555A - 心墙坝渗漏监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了心墙坝渗漏监测系统及方法，包括：渗漏监测管道，所述渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙外侧；水流传感器，所述水流传感器安装在渗漏监测管道的管道口最低点或者管道内最低点。渗漏监测管道位于过渡料层与堆石料层接触带处，且渗漏监测管道平行坝轴线。所述渗漏监测管道水平铺设。所述渗漏监测管道至少铺设一道，至少有一道渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙最下端外侧。本发明具有沿坝线全线监测、无盲区、监测精度高、方便快捷、效率高、及时、全生命周期监测等特点。

Description

心墙坝渗漏监测系统及方法

技术领域

本发明涉及沥青混凝土心墙堆石坝技术领域，具体地说是心墙坝渗漏监测系统及方法。

背景技术

目前沥青混凝土心墙堆石坝越来越多，建设规模也在越来越大，由于施工技术和自然因素等容易造成心墙防渗体的质量缺陷，蓄水后则可能出现渗漏问题。由于沥青混凝土心墙坝体结构的特殊性，一旦出现渗漏就会对大坝安全造成严重威胁。对于渗漏的心墙坝查找其渗漏点、分析渗漏原因和渗漏程度非常困难，往往需要投入大量的工作及资金，且不一定检测出准确的渗漏位置，也无法准确分析其渗漏原因及渗漏程度，且检测周期长，有效解决渗漏问题严重滞后。

在设计方案中针对防渗墙渗漏的监测，多采用断面埋设渗压计的方法监测防渗墙下游侧的水位变化情况，并依此分析判断心墙的渗漏位置及渗漏程度。这种监测手段仅仅监测的是个别点，而且这一点水位的变化并不代表监测点对应部位心墙出现了渗漏点，更无法分析判断渗漏程度。对于监测断面之间更是无法分析判断心墙的渗漏情况。

鉴于心墙坝的特殊结构，如果设计一套能够连续监测不同桩号位置的心墙渗漏情况，及时分析判定渗漏部位、渗漏程度，对于心墙坝运行管理和维护具有十分重要的意义，能够将事后补救提到事前预置，为工程安全运行提供有利保障。

总之，目前对于心墙坝的渗漏监测还仅仅停留在个别点上，没有一个全方位连续监测的系统。另外，关于心墙渗漏的检测十分复杂，难度大，工作量及资金投入大，检测周期长，无法做到及时发现渗漏问题及时得到解决处理，因此，增大了水库安全风险。

以沥青混凝土心墙堆石坝为例来看坝体的结构特征，见示意图1。坝体中间设有沥青混凝土心墙，紧贴心墙两侧为过渡料（以砂砾石为主，重点保护心墙，往往具有一定透水性），过渡料外侧为堆石料。一般按心墙和坝壳材料可分为沥青混凝土心墙堆石坝、沥青混凝土砂砾石坝、黏土心墙堆石坝、黏土心墙砂砾石坝、混凝土心墙堆石坝、混凝土心墙砂砾石坝等多种。坝基覆盖层较厚时一般采用混凝土防渗墙对地基覆盖层进行防渗处理。下伏基岩如果透水性较大，往往采用灌浆方式进行防渗处理。

根据沥青混凝土心墙坝结构特征，过渡料区一般非常密实，透水性差，而外侧堆石料颗粒粒径大，往往具有较大孔隙，透水性强。心墙的渗漏形式多以裂缝或点状孔隙渗水，长时间的漏水会在过渡料区沿水流路径形成渗水通道，而穿过过渡料区，之后水流则会沿过渡料与堆石料接触带以垂向流形式向下渗入坝基形成稳定的地下水。见示意图1。

申请号：201621013894.9，申请日：2016-08-31公开了一种大坝渗漏监测系统，包括设置于大坝内部的监测管道、电阻测量仪、检测电极、测量处理器和信号传输单元，电阻测量仪设置于地面上与检测电极连接；检测电极设置于监测管道外部的土壤中，用于获取检测电极之间的土壤电阻值信号；测量处理器与信号传输单元连接，用于发送渗漏判断信号。本实用新型提供的大坝渗漏监测系统通过设置于大坝内部的监测管道，并在监测管道内设置检测电极，然后通过检测电极组成检测土壤电阻值的检测电路，根据土壤电阻值信号来判断被检测部分坝体是否具有渗漏现象，如果有渗漏信号，则可进一步在该的监测腔内置入挥发性物质进行渗漏位置的准确探测，该渗漏监测系统结构简单、实时性强，可对大坝动态地实时监测。

申请号：201520820667.6，申请日：2015-10-23堤坝防渗漏监测装置，具有抗干扰性好、性能稳定、探测结果准确的优点，实现了实时有效的监测效果。本实用新型包括堤坝本体、监测系统，所述堤坝本体上设置有防渗坡；所述防渗坡表面设置有防腐层，所述防腐层的下部设置有混凝土固定层，所述混凝土固定层的下部设置有防水卷材层，所述堤坝本体的下端设置有防渗体；所述监测系统通过信号线连接有探测仪，所述探测仪连有探头组，所述探头组完全插入到堤坝本体上的防渗坡内；所述监测系统包括信号通道电路、ADC模块、电源模块、微处理器、SD卡模块、通信模块、触摸屏、液晶显示屏；所述SD卡模块、通信模块、触摸屏、液晶显示屏分别与微处理器相连；所述电源模块为整个监测系统提供电能。

申请号：201310460820.4，申请日：2013-10-08涉及深厚覆盖层上的面板坝渗漏量监测结构,包括截水墙，监测孔，监测管和量水堰，其特征是：截水墙位于覆盖层上，截水墙两端与两岸基岩或弱透水边界固定，截水墙的墙顶处布置有量水堰，量水堰是凹形缺口，沿截水墙的中心轴线方向每隔5m～15m布置一个监测孔，监测孔为竖直孔延伸至覆盖层内，监测孔内设置有监测管，监测管的管壁处布置有筛孔，监测管沿管长轴线方向间隔开有多个筛孔，不同深度的筛孔内均布置有电导探头。该布置结构简单，易于实施，投资相对于全截断方案小。

申请号：201610944200.1，申请日：2016-11-02公开了一种水库安全在线自动监测系统，它包括坝体渗流监测装置、水位监测装置、坝体深陷及平移监测装置、无线通信网络和后台管理系统，所述的坝体渗流监测装置、水位监测装置和坝体深陷及平移监测装置分别接入无线通信网络与后台管理系统相连并将现场监测数据发送给后台管理系统，所述后台管理系统根据现场监测数据进行预警判断，如果监测数据达到设定值则向发出预警信息。本发明通过对坝体渗流、水库水位以及坝体深陷及平移进行监测并将监测数据通过实时发送给后台管理系统相连，后台管理系统根据现场监测数据进行预警判断，如果监测数据达到设定值则向发出预警信息，从而实现了对水库的全面安全监测，为以后的水库建设提供实践依据。

申请号：201811475235.0，申请日：2018-12-04涉及机器人领域，具体的说是一种管道机器人，包括支架单元和行走单元，其特征在于所述支架单元包括正三棱柱状主体支架、连接支架和底部支架，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮，所述履带轮安装于底部支架，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆，电动推杆一端与主体支架相铰接，电动推杆另一端与连接支架中部相铰接，具有提供一种管道适应能力强、三个履带轮可独立伸缩等优点。

申请号：201810381294.5，申请日：2018-04-25公开了一种水下管道内部监测机器人，包括机器外壳，所述机器外壳的左侧固定连接有固定轴，所述固定轴的左端固定连接有马达箱，且马达箱的内部固定连接有马达，所述马达输出轴的一端贯穿马达箱并延伸至马达箱的左侧，所述马达输出轴的一端固定连接有第一锥齿轮，所述马达箱的正面和背面均通过第一连接杆固定连接有固定柱，且马达箱的顶部和底部均通过第二连接杆固定连接有转动块，本发明涉及机器人技术领域。该水下管道内部监测机器人，有效解决了监测仪不能全方位的监测到管道的每个部位，经常会出现一些死角区域，当意外事故发生在死角区域时，不能及时的发现问题，进而引发一些安全事故的问题。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供心墙坝渗漏监测系统及方法，具有沿坝线全线监测、无盲区、监测精度高、方便快捷、效率高、及时、全生命周期监测等特点。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：

心墙坝渗漏监测系统，包括：

渗漏监测管道，所述渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙下游侧；

水流传感器，所述水流传感器安装在渗漏监测管道的管道口最低点或者管道内最低点。

进一步地，所述渗漏监测管道位于过渡料层与堆石料层接触带处，且渗漏监测管道平行坝轴线。

进一步地，所述渗漏监测管道水平铺设。

进一步地，所述渗漏监测管道至少铺设一道，至少有一道渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙最下端外侧，即该处铺设的渗漏监测管道要低于沥青混凝土心墙最下端。

进一步地，还包括：

隔水层，所述隔水层位于过渡料层内，且隔水层内端连接沥青混凝土心墙外表面并密封，隔水层外端连接至坝体堆石层内边缘。

进一步地，所述隔水层为黏土质砂砾隔水层。

进一步地，所述隔水层上表面为倾斜面，即隔水层上表面内端高于隔水层上表面外端。

进一步地，所述隔水层上表面外端平齐于渗漏监测管道最底端。

进一步地，还包括：

渗漏监测井，所述渗漏监测井为竖向设置，所述渗漏监测管道与渗漏监测井连通。

进一步地，所述渗漏监测井至少设置一个。

进一步地，所述渗漏监测管道上半部分开设径向贯通的进液小孔。

进一步地，所述渗漏监测管道外部包裹过滤网。

进一步地，所述渗漏监测管道内安装管道机器人及水流传感器。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：心墙坝渗漏监测方法，包括以下步骤：

沿过渡料与堆石料接触带布置平行坝轴线的渗漏监测管道，这样的管道要保证至少有一条位于沥青混凝土心墙最下端外侧，就可以收集渗漏水流，这样沥青混凝土心墙沿线任何位置出现渗漏，其渗流都会进入渗漏点下方的监测管道；

在管道口或管道内布设水流传感器，及时将水流信息传到监控室，完成心墙坝渗漏监测的目的。

进一步地，包括以下步骤：

为了使渗漏水尽可能流入监测管，可以在过渡料中与监测管同一高程带，在过渡料中添加适量黏土料，与过渡料混合一起碾压，进一步减小该段过渡料的透水性，构成隔水层，确保渗流进入渗漏监测管道。

进一步地，包括以下步骤：

在心墙坝设置竖向的渗漏监测井，渗漏监测管道与渗漏监测井连通，渗漏监测管道为水平布置，一旦有水就会沿监测管道流出进入监测井内。

进一步地，包括以下步骤：

在渗漏监测管道内设置管道机器人，通过管道机器人及时检测渗漏监测管道内壁上的出水情况，判定渗漏点位置，并且可以通过渗出水流流速及流量分析判定渗漏点的渗漏程度。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明根据沥青心墙坝的结构特征及渗漏点的渗流形式，在渗漏点的下方沿过渡料与堆石料接触带布置平行坝轴线的管道，就可以收集渗漏水流，这样心墙沿线哪个桩号出现渗漏，其渗流都会进入渗漏点下方的监测管道。

为了使渗漏水尽可能流入监测管，可以在过渡料中与监测管同一高程带，在过渡料中添加适量黏土料，与过渡料混合一起碾压，进一步减小该段过渡料的透水性，确保渗流进入监测管。监测管为水平布置，一旦有水就会沿监测管道流出进入监测井内。

可以在管道口或管道内布设水流传感器，及时将水流信息传到监控室。

另外，通过管道机器人及其它方法可以及时检测管道内壁上的出水情况，判定渗漏点位置，并且可以通过渗出水流流速及流量分析判定渗漏点的渗漏程度。

本发明具有沿坝线全线监测、无盲区、监测精度高、方便快捷、效率高、及时、全生命周期监测等特点。

附图说明

图1为现有技术中的心墙坝渗漏时的结构剖视图；

图2为本发明心墙坝渗漏监测系统主视结构剖视图；

图3为本发明心墙坝渗漏监测系统俯视结构剖视图；

图4为监测井与监测管剖面设计示意图；

图5为监测管的结构图；

图6为监测管的横截面图。

图中：1、沥青混凝土心墙，2、过渡料层，3、混凝土基座，4、混凝土防渗墙，5、基岩防渗帷幕灌浆区，6、坝体堆石层，7、河床覆盖层，8、基岩，9、库水位，10、渗漏监测管道，11、黏土质砂砾隔水层，12、渗漏点，13、渗漏水流线，14、渗漏监测井。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2至图6，本发明提供一种技术方案：

心墙坝渗漏监测系统，包括：

渗漏监测管道10，所述渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙1外侧或下游一侧，所谓沥青混凝土心墙1外侧或下游一侧意思是指沥青混凝土心墙靠近库中心的一侧为内侧，远离库中心的一侧为外侧；

水流传感器，所述水流传感器沿管道线路等间距布置安装在渗漏监测管道的管道口最低点或者管道内最低点。图上没有显示水流传感器，不过在相近或相关领域管道内设置安装各种传感器对于本领域技术人员是清楚的。

进一步地，所述渗漏监测管道位于过渡料层2与堆石料层6接触带处，且渗漏监测管道平行坝轴线。

进一步地，所述渗漏监测管道水平铺设。

进一步地，所述渗漏监测管道至少铺设一道，至少有一道渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙最下端外侧，即该处铺设的渗漏监测管道要低于沥青混凝土心墙最下端。

进一步地，还包括：

隔水层，所述隔水层位于过渡料层内，且隔水层内端连接沥青混凝土心墙外表面并密封，隔水层外端连接至坝体堆石层内边缘。

进一步地，所述隔水层为黏土质砂砾隔水层11。

进一步地，所述隔水层上表面为倾斜面，即隔水层上表面内端高于隔水层上表面外端。

进一步地，所述隔水层上表面外端平齐于渗漏监测管道最底端。

进一步地，还包括：

渗漏监测井14，所述渗漏监测井为竖向设置，所述渗漏监测管道与渗漏监测井连通。

进一步地，所述渗漏监测井至少设置一个。

进一步地，所述渗漏监测管道开设径向贯通的进液小孔。所述渗漏监测管道开设的径向贯通的进液小孔只开设在渗漏监测管道横截面的上三分之二截面上。

进一步地，所述渗漏监测管道外部包裹过滤网。

进一步地，所述渗漏监测管道内安装管道机器人，机器人可远程实时操控。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案：心墙坝渗漏监测方法，包括以下步骤：

沿过渡料与堆石料接触带布置平行坝轴线的渗漏监测管道，这样的管道要保证至少有一条位于沥青混凝土心墙最下端外侧，就可以收集渗漏水流，这样沥青混凝土心墙沿线任何位置出现渗漏，其渗流都会进入渗漏点下方的监测管道；

在管道口或管道内布设水流传感器，及时将水流信息传到监控室，完成心墙坝渗漏监测的目的。图上没有显示，不过图上不显示传感器，但在相近或相关领域管道内设置各种传感器对于本领域技术人员是清楚的。

进一步地，包括以下步骤：

为了使渗漏水尽可能流入监测管，可以在过渡料中与监测管同一高程带，在过渡料中添加适量黏土料，与过渡料混合一起碾压，进一步减小该段过渡料的透水性，构成隔水层，确保渗流进入渗漏监测管道。

进一步地，包括以下步骤：

在心墙坝设置竖向的渗漏监测井，渗漏监测管道与渗漏监测井连通，渗漏监测管道为水平布置，一旦有水就会沿监测管道流出进入监测井内。

进一步地，包括以下步骤：

在渗漏监测管道内设置管道机器人，机器人上带有水流传感器或者探头监控系统，机器人可远程实时操控，通过管道机器人及时检测渗漏监测管道内壁上的出水情况，判定渗漏点位置，并且可以通过渗出水流流速及流量分析判定渗漏点的渗漏程度。图上没有显示管道机器人，不过在管道内设置各种机器人以及管道机器人本身，对于本领域技术人员是清楚的，属于公知技术，直接利用即可。

渗漏监测系统的设计要结合坝体设计方案同时进行设计，渗漏监测系统主要包括监测管道与监测井，监测设备以管道机器人为主，可以结合目前较先进但不成熟的光纤监测方法布设光纤。

渗漏监测系统中监测管道及监测井的数量可根据大坝的高度、长度综合分析确定。渗漏监测管道沿心墙坝过渡料下游侧平行心墙面布置，垂向上的管道数量可考虑10~20m布置一条，具体需根据心墙坝高度进行设计。管材选取具有高强度的柔性材料为好，能够承受较大的压力和较大的变形。管径250~300mm。沿管壁梅花状布置小孔，孔径1.0~1.5cm，孔间距20~30cm，管壁外包高强度纱网，确保过渡料不进入管道内。其中管道下方1/3段不设小孔，可使渗入水沿管道顺利流出或流至低位监测点。见图5、图6。

监测井可根据检测和监测设备的功能进行确定，一般按200~500mm布置一眼即可，采用预制混凝土管比较方便，管径1.0~1.5m，每节长度可根据施工方式确定，一般500~600mm便于施工。监测系统布置见示意图3与图4。

渗漏监测系统需要在施工过程中结合坝体填筑同时完成。

运行期渗漏监测

水库蓄水及运行期无论心墙哪个部位出现渗漏，其渗水都会沿过渡料或与堆石之间垂直向下流动，必然会进入带有孔眼的监测管道中，并沿管道流至监测井，通过管道中布置的渗流传感器实现及时监测。根据传感器传送的信息，采用管道机器人从监测井进入管道中进行检测，进一步确定渗漏部位的具体桩号位置，再通过监测视频分析，评估渗漏程度及渗漏范围，必要时可建立坝体心墙渗流模型做进一步详细分析。

其他监测

目前了解，光纤在水库渗漏及变形监测方面有所应用，可以结合布置的渗漏监测管道，平行布置光纤进行渗漏及坝体的变形监测。

效率及效益分析

渗漏监测系统的实施，无论在效率方面还是在效益方面都有非常明显的优势，详见表1。

表1 常规监测、渗漏检测及管道监测方法对比

本申请中凡是没有展开论述的零部件本身、本申请中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，包括：

渗漏监测管道，所述渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙外侧；

水流传感器，所述水流传感器安装在渗漏监测管道的管道口最低点或者管道内最低点。

2.根据权利要求1所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道位于过渡料层与堆石料层接触带处，且渗漏监测管道平行坝轴线。

3.根据权利要求2所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道水平铺设。

4.根据权利要求3所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道至少铺设一道，至少有一道渗漏监测管道铺设在沥青混凝土心墙最下端外侧，即该处铺设的渗漏监测管道要低于沥青混凝土心墙最下端。

5.根据权利要求4所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，还包括：

隔水层，所述隔水层位于过渡料层内，且隔水层内端连接沥青混凝土心墙外表面并密封，隔水层外端连接至坝体堆石层内边缘。

6.根据权利要求5所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述隔水层为黏土质砂砾隔水层。

7.根据权利要求5或6所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述隔水层上表面为倾斜面，即隔水层上表面内端高于隔水层上表面外端。

8.根据权利要求7所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述隔水层上表面外端平齐于渗漏监测管道最底端。

9.根据权利要求8所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，还包括：

渗漏监测井，所述渗漏监测井为竖向设置，所述渗漏监测管道与渗漏监测井连通。

10.根据权利要求9所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测井至少设置一个。

11.根据权利要求1或2或3或4或5或9所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道开设径向贯通的进液小孔。

12.根据权利要求11所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道外部包裹过滤网。

13.根据权利要求12所述的心墙坝渗漏监测系统，其特征在于，所述渗漏监测管道内安装管道机器人。

14.心墙坝渗漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

沿过渡料与堆石料接触带布置平行坝轴线的渗漏监测管道，这样的管道要保证至少有一条位于沥青混凝土心墙最下端外侧，就可以收集渗漏水流，这样沥青混凝土心墙沿线任何位置出现渗漏，其渗流都会进入渗漏点下方的监测管道；

在管道口或管道内布设水流传感器，及时将水流信息传到监控室，完成心墙坝渗漏监测的目的。

15.根据权利要求14所述的心墙坝渗漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

为了使渗漏水尽可能流入监测管，可以在过渡料中与监测管同一高程带，在过渡料中添加适量黏土料，与过渡料混合一起碾压，进一步减小该段过渡料的透水性，构成隔水层，确保渗流进入渗漏监测管道。

16.根据权利要求15所述的心墙坝渗漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在心墙坝设置竖向的渗漏监测井，渗漏监测管道与渗漏监测井连通，渗漏监测管道为水平布置，一旦有水就会沿监测管道流出进入监测井内。

17.根据权利要求16所述的心墙坝渗漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在渗漏监测管道内设置管道机器人，通过管道机器人及时检渗漏监测管道内壁上的出水情况，判定渗漏点位置，并且可以通过渗出水流流速及流量分析判定渗漏点的渗漏程度。

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