CN115752568A - 一种高拱坝施工期安全监测自动化系统及建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高拱坝施工期安全监测自动化系统及建立方法，所述系统包括：坝踵应力检测模块、坝体倒悬变形检测模块、监测中心站、无线传输基站、仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块；本发明将实现坝址区域大范围、全过程自动化采集和实时在线分析，全面掌握包括大坝及坝基变形、渗流、温度、应力应变、坝基开挖回弹变形、坝体倾倒变形等性状，辅助进行大坝工程建设安全仿真，监控工程风险，指导大坝施工及蓄水和运行，避免大坝坝体及基础部位出现危害性裂缝和变形失稳。

Description

一种高拱坝施工期安全监测自动化系统及建立方法

技术领域

本发明涉及水利水电施工技术领域，具体涉及一种高拱坝施工期安全监测自动化系统及建立方法。

背景技术

通常大坝安全监测自动化系统都是工程主体完结后进行的，而施工期实现全面自动化监测的情况并不多见。传统施工过程中通常使用人工观察及传感器定期检测等方法监测施工期大坝安全情况，由于信息采集的时效性，势必导致无法及时的指导施工以及安全防范，同时复杂多变的施工现场也对人工检测做出了不小的要求，无法保证信息采集的连续性，不能消除人工检测的误差，难以兼顾施工进度及安全检测。施工期细微的误差都有可能影响整个大坝整体，严重甚至会埋下严重的安全隐患，因此基于传统检测的弊端，随着近些年以来随着中国水利水电工程建设规模巨大化，急需一种在施工期安全监测自动化方法及系统，全面感知大坝工程风险的相关信息，实现施工整体上的自动检测、信息汇总、整体调控、动态控制大坝施工期间风险事件及发展过程，做好质量管控以及风险规避，为大坝施工过程提供有力指导以及保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高拱坝施工期安全监测自动化系统及建立方法，本发明将实现坝址区域大范围、全过程自动化采集和实时在线分析，全面掌握包括大坝及坝基变形、渗流、温度、应力应变、坝基开挖回弹变形、坝体倾倒变形等性状，辅助进行大坝工程建设安全仿真，监控工程风险，指导大坝施工及蓄水和运行，避免大坝坝体及基础部位出现危害性裂缝和变形失稳。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，它包括：坝踵应力检测模块、坝体倒悬变形检测模块、监测中心站、无线传输基站、仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块；

坝踵应力检测模块和坝体倒悬变形检测模块是通过大坝建设时期所需的安全建设信息设立专项检测，利用压应力计、应变计、无应力计、多点位移计、倾角计和无线智能采集仪，实现施工期坝踵应力、倒悬变形检测；

所述监测中心站带有网络交换服务器；

所述无线传输基站与分散布设的无线智能采集仪建立无线通信并将采集的数据传输给监测中心站；

其中，对于电缆无法到达区域的传感器通过无线网关及4G网络向监测中心站传输数据；对于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采用光纤通信向监测中心站传输数据；

所述仓面传感器自动化检测模块包括在施工期未牵引线路区段的仓面传感器，其利用低功耗广域网技术借助无线智能采集仪通过无线通讯的方式传输数据，施工过程中将仓面传感器电缆牵引至观察站部分，将仓面传感器电缆直接接入监测中心站的自动化数据采集单元；

所述廊道检测自动化模块利用廊道光纤与路由器实现与监测中心站的通讯。

施工期坝踵应力检测应当包含无应力计特征值各点温度及应变，检测应与时长温度相关联体现出线膨胀系数及负相关系数。

施工期倒悬变形的专项监测倾角计检测结果应当与时间、温度和具体安装位置相关联，需描绘出倾角变化极值，数值需精确到0.01º。

传感器安装位置应当按照距上游面0.5m处起高程间距2.5m各埋设一对应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿度条件，一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距 1m，具体方位应当按照施工进度调整，以保证以调整位置对检测结果影响可以修正为准。

监测中心站需要包括：塔式服务器、微机工作站、便携计算机、网络交换机、多功能一体打印机、服务器以及足够满足存储所需的硬盘空间。

无线传输基站应该建立在左右两岸，包括两座无线传输基站，包含无线网关利用网卡实现与服务器之间的数据传输，并且配备太阳能板和蓄电池，网络信号能够与监测中心站联通数据实时传输回服务器。

仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块的具体区域划分应当按照施工期电缆未连接的条件来划分，此处不具备有线传输条件为仓面传感器检测自动化模块的区域，具备电缆引入条件则为廊道监测自动化模块的区域。

廊道检测自动化模块采用现地提供电源。

一种高拱坝施工期安全监测自动化系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤一，坝踵应力检测模块的布置安装：

采用填埋式应变计，在拱冠梁坝区域高程相隔20m处分别布置温度计，并根据工期做出调整，在上游面1.0m、2.5m 和 5.0m 处埋设一对无应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿条件，另一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距1m；

步骤二，坝体倒悬变形检测模块的布置安装：

在施工期拱冠梁坝段布置双向的高精度倾斜计，倾斜计为双轴，耐水压2MPa，安装位置为拱冠梁坝区域高程相隔20m处，并根据现场施工情况做出相应调整，以调整位置对检测结果影响可以修正为准，其中在大坝高程744m、762m、798m、816m、834m 部位的倾斜计安装于混凝土内部，其它安装于电梯井步道相应高程下游侧壁；

步骤三，监测中心站的构建：

监测中心站包括一台塔式服务器，微机工作站两台，便携计算机一台，网络交换机一台，其中数据库软件为SQL Server 2012 中文标准版，网络交换机服务器安装数据采集控制软件BGKLogger；

步骤四，无线传输基站的建立：

在左右两岸分别建立无线传输基站，其位置应当分别位于在左岸大坝下游洞出口以及大坝上游右岸出线场处；每座无线传输基站分别配备蓄电池和太阳能板以满足用电需求；两座无线传输基站各安装一套无线网关，通过联通内网卡实现与服务器之间的数据传输，经配置、调试后网络信号均能够与服务器联通，数据实时传回服务器；

步骤五，仓面传感器检测自动化的实现：

仓面传感器检测自动化主要用于在大坝混凝土浇筑过程中电缆仍在仓面、尚未引入廊道的监测仪器的自动化数据采集；由多台分散布设的基康GL2无线智能采集仪与布设安装在两侧坝肩的两台基康GL2-G无线网关组成无线监测数据采集网络，无线网关数据通过联通4G专网将数据上传至建设部办公楼的数据库服务器；

步骤六，廊道检测自动化的实现：

廊道检测自动化用于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采集，廊道内永久智能监测站采用现地提供电源，同一层廊道内各监测站使用BGK-Micro-48 及接入CCD的服务器，通过以太网交换机组网，各监测站间通过网线互联；各层廊道间通过光缆及光纤交换机进行通讯；若廊道内与监测中心站内具备光缆连接，则利用光纤交换机直接由光缆将信号接入，如不具备光缆直连，通过廊道口光纤交换机处接4G路由器通过联通4G专网接入建设部监测中心站。

温度计布置相应高程为739m、770m、800m、830m、860m、920m、960m；

坝踵应力、倒悬变形专项监测的钢弦式仪器应变计和BGK-6705-2 电解液质双轴倾斜计，分别采用无线智能数据采集仪差阻式BGK-GL2-DR-6、钢弦式BGK-GL2-VW-6以及BGK-GL2-MM通过无线网关接入自动化。

本发明有如下有益效果：

1、本发明将实现坝址区域大范围、全过程自动化采集和实时在线分析，全面掌握包括大坝及坝基变形、渗流、温度、应力应变、坝基开挖回弹变形、坝体倾倒变形等性状，辅助进行大坝工程建设安全仿真，监控工程风险，指导大坝施工及蓄水和运行，避免大坝坝体及基础部位出现危害性裂缝和变形失稳。

2、大坝施工期关键信息采集及其自动化检测设置检测区域并布置传感器，根据施工现场的进度划分有无电缆条件，分别利用电缆光纤通讯以及无线网络通讯实现信息检测，分别通过直接接入自动化数据采集单元与无线智能采集系统实现自动化采集，最终实现采集的监测自动化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的步骤一中坝踵应力检测模块的布置图。

图2为本发明的步骤二中坝体倒悬变形检测模块的布置图。

图3为本发明的系统图。

图4为本发明的数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参照图1-4，一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，它包括：坝踵应力检测模块、坝体倒悬变形检测模块、监测中心站、无线传输基站、仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块；坝踵应力检测模块和坝体倒悬变形检测模块是通过大坝建设时期所需的安全建设信息设立专项检测，利用压应力计、应变计、无应力计、多点位移计、倾角计和无线智能采集仪，实现施工期坝踵应力、倒悬变形检测；所述监测中心站带有网络交换服务器；所述无线传输基站与分散布设的无线智能采集仪建立无线通信并将采集的数据传输给监测中心站；其中，对于电缆无法到达区域的传感器通过无线网关及4G网络向监测中心站传输数据；对于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采用光纤通信向监测中心站传输数据；所述仓面传感器自动化检测模块包括在施工期未牵引线路区段的仓面传感器，其利用低功耗广域网技术借助无线智能采集仪通过无线通讯的方式传输数据，施工过程中将仓面传感器电缆牵引至观察站部分，将仓面传感器电缆直接接入监测中心站的自动化数据采集单元；所述廊道检测自动化模块利用廊道光纤与路由器实现与监测中心站的通讯。通过采用上述的系统，能够实现坝址区域大范围、全过程自动化采集和实时在线分析，全面掌握包括大坝及坝基变形、渗流、温度、应力应变、坝基开挖回弹变形、坝体倾倒变形等性状，辅助进行大坝工程建设安全仿真，监控工程风险，指导大坝施工及蓄水和运行，避免大坝坝体及基础部位出现危害性裂缝和变形失稳。

进一步的，施工期坝踵应力检测应当包含无应力计特征值各点温度及应变，检测应与时长温度相关联体现出线膨胀系数及负相关系数。通过采用上述的坝踵应力检测能够用于对施工期大坝的应力进行检测。

进一步的，施工期倒悬变形的专项监测倾角计检测结果应当与时间、温度和具体安装位置相关联，需描绘出倾角变化极值，数值需精确到0.01º。通过上述的倒悬变形检测能够实现施工期大坝变形检测，进而有效防止大坝的变形。

进一步的，传感器安装位置应当按照距上游面0.5m处起高程间距2.5m各埋设一对应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿度条件，一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距 1m，具体方位应当按照施工进度调整，以保证以调整位置对检测结果影响可以修正为准。

进一步的，监测中心站需要包括：塔式服务器、微机工作站、便携计算机、网络交换机、多功能一体打印机、服务器以及足够满足存储所需的硬盘空间。

进一步的，无线传输基站应该建立在左右两岸，包括两座无线传输基站，包含无线网关利用网卡实现与服务器之间的数据传输，并且配备太阳能板和蓄电池，网络信号能够与监测中心站联通数据实时传输回服务器。

进一步的，仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块的具体区域划分应当按照施工期电缆未连接的条件来划分，此处不具备有线传输条件为仓面传感器检测自动化模块的区域，具备电缆引入条件则为廊道监测自动化模块的区域。

进一步的，廊道检测自动化模块采用现地提供电源。

实施例2：

一种高拱坝施工期安全监测自动化系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤一，坝踵应力检测模块的布置安装：

采用填埋式应变计，在拱冠梁坝区域高程相隔20m处分别布置温度计，并根据工期做出调整，温度计布置相应高程为739m、770m、800m、830m、860m、920m、960m，在上游面1.0m、2.5m 和 5.0m 处埋设一对无应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿条件，另一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距1m；具体检测布置见附图1。

步骤二，坝体倒悬变形检测模块的布置安装：

在施工期拱冠梁坝段布置双向的高精度倾斜计，倾斜计为双轴，耐水压2MPa，安装位置为拱冠梁坝区域高程相隔20m处，并根据现场施工情况做出相应调整，以调整位置对检测结果影响可以修正为准，其中在大坝高程744m、762m、798m、816m、834m 部位的倾斜计安装于混凝土内部，其它安装于电梯井步道相应高程下游侧壁；布置图见附图2。

步骤三，监测中心站的构建：

监测中心站包括一台塔式服务器，微机工作站两台，便携计算机一台，网络交换机一台，其中数据库软件为SQL Server 2012 中文标准版，网络交换机服务器安装数据采集控制软件BGKLogger；数据流程图见图4。

步骤四，无线传输基站的建立：

在左右两岸分别建立无线传输基站，其位置应当分别位于在左岸大坝下游洞出口以及大坝上游右岸出线场处；每座无线传输基站分别配备蓄电池和太阳能板以满足用电需求；两座无线传输基站各安装一套无线网关，通过联通内网卡实现与服务器之间的数据传输，经配置、调试后网络信号均能够与服务器联通，数据实时传回服务器；

步骤五，仓面传感器检测自动化的实现：

仓面传感器检测自动化主要用于在大坝混凝土浇筑过程中电缆仍在仓面、尚未引入廊道的监测仪器的自动化数据采集；由多台分散布设的基康GL2无线智能采集仪与布设安装在两侧坝肩的两台基康GL2-G无线网关组成无线监测数据采集网络，无线网关数据通过联通4G专网将数据上传至建设部办公楼的数据库服务器；具体流程见图4。

步骤六，廊道检测自动化的实现：

廊道检测自动化用于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采集，廊道内永久智能监测站采用现地提供电源，同一层廊道内各监测站使用BGK-Micro-48 及接入CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件设备）的服务器，通过以太网交换机组网，各监测站间通过网线互联；各层廊道间通过光缆及光纤交换机进行通讯；若廊道内与监测中心站内具备光缆连接，则利用光纤交换机直接由光缆将信号接入，如不具备光缆直连，通过廊道口光纤交换机处接4G路由器通过联通4G专网接入建设部监测中心站，系统结构见如下图3所示。监测中心站通过网络直接对各传感器实施数据自动采集。

进一步的，坝踵应力、倒悬变形专项监测的钢弦式仪器应变计和BGK-6705-2 电解液质双轴倾斜计，分别采用无线智能数据采集仪差阻式BGK-GL2-DR-6、钢弦式BGK-GL2-VW-6以及BGK-GL2-MM通过无线网关接入自动化。

Claims (10)

1.一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于，它包括：坝踵应力检测模块、坝体倒悬变形检测模块、监测中心站、无线传输基站、仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块；

坝踵应力检测模块和坝体倒悬变形检测模块是通过大坝建设时期所需的安全建设信息设立专项检测，利用压应力计、应变计、无应力计、多点位移计、倾角计和无线智能采集仪，实现施工期坝踵应力、倒悬变形检测；

所述监测中心站带有网络交换服务器；

所述无线传输基站与分散布设的无线智能采集仪建立无线通信并将采集的数据传输给监测中心站；

其中，对于电缆无法到达区域的传感器通过无线网关及4G网络向监测中心站传输数据；对于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采用光纤通信向监测中心站传输数据；

所述仓面传感器自动化检测模块包括在施工期未牵引线路区段的仓面传感器，其利用低功耗广域网技术借助无线智能采集仪通过无线通讯的方式传输数据，施工过程中将仓面传感器电缆牵引至观察站部分，将仓面传感器电缆直接接入监测中心站的自动化数据采集单元；

所述廊道检测自动化模块利用廊道光纤与路由器实现与监测中心站的通讯。

2.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：施工期坝踵应力检测应当包含无应力计特征值各点温度及应变，检测应与时长温度相关联体现出线膨胀系数及负相关系数。

3.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：施工期倒悬变形的专项监测倾角计检测结果应当与时间、温度和具体安装位置相关联，需描绘出倾角变化极值，数值需精确到0.01º。

4.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：传感器安装位置应当按照距上游面0.5m处起高程间距2.5m各埋设一对应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿度条件，一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距 1m，具体方位应当按照施工进度调整，以保证以调整位置对检测结果影响可以修正为准。

5.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：监测中心站需要包括：塔式服务器、微机工作站、便携计算机、网络交换机、多功能一体打印机、服务器以及足够满足存储所需的硬盘空间。

6.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：无线传输基站应该建立在左右两岸，包括两座无线传输基站，包含无线网关利用网卡实现与服务器之间的数据传输，并且配备太阳能板和蓄电池，网络信号能够与监测中心站联通数据实时传输回服务器。

7.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：仓面传感器检测自动化模块和廊道监测自动化模块的具体区域划分应当按照施工期电缆未连接的条件来划分，此处不具备有线传输条件为仓面传感器检测自动化模块的区域，具备电缆引入条件则为廊道监测自动化模块的区域。

8.根据权利要求1所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统，其特征在于：廊道检测自动化模块采用现地提供电源。

9.权利要求1-8任意一项所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，坝踵应力检测模块的布置安装：

采用填埋式应变计，在拱冠梁坝区域高程相隔20m处分别布置温度计，并根据工期做出调整，在上游面1.0m、2.5m 和 5.0m 处埋设一对无应力计，其中一支与周围混凝土相同温度但保持绝对湿条件，另一支与周围混凝土保持相同温度和湿度条件，两者水平间距1m；

步骤二，坝体倒悬变形检测模块的布置安装：

在施工期拱冠梁坝段布置双向的高精度倾斜计，倾斜计为双轴，耐水压2MPa，安装位置为拱冠梁坝区域高程相隔20m处，并根据现场施工情况做出相应调整，以调整位置对检测结果影响可以修正为准，其中在大坝高程744m、762m、798m、816m、834m 部位的倾斜计安装于混凝土内部，其它安装于电梯井步道相应高程下游侧壁；

步骤三，监测中心站的构建：

监测中心站包括一台塔式服务器，微机工作站两台，便携计算机一台，网络交换机 一台，其中数据库软件为SQL Server 2012 中文标准版，网络交换机服务器安装数据采集控制软件BGKLogger；

步骤四，无线传输基站的建立：

在左右两岸分别建立无线传输基站，其位置应当分别位于在左岸大坝下游洞出口以及大坝上游右岸出线场处；每座无线传输基站分别配备蓄电池和太阳能板以满足用电需求；两座无线传输基站各安装一套无线网关，通过联通内网卡实现与服务器之间的数据传输，经配置、调试后网络信号均能够与服务器联通，数据实时传回服务器；

步骤五，仓面传感器检测自动化的实现：

仓面传感器检测自动化主要用于在大坝混凝土浇筑过程中电缆仍在仓面、尚未引入廊道的监测仪器的自动化数据采集；由多台分散布设的基康GL2无线智能采集仪与布设安装在两侧坝肩的两台基康GL2-G无线网关组成无线监测数据采集网络，无线网关数据通过联通4G专网将数据上传至建设部办公楼的数据库服务器；

步骤六，廊道检测自动化的实现：

廊道检测自动化用于电缆已引入廊道的监测仪器的自动化数据采集，廊道内永久智能监测站采用现地提供电源，同一层廊道内各监测站使用BGK-Micro-48 及接入CCD的服务器，通过以太网交换机组网，各监测站间通过网线互联；各层廊道间通过光缆及光纤交换机进行通讯；若廊道内与监测中心站内具备光缆连接，则利用光纤交换机直接由光缆将信号接入，如不具备光缆直连，通过廊道口光纤交换机处接4G路由器通过联通4G专网接入建设部监测中心站。

10.根据权利要求9所述一种高拱坝施工期安全监测自动化系统的建立方法，其特征在于，温度计布置相应高程为739m、770m、800m、830m、860m、920m、960m；

坝踵应力、倒悬变形专项监测的钢弦式仪器应变计和BGK-6705-2 电解液质双轴倾斜计，分别采用无线智能数据采集仪差阻式BGK-GL2-DR-6、钢弦式BGK-GL2-VW-6以及BGK-GL2-MM通过无线网关接入自动化。

Images