水利水电工程安全监测设计的优化研究

水利水电工程安全监测设计的优化研究

发表时间：2018-09-25T11:37:12.470Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第12期作者：邓富平

[导读] 作者认为应按照工程类别和级别两者相结合的方法选择监测项目，由于考虑了不同结构形式及不同建筑物。

永州市水利水电建设有限责任公司湖南省永州市 425000

摘要：针对我国在水利水电工程监测设计中普遍存在的问题，在水利部国际合作与科技司和水利水电规划设计总院的领导和支持下，就水利水电工程安全监测设计的优化问题进行了专题研究，其目的在于使监测设计中能合理地布置监测项目、测点和仪器，按最经济的设计方案来满足工程安全和科研监测的实际需要，以提高监测设计的技术水平，尽可能节约仪器设备和监测工作量。

关键词：安全监测；设计优化

1研究成果

1.1监测项目

选择合理的监测项目是搞好监测设计的关键，我国《混凝土大坝安全监测技术规范》SDJ336—89（以下简称混凝土坝规范）和《土石坝安全监测技术规范》SL60—94（以下简称土石坝规范），仅笼统地将大坝分别分为4级和3级来选择监测项目，由于没有考虑建筑物的类别（如不同坝型和不同建筑物），致使针对性不强，往往造成监测项目和测点偏多，不能抓住重点，甚至不能解决各种工程需要解决的实际问题。作者认为应按照工程类别和级别两者相结合的方法选择监测项目，由于考虑了不同结构形式及不同建筑物，如大坝、水闸、溢洪道、隧洞、地下厂房、水库等，从而使选择的监测项目既有针对性，又有合理性，能更好地达到设计的目的和要求。此外，还应根据各种建筑物及各种监测物理量的限差要求，选择合理的监测方法及监测仪器。

1.2变形监测

针对水平、垂直、挠曲、倾斜、裂缝及接缝等变形监测设计的特点，作者分别提出了不同的优化结果及适合各种工程类别和部位的各种监测方法。在水平位移监测设计中，提出最好采用能同时观测水平和垂直位移的双向引张线，给出双向引张线和不等高引张线的计算方法；对激光准直法则明确提出了真空激光适用于长坝，而大气激光适用于短坝的观点；对测量控制网，在测角网、测边网和边角网三种方法中，提出一般最好采用测边网的方案。在垂直位移监测设计中，当复盖层较厚时，为了优化设计，一般应采用深埋钢管标作基点，只有当全年温度变幅较大的地方，才有必要采用双金属标；在地形复杂地区，可以采用三角高程法代替二等或三等水准测量；在高程传递方面，建议采用倒垂线代替高程传递仪等。在挠度监测设计方面，提出了将垂线设置在两个坝段的交界处，同时在两个坝段上设置测点，使一条垂线可同时观测两个坝段的位移及两坝段之间的错动。并提出当倒垂孔内基岩完好时，可不设保护管的方案。在倾斜监测设计方面，由于以往工作开展较少，是变形监测的薄弱环节，故特别提出了加强倾斜监测的建议。可在不同高程布置精密水准或遥测倾斜仪，监测不同高程的倾斜并可换算成挠度，倾斜仪不仅可作静、动态观测且便于实现自动化，必要时还可与垂线测值互相校核。在接缝及裂缝监测设计方面，除提出了水下电视、探地雷达等新方法外，强调在坝踵及岸坡较陡坝段与基岩接合处宜布设测点。鉴于裂缝监测的重要作用，提出对Ⅳ类建筑物可只进行裂缝监测而不必进行其它变形监测．

1.3渗流监测

渗流监测是安全监测的关键项目之一。因渗流监测内容较多，以往没能统一进行分类，笔者认为应将监测内容划分为：扬压力、渗水压力、孔隙压力、绕渗压力、地下水压力及渗流量6部分，现分述如下：在扬压力监测设计方面，明确主要是对混凝土坝和砌石坝进行，并分为坝体和坝基两部分。强调靠上游的第一个测点，一般应布设在帷幕后，特殊情况下需布设在帷幕前时，则以埋设渗压计监测为宜。在渗水压力监测设计方面，明确主要是对土石坝进行，也分为坝体和坝基两部分，分别提出了在不同坝体结构和坝基地质条件下的优化布置。在孔隙压力监测设计方面，主要观测土壤在固结过程中产生的孔隙压力，并与渗水压力监测互相兼顾。在绕渗压力方面，土石坝规范规定布设2个～3个观测断面，建议改为1个～2个观测断面。混凝土坝规范规定，“在两岸的帷幕后顺帷幕方向布置两排测点”是不太合理的，笔者认为可统一改为沿流线方向布设1个～2个观测断面。在地下水压力监测方面，土石坝规范没有作出规定，混凝土坝规范仅对近坝区岩体作了一些规定。作者认为可将地下水压力监测分为近坝区岩土体及地下建筑物两部分，包括：滑坡体、高边坡、地质构造带及隧洞、地下厂房、地下泵站、泄水底孔、埋涵、高压管道等。在渗流量监测方面，土石坝和混凝土坝规范规定比较笼统，不够具体，笔者认为可将渗流量划分为下游渗流量、分区渗流量、廊道渗流量、坡降法渗流量及减压井渗流量五部分；对于水质分析则明确提出了对工程安全关系密切的温度、PH值、电导率及透明度等指标。

2水利水电工程安全监测信息系统的设计与研发

水利水电工程安全监测信息系统的核心就是数据库，换句话说水利水电工程安全监测信息系统的设计与研发主要就是针对数据库的设计与研发，当然水利水电工程安全监测信息系统的设计与研发还包括监测点的位置的选取、安全监测系统自动化的设计与研发等方面。不过接下来文章只是就水利水电工程安全监测信息系统的数据库的设计与研发做一下简单的介绍。

2.1水利水电工程安全监测信息系统数据库设计

数据库是水利水电工程安全监测信息系统的基拙，是保证水利水电工程安全监测信息系统的各个方面都能顺利进行的核心。数据库的设计必须要先进行数据源设计，接着进行数据库概念设计，然后是数据库逻辑设计，最后是数据库物理设计。

2.1.1水利水电工程安全监测信息系统数据源分析

水利水电工程安全监测信息系统的信息量巨大、种类多种多样且结构相当复杂。按照获取数据的时程则可以分为：在线搜集、人工观测、查巡的实时数据和从历史资料得到的监控信息；按照数据的形式来分，可以分为数值型数据和图像、文本、视频等非数值型信息；还可以分为有计算机经过各种处理得到的数据和直接采集到的原始数据。监测系统信息和监测的数据是水利水电工程安全监测系统的核心数据，这两项数据是对水利水电工程的安全可靠性等结论的分析的评判基拙。人们也会将系统信息、知识信息、成果信息、工程信息等数据储存到综合数据库中，以便满足系统的运行和系统的完备性。

2.1.2水利水电工程安全监测信息系统数据库概念设计

就像前文提到的一样，综合数据库在水利水电工程安全监测信息系统中处于核心地位，它要为数据输入子系统、数据管理子系统、数