舒國(guó)庫(kù)

(廣州創(chuàng)科工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司， 廣東 廣州 510000)

安全監(jiān)測(cè)作為一項(xiàng)工程安全保證措施，在施工期進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握工程建筑物結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化信息；并且提供工程在各種不利情況下工程性能評(píng)價(jià)和工程安全評(píng)估所必需的資料；掌握工程工況，控制施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全，指導(dǎo)施工、監(jiān)控施工；檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，監(jiān)測(cè)成果作為工程資料來(lái)驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)的正確性[1-2]。

本文針對(duì)福州溪源泄洪洞工程制定自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案并建立預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泄洪洞工程變形、滲流、應(yīng)力等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)可靠的將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析，發(fā)現(xiàn)異常情況。

1 項(xiàng)目概況

溪源泄洪洞主體工程地理位置在福州市閩侯縣上街鎮(zhèn)、竹岐鄉(xiāng)，該工程主要包括進(jìn)水口、隧洞段、淺埋式鋼管段和出水建筑物等四部分。在地理位置分布上，進(jìn)水口處于水庫(kù)大壩左側(cè)堤岸上游約300 m，出水建筑物主要集中于竹岐蘇洋村周邊地帶，防止洪澇災(zāi)害是溪源泄洪洞工程的主要功能。泄洪洞流量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是310 m3/s，所能承受的最大靜水頭106.72 m。在洞式進(jìn)水口的前端位置設(shè)計(jì)了一定長(zhǎng)度的明渠段，泄洪洞隧洞段設(shè)計(jì)斷面為圓形，長(zhǎng)度為6572.60 m，內(nèi)徑尺寸為6.60 m，襯砌所使用的鋼筋混凝土厚0.35 m；淺埋式鋼管段斷面設(shè)計(jì)同樣為圓形，長(zhǎng)度為500 m左右，內(nèi)徑6 m作用，使用26 mm厚的鋼襯，1 m厚回填混凝土；出口工作閘室段長(zhǎng)度為30 m左右，泄洪洞水平長(zhǎng)度7000 m左右。事故檢修閘門井設(shè)計(jì)在進(jìn)水口下游約100 m隧洞處，平板閘門孔口為6 m×6 m的方形；工作弧形門設(shè)計(jì)在出口工作閘室段，孔口尺寸為4.20 m×5.35 m的矩形，出口挑流泄槽緊隨其后，消力池及明渠段設(shè)計(jì)在下游；檢修井設(shè)計(jì)在隧洞段出口，尺寸為4 m×4 m的方形，抽水泵、進(jìn)入孔以及控制閥均在檢修井中布置；管理樓和連接道路處位于泄洪洞出口附近[3]。

2 重點(diǎn)施工監(jiān)測(cè)布設(shè)

2.1 泄洪洞監(jiān)測(cè)

鉆爆隧洞沿線根據(jù)地形地質(zhì)條件，在鉆爆隧洞地質(zhì)條件較薄弱部位共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，如圖1。

2.1.1 變形監(jiān)測(cè)

在斷面1-1和斷面2-2隧洞頂拱及左側(cè)分別布置1支測(cè)縫計(jì)和2個(gè)收斂測(cè)點(diǎn)，且在隧洞地質(zhì)條件較差的斷面右側(cè)增設(shè)1支測(cè)縫計(jì)和1套四點(diǎn)式位移計(jì)，共計(jì)6支測(cè)縫計(jì)、6個(gè)收斂點(diǎn)和2套四點(diǎn)式位移計(jì)。測(cè)縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)襯砌與圍巖接縫處的開(kāi)合度變化情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，收斂測(cè)點(diǎn)用于施工期收斂計(jì)變形監(jiān)測(cè)。斷面1-1監(jiān)測(cè)儀器電纜引至就近施工支洞內(nèi)的MCU自動(dòng)采集單元，通過(guò)GPRS模塊傳輸至信息管理中心，斷面2-2監(jiān)測(cè)儀器電纜引至就近檢修閘井的MCU自動(dòng)采集單元，通過(guò)GPRS模塊傳輸至信息管理中心。

圖1 泄洪洞監(jiān)測(cè)布置縱剖面圖

2.1.2 滲流監(jiān)測(cè)

在斷面3-3隧洞左側(cè)布置1支滲壓計(jì)，且在隧洞地質(zhì)條件較差的斷面右側(cè)增設(shè)1支滲壓計(jì)，共計(jì)2支滲壓計(jì)，用于監(jiān)測(cè)襯砌的外水壓力情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.1.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

為了實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)圍巖的支護(hù)應(yīng)力，將錨桿應(yīng)力計(jì)分別置于斷面1-1和斷面2-2隧洞頂拱和左側(cè)處，且在隧洞地質(zhì)條件較差的斷面右側(cè)增設(shè)1支錨桿應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力監(jiān)測(cè)圖如圖2。

圖2 泄洪洞應(yīng)力監(jiān)測(cè)圖

在斷面1-1和斷面2-2隧洞頂拱及左側(cè)分別布置1支鋼筋計(jì)，且在隧洞地質(zhì)條件較差的斷面右側(cè)增設(shè)1支鋼筋計(jì)，共計(jì)6支鋼筋計(jì)，用于監(jiān)測(cè)襯砌的鋼筋應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.2 泄洪洞與G70福銀高速交叉

在泄洪洞與G70福銀高速交叉邊坡和G70福銀高速表面布置7個(gè)垂直位移測(cè)點(diǎn)，垂直位移采用水準(zhǔn)法，利用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖3。在變形影響區(qū)域外布置2個(gè)水準(zhǔn)起測(cè)基點(diǎn)，并在便于觀測(cè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上布置一組(3個(gè))水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行校核。

圖3 泄洪洞與G70福銀高速交叉監(jiān)測(cè)布置縱剖面

2.3 泄洪洞出水口監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.3.1 變形監(jiān)測(cè)

在泄洪洞出水口表面布置15個(gè)垂直位移測(cè)點(diǎn)，a-a斷面布置2個(gè)沉降板，垂直位移采用水準(zhǔn)法[4]，利用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在變形影響區(qū)域外布置2個(gè)水準(zhǔn)起測(cè)基點(diǎn)，并在便于觀測(cè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)布置一組(3個(gè))水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行校核。在出水口工作閘室段布置2個(gè)ABS測(cè)斜管，利用活動(dòng)測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3.2 滲流監(jiān)測(cè)

在泄洪洞檢修閘井處布置1個(gè)流速儀，下游側(cè)布置1根水位標(biāo)尺，并在附近布置1套雷達(dá)水位計(jì)，對(duì)水位變化情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，流速儀監(jiān)測(cè)儀器電纜引至檢修閘井的MCU自動(dòng)采集單元，通過(guò)GPRS模塊傳輸至信息管理中心，雷達(dá)水位計(jì)監(jiān)測(cè)儀器電纜引至工作閘室的MCU自動(dòng)采集單元，通過(guò)GPRS模塊傳輸至信息管理中心[5]。如圖4。

圖4 泄洪洞出水口滲流監(jiān)測(cè)

2.3.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在泄洪洞出水口斷面1-1、斷面a-a、斷面b-b和斷面c -c的鋼管頂拱及左側(cè)各布置2個(gè)鋼板計(jì)，共計(jì)16支錨桿應(yīng)力計(jì)，用于監(jiān)測(cè)鋼管的支護(hù)應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

斷面1-1監(jiān)測(cè)儀器電纜引至就近檢修閘井的MCU自動(dòng)采集單元，通過(guò)GPRS模塊傳輸至信息管理中心；斷面a-a、斷面b-b和斷面c -c監(jiān)測(cè)儀器電纜引至就近綜合管理樓，直接傳輸至信息管理中心。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要求

3.1 自動(dòng)化系統(tǒng)布置原則

系統(tǒng)布置需要滿足滿足以下條件：實(shí)時(shí)可靠、實(shí)用先進(jìn)、易于拓展、維護(hù)簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性、安全性等要求[4]。

能及時(shí)采集自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行分析處理，監(jiān)測(cè)攔河閘及連接段等建筑物的運(yùn)行工作性態(tài)；安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)要求能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行全面的備份及恢復(fù)；從韶關(guān)市乳源瑤族自治縣水庫(kù)供水工程(原水管道部分)安全監(jiān)測(cè)實(shí)施項(xiàng)目工程需要出發(fā)，各樞紐建筑物關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)的評(píng)判、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、綜合信息管理等是系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能；使用開(kāi)源性統(tǒng)接口及軟件，方便后期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)、擴(kuò)展、更改等；為了更簡(jiǎn)單的添加硬件模塊、增加軟件引用等功能盡量采用模塊化設(shè)計(jì)[6]。

3.2 自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)功能

系統(tǒng)需要能夠?qū)λ褂玫母黝悅鞲衅鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、采集、處理，既能實(shí)現(xiàn)中央控制又能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，滿足“無(wú)人值班”的要求，各測(cè)值具有越限報(bào)警功能。傳感器的數(shù)據(jù)既可以暫存于測(cè)控裝置中又可以上傳到監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行分析計(jì)算處理等工作[7]。

進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)輸入/輸出、顯示并打印結(jié)果、分析當(dāng)前狀態(tài)、查看歷史數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)工作站上就可以實(shí)現(xiàn)；依靠自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并且掌握各監(jiān)測(cè)目標(biāo)的工作狀態(tài)，主要包括在線監(jiān)測(cè)建筑物狀態(tài)、離線數(shù)據(jù)分析、制作圖表、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理并進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)等[8]，同時(shí)應(yīng)為測(cè)控裝置假裝存儲(chǔ)器以及斷電保護(hù)模塊，能夠暫存并且保證數(shù)據(jù)自動(dòng)覆蓋。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備、功能模塊、運(yùn)行狀態(tài)等需要進(jìn)行定期檢查，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試及維護(hù)；對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備提示的故障信息準(zhǔn)確掌握，方便維修。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠與筆記本電腦相匹配的借口，方便利用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)控裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，即使設(shè)備故障也可以保證數(shù)據(jù)完整[9]。另外也要保證實(shí)現(xiàn)人工將數(shù)據(jù)錄入到軟件中去；提高設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)的安全性，設(shè)計(jì)多級(jí)用戶權(quán)限、多級(jí)用戶密碼。保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4 構(gòu)建自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由泄洪洞、泄洪洞出水口及監(jiān)測(cè)自動(dòng)化軟件組成。監(jiān)測(cè)儀器電纜敷設(shè)引至就近MCU自動(dòng)采集單元，對(duì)應(yīng)通道接入自動(dòng)測(cè)量模塊，數(shù)據(jù)集中通過(guò)GPRS模塊發(fā)送至中控室。安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用交流220 V電源或太陽(yáng)能30 W系統(tǒng)供電，交流220 V 電源由工程統(tǒng)一完成配置和線纜敷設(shè)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安裝

泄洪洞(施工支洞)安裝1個(gè)自動(dòng)化采集單元，配裝2個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，1套采集裝置MCU，光端機(jī)2個(gè)，配裝1個(gè)16通道測(cè)量模塊接入1-1監(jiān)測(cè)斷面，測(cè)縫計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、四點(diǎn)位移計(jì)，采用太陽(yáng)能30 W系統(tǒng)供電，數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊從就近施工支洞發(fā)送至中控室。

泄洪洞出水口安裝1個(gè)自動(dòng)化采集單元，配裝2個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，2套采集裝置MCU，配裝1個(gè)16通道測(cè)量模塊接入斷面2-2、斷面3-3和斷面a-a中的斷面1-1監(jiān)測(cè)，測(cè)縫計(jì)、滲壓計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、四點(diǎn)位移計(jì)、鋼板計(jì)，采用交流220 V電源供電，數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送至中控室。斷面a-a、斷面b-b及斷面c-c監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)電纜直接接入中控室。

福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)防洪排澇體系溪源泄洪洞工程管理樓機(jī)房安裝安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收GPRS模塊，中控值班室安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作站，配套福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)防洪排澇體系溪源泄洪洞工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)管理軟件。

5 自動(dòng)化預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 設(shè)計(jì)遵循原則

在工程一定范圍內(nèi)安裝聯(lián)動(dòng)警示設(shè)備，以便在出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能夠快速通知相關(guān)人員，采取有效措施應(yīng)對(duì)；同時(shí)還應(yīng)該定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控、維護(hù)和管理，達(dá)到對(duì)泄洪洞進(jìn)行全方位的監(jiān)控以及對(duì)監(jiān)控信息作出有效應(yīng)對(duì)?；诖私ㄔO(shè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)視頻與廣播技術(shù)的預(yù)警系統(tǒng)。

預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則：具有穩(wěn)定性，系統(tǒng)和硬件需要配套相應(yīng)的監(jiān)控操作系統(tǒng)和相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)，能夠在環(huán)境比較復(fù)雜、可靠性要求較高的環(huán)境中運(yùn)行；具有經(jīng)濟(jì)性，充分利用其他監(jiān)控領(lǐng)域中成功應(yīng)用的中間件和模塊，保證先進(jìn)性并可以向上兼容拓展[9]；使用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)理念，在需要對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行添加的時(shí)候只需要模塊化的增加即可，并且減少投入；具有實(shí)用性，系統(tǒng)能夠滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需要，可以與報(bào)警設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)、并實(shí)現(xiàn)查看歷史、遠(yuǎn)程控制、多畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控[9]；保證系統(tǒng)安全，平臺(tái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全性在管理中是關(guān)鍵問(wèn)題之一，必須保障數(shù)據(jù)安全，還應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾性[9]。同時(shí)人機(jī)接口功能強(qiáng)，界面采用全中文顯示，功能強(qiáng)，操作方便，簡(jiǎn)潔、靈活，便于二次開(kāi)發(fā)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和泄洪洞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及上級(jí)調(diào)度之間可進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙調(diào)功能[9]。

5.2 預(yù)警監(jiān)控布設(shè)

根據(jù)泄洪洞建筑特點(diǎn)，監(jiān)視點(diǎn)主要設(shè)置在中控室、管理樓大門、出口工作閘門、出水口水位尺等重要部位，安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)。

5.3 水庫(kù)廣播系統(tǒng)

該工程廣播系統(tǒng)由信號(hào)源、智能廣播機(jī)、放大和處理設(shè)備、傳輸線路和揚(yáng)聲器組成。該廣播系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有多種預(yù)警方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，預(yù)警任務(wù)設(shè)置靈活，信息自動(dòng)上報(bào)，拾音及時(shí)準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)取證錄音，防盜報(bào)警。采用數(shù)控電源時(shí)序器對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行供電，保障系統(tǒng)安全?？梢詳U(kuò)展遠(yuǎn)程尋呼控制、市話插播、消防報(bào)警等功能。

主要設(shè)備組成，揚(yáng)聲器、音柱頻率響應(yīng)60～15 kHz;靈敏度-45±3 dB；輸出阻抗200 HM；電源供應(yīng)AC220 V帶電源適配器1個(gè)；入侵報(bào)警控制器1套；人工直播插入話筒或音源1套；控制器1套；低噪聲放大器1站；擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)備1臺(tái)；揚(yáng)聲器、音柱2個(gè)；管內(nèi)配600 m。

5.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)的軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須成熟、可靠、安全，品控優(yōu)良且能夠提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。部頒 《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》(DL/T 578—2008)所要求的各項(xiàng)指標(biāo)據(jù)需要滿足。采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)理念，使得系統(tǒng)更加容易拓展，隨時(shí)隨地的增加功能并擴(kuò)充規(guī)模。

接地點(diǎn)使用電站公用接地網(wǎng)接地。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用“一點(diǎn)接地”方式。本計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和電站設(shè)備公用一接地網(wǎng)(接地電阻不大于 4 Ω)，不考慮計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用單獨(dú)的接地方式。在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置接地匯流牌，并在銅牌上分布設(shè)置銅接線柱便于使用。

視頻監(jiān)控設(shè)備組成有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1套；服務(wù)器顯示設(shè)備1臺(tái)；監(jiān)控?cái)z像機(jī)1臺(tái)；監(jiān)控?cái)z像機(jī)3臺(tái)；雙絞線纜200 m；避雷器8個(gè)；光電轉(zhuǎn)換器4個(gè)；光纖300 m；軟件1套。

6 總 結(jié)

本文通過(guò)對(duì)福州溪源泄洪洞工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案及預(yù)警系統(tǒng)布設(shè)研究，根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方便可靠、必要性，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)布設(shè)，達(dá)到了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的目的；同時(shí)設(shè)置了基于視頻監(jiān)控和廣播的自動(dòng)化預(yù)警系統(tǒng)。

對(duì)于泄洪洞工程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)主要在洞室的應(yīng)力變形上，滲漏往往是隧洞監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)滲漏往往不能代替人工經(jīng)驗(yàn)上滲漏對(duì)洞室變形的影響，這也是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)不足的地方，也是今后研究的重點(diǎn)。