淺談垂線—引張線技術(shù)在金雞攔河閘水平位移測(cè)報(bào)中的應(yīng)用

黃全福

（福建省泉州市金雞攔河閘管理處 362333）

淺談垂線—引張線技術(shù)在金雞攔河閘水平位移測(cè)報(bào)中的應(yīng)用

黃全福

（福建省泉州市金雞攔河閘管理處 362333）

本文對(duì)金雞攔河閘水平位移測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)情況作了介紹，通過(guò)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)有效地跟蹤了水閘的水平位移，為水閘安全監(jiān)測(cè)提供保障。

垂線—引張線 水閘 水平位移

1 工程概況

泉州市金雞攔河閘是是一座集防洪、灌溉、供水等效益于一體的大（1）型水利樞紐工程，工程于2005年4月6日正式動(dòng)工建設(shè)，2007年4月29日正式下閘蓄水并試運(yùn)行。鑒于金雞攔河閘牽涉當(dāng)?shù)卮蟛糠诸I(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，保障其安全運(yùn)行是十分必要的。根據(jù)福建省水利廳《泉州市金雞攔河閘改（重）建專題論證報(bào)告》，同意在金雞攔河閘工程中建設(shè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 垂線、引張線系統(tǒng)

2.1 垂線系統(tǒng)

垂線系統(tǒng)包括正垂線系統(tǒng)和倒垂線系統(tǒng)。正垂線系統(tǒng)其固定點(diǎn)懸掛于欲測(cè)部位的上部，垂線下部設(shè)重錘，使該線體始終處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，作為測(cè)量的基準(zhǔn)線，垂線坐標(biāo)儀則設(shè)置在沿線體布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上。正垂線可測(cè)量相對(duì)于頂部懸掛點(diǎn)的位移變化。

倒垂線系統(tǒng)的錨固點(diǎn)設(shè)在基巖下一定深度，線體上引至地面，利用浮筒的浮力將線體拉直并保持一定的張緊力，浮筒置于被測(cè)對(duì)象上并隨其一起位移，但垂線借助于浮子仍始終保持為鉛直，故該垂線可認(rèn)為是基準(zhǔn)線。倒垂線錨固點(diǎn)的深度通常要求達(dá)到基巖的不動(dòng)點(diǎn)，因此倒垂上部測(cè)點(diǎn)的位移可認(rèn)為是絕對(duì)位移。正垂和倒垂常組合使用，再配以人工或者自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備，可求得建筑物整個(gè)高度各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)水平位移量（見(jiàn)圖1）。

2.2 引張線系統(tǒng)

引張線法是觀測(cè)直線型或折線型大壩水平位移的常用方法。引張線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，可布置在壩頂，壩體廊道或壩基廊道中。其端點(diǎn)和正、倒垂線相結(jié)合，可觀測(cè)各壩段的絕對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)大壩位移的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

圖1 垂線測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

引張線法的原理是利用在兩個(gè)固定的基準(zhǔn)點(diǎn)之間張緊一根不銹鋼絲作為基準(zhǔn)線，用布設(shè)在大壩的各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的引張線儀或人工光學(xué)比測(cè)裝置，對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行垂直于偏離基準(zhǔn)線的變化量的測(cè)定，從而可求得各觀測(cè)點(diǎn)的水平位移量。

引張線系統(tǒng)通常由張緊端點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)、引張線、引張線保護(hù)管、固定端五大部分組成，見(jiàn)圖2。

3 垂線—引張線系統(tǒng)建設(shè)

監(jiān)測(cè)設(shè)備與主體工程同步施工。閘體位移觀測(cè)采用的是倒垂線與引張線相結(jié)合的方法，工程中安裝應(yīng)用了兩根倒垂線，分別安裝在閘體左右側(cè)邊墩上，在沿壩軸線方向的閘頂上游側(cè)共設(shè)置9個(gè)測(cè)點(diǎn)（每個(gè)伸縮段設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)），分別觀測(cè)各個(gè)閘墩的水平位移量（見(jiàn)圖3）。

圖3 金雞攔河閘垂線—引張線監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖

4 信息管理系統(tǒng)

閘壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)由分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和安全信息管理系統(tǒng)兩部分組成。分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)控裝置及傳感器布置在水閘現(xiàn)場(chǎng)，整個(gè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置在岸邊的金雞攔河閘管理處的閘壩安全監(jiān)測(cè)工作站進(jìn)行控制。閘壩安全信息管理系統(tǒng)由信息管理主機(jī)、信息管理軟件和資料分析軟件等組成。

閘壩安全監(jiān)測(cè)的日常操作都在安全監(jiān)測(cè)工作站上進(jìn)行，工作站通過(guò)光纖與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制裝置（MCU）聯(lián)接，光纖通訊可以提高系統(tǒng)的防雷抗干擾能力，保證系統(tǒng)的可靠性。每個(gè)MCU可以就近接入閘壩上的監(jiān)測(cè)儀器，根據(jù)儀器的種類配置不同的模塊。工作站上安裝有閘壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的采集軟件，通過(guò)該軟件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的所有功能，或設(shè)置MCU自動(dòng)測(cè)量的周期。

5 引張線儀與垂線坐標(biāo)儀基準(zhǔn)長(zhǎng)度

安裝的步進(jìn)電機(jī)式引張線儀和垂線坐標(biāo)儀，每次采集數(shù)據(jù)時(shí)都測(cè)量與壩體固定在一起的兩個(gè)基準(zhǔn)桿之間的長(zhǎng)度，稱之為基準(zhǔn)長(zhǎng)度，它是一個(gè)永久不變的一個(gè)數(shù)值，根據(jù)它可以判斷儀器及系統(tǒng)的測(cè)量是否正常。每臺(tái)引張線儀及垂線坐標(biāo)儀的基準(zhǔn)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。從表1中可以看出，10臺(tái)引張線儀及2臺(tái)垂線坐標(biāo)儀的均方差的平均值為0.08，小于《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》關(guān)于大壩變形監(jiān)測(cè)精度小于1mm的要求，表明引張線儀在整個(gè)量程范圍內(nèi)基本滿足規(guī)范要求的測(cè)量精度，能正確反映大壩的變形規(guī)律。

引張線儀及垂線坐標(biāo)儀的基準(zhǔn)時(shí)間為2007年8月30日，基準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 引張線儀及垂線坐標(biāo)儀基準(zhǔn)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)（2007年8月30日～2008年4月） 單位：mm

表2 引張線儀及垂線坐標(biāo)儀基準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)（2007年8月30日） 單位：mm

圖4 垂線—引張線水平位移過(guò)程線

6 運(yùn)行期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

泉州金雞閘自2007年7月28日正式下閘蓄水至2008年5月，測(cè)值變化趨勢(shì)連續(xù)有規(guī)律，觀測(cè)數(shù)據(jù)基本正常。

從左、右岸邊墩的倒垂線觀測(cè)成果看，沿壩軸線方向的變形比順?biāo)鞣较虻淖冃我?，兩者的年變幅?007年7月～2008年5月）分別為12.5mm、11.7mm；邊墩在氣溫較低的1～2月向兩岸變形到最大值，在氣溫較高的7～8月向河床變形到最大值。左、右岸邊墩順?biāo)鞣较蜃冃蔚哪曜兎?.2mm、3.3mm左右，在氣溫較低的2月達(dá)到向下游變形最大值，在氣溫較高的7～8月向上游變形達(dá)最大值。左、右邊墩的變形主要受氣溫影響，從變形幅度和方向上看，其變形規(guī)律是一致的，間接表明邊墩的變形是正常的，這也符合類似項(xiàng)目的變形規(guī)律。

從引張線測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)成果看，大壩變形主要受氣溫響，呈年周期變化。從2007年8月30日以來(lái)，隨著氣溫的降低，大壩逐步向下游變形（正方向），總體表現(xiàn)為河床中部壩段變形量大，兩岸變形量??；從2008年2月中旬開(kāi)始，隨著氣溫的升高，大壩逐步向上游變形（負(fù)方向）。2008年2月中旬各個(gè)壩段均達(dá)到向下游變形最大值，基本都有4～5mm的變形量，最大變形為5.5mm，發(fā)生在5號(hào)閘墩的EX5處。

總體來(lái)看，左右邊墩的變形主要受氣溫影響，從變形幅度和方向上看，其變形規(guī)律是一致的，其左右岸方向的年變形幅度為11～12mm，順?biāo)鞣较蚰曜冃畏葹?mm左右。水閘順?biāo)鞣较蛩轿灰浦饕軞鉁仨?，呈年周期變化，年變幅?mm左右，河床中部變形量較兩側(cè)要大。其變化規(guī)律為氣溫降低，大壩向下游變形；反之，向上游變形，符合一般規(guī)律（見(jiàn)上頁(yè)圖3）。

7 結(jié)語(yǔ)

金雞攔河閘工程的水平位移測(cè)報(bào)系統(tǒng)是一項(xiàng)十分重要的非工程措施，它對(duì)水閘的工程安全、防洪安全、供水安全起著重要作用。該系統(tǒng)的投入運(yùn)行為水閘的工程安全管理提供了科學(xué)、可靠的依據(jù)，充分發(fā)揮了現(xiàn)代化管理的優(yōu)越性，提高了工程安全的保障性。