试分析船闸结构的安全监测系统设计

2019-06-16 版权声明 举报文章

摘要:船闸工程是通航枢纽的重要建筑物,其安全运行直接影响着上下游人民的生命财产安全。本文从船闸安全监测的基本概念出发,介绍了工程监测内容及测点布置、系统的结构组成以及数据采集与传输系统的构成等内容,为船闸安全监测系统设计提供一定的参考。

关键字:船闸结构;安全监测系统;监测点

水路运输是现代交通运输的重要部分,对社会主义建设、改善人民生活水平及促进文化交流都发挥着重要作用。随着各国加快综合利用与开发水资源的步伐,在水利工程中兴建的通航建筑物日益增多。船闸作为通航建筑物的主要型式,为使船舶畅通过坝,充分发挥水资源的综合利用效益。因此船闸的结构安全显得尤为重要。由于船闸类型较多,其结构的设计较为复杂,不同船闸结构的受力状态也各有不同。同时,结构的设计和施工直接影响建成后船闸的内力分布。因此,在施工过程中,加强船闸结构的监测与优化,在保障船闸结构的安全起着非常关键的作用。

一、船闸安全监测的概述

(一)船闸安全检测的含义

现阶段,我国船闸安全监测主要是由人工巡视检查和仪器自动化监测组成,但随着科学技术的发展,船闸的安全检测技术也取得了长足的进步,逐步有传统的人工巡查发展成为自动安全检测。在相同的工作量之下,与自动化安全监测相比,人工观测的周期长,观测数据精确度和同步时间较长。如果遇到河流的汛期,在水位猛涨的条件下,以人工的能力做到及时监测与精确分析计算是比较困难的。因此,目前船闸的监测已经在逐步趋向自动化和系统化了。但是,受限于船闸的特点和目前自动化仪器监测水平有限,船闸安全自动化监测系统还不够完善,因此在采用仪器对船闸进行自动化监测的过程中,同样需要结合人工检查的方式,对船闸进行巡视检查,从而科学得出船闸安全监测所需要的数据,这样才能保障船闸安全监测系统的职能健全。

(二)船闸安全监测的意义

第一是船闸的安全检测可以让人们及时有效地了解船闸的运行状态和安全状况,主要是通过获取环境数据、水文信息、结构和渗流状况等信息,进行分析、计算以及判断等程序,最终对船闸的安全情况进行了解也为其稳定运行提供了支持。

第二是有助于根据观测的数据和规律对船闸的结构进行计算和模拟,总结观测数据的变化及其物理成因,及时发现隐患并采取适宜的措施,确保船闸的安全,延长船闸的使用寿命,提升运行效率。

第三是有利于反馈信息。因为船闸的工作环境较为复杂,但好在相关负载、计算模型及有关参数的确定总是带有一定程度的相似性。因此利用船闸安全监测产生的数据进行正反分析,结合设计施工方案,对在建或拟建大现提出反馈建议,从而实现检验和优化设计、指导施工。

二、船闸水工建筑物观测项目及测点布置

(一)视频监测

安装视频监控的主要监控对象是:过闸船只航线轨迹、船闸检测修理状况,水文状况,泥沙状况通航水流状况,船闸是否阻塞或其他事故情况,方便管理人员、技术人员以及维修人员通过实时监控对船闸工程的关键处运行状况进行查看,同时也能对关键的结构部位和埋设的传感器进行查验。查看船闸闸门开启关键部位的运行情况,以及重要部位的结构外观及其位置处埋设传感器的运行情况,安装视频监控系统。

(二)水位监测

水位监测是针对水工建筑物周边水位的具体情况而进行,以此来评判该工程控制状况和建筑物运行状态的根据。其主要包括了闸室水位观测和墙后地下水位观测两个部分,前者须在闸室内外水稳处设置自计水位计并定期观测;后者须按规定距离设置观测井。

(三)渗流监测

渗流监测主要是在翼墙后、闸底和闸体内三处加强监测和数据收集,且每个观测点都需要选取至少三个断面设置三个观测仪器,还要能够保障同时能收集上、下游水位的状况。

(四)变位监测

船闸的监测主要是通过变位仪器而实现,该仪器需要固定在船闸的标点之上[1]。在监测之前,首先要确定船闸的垂直变化,这就需要测算出被测物的基点高程。为了确保船闸变位监测更为精确,除了需要监测其垂直变化之外,还需要检测水平的变位情况,以及上下游的水位变化和混凝土的温度、气温、湿度等变化情况。船闸竣工验收之后,变位检测每个月还需要至少监测一次,变位稳定之后,一年还必须要检测超过8次,而在水位变化较为剧烈的时间里,就需要进行多次监测。

三、船闸结构监测项目及测点布置

(一)土压力监测

土压力监测主要在墙后和建筑物底部两处进行监测。前者需选取不多于三个断面,设置不少于三个测点,根据水头作用和时间的变化进行墙后土压力监测。后者的测量情况也比较相似,唯一的不同是后者的测量点须至少五个,监测点选在建筑底部。

(二)结构及钢筋应力监测

在进行混凝土闸墙应力监测时,需要从施工期就在典型的闸段将监测器按照十二个断面的不同截面上均设置35个监测点进行装配,埋设应变计监测闸墙应力分布。此外,该监测点附近也应当设置无应力计用以监测混凝土在温度、湿度及化学作用下的变形情况,后者则只需在弯矩最大处设置应力计,监测钢筋应力。

(三)船闸地基与回填土的观测

而这部分监测主要是为了应对沉降问题而设置的,主要是闸底板在浇筑过程中的沉降、墙后土体和地基沉降。均需要在固定标点处设置监测垂直变位[2]的仪器,测出高度,计算结果。

(四)船闸结构温度场的监测

温度场的监测也应当在混凝土结构施工时进行,且测点一般分布在应力监测的监测段内,测点在接近表面时加密,在特殊地点,应适当增加测点。温度监测次数和时间应与应力监测一致。

四、自动化监测系统的架构

与自动化的监测系统相比,运用人力对工程运行实现管理存在一定不足。因此,为了更好的实现观测的时效性,将尽可能的使用自动化系统来完成安全监测。而安全监测自动化系统的架构主要由以下四个方面组成。

(一)监测仪器

根据船闸的运行特点,自动化系统的监测仪器需要具备高稳定性、高灵敏度以及实用性强等功能特点。该部分的主要监测设备为引张线仪、静力水准仪、渗压计、水位计、应变计、土压力计、钢筋计和测缝计[3]。

(二)数据收集设备

数据的收集设备是自动化安全监测系统的重要组成,是整个数据收集网络的节电装置。它由密封机箱、智能数据采集器、供电设备、人工比测设备和防雷器等部分组成。数据收集设备的功能应当能够实现测量控制、显示打印、查询测试及系统性能检查的需求

(三)通信网络

船闸安全监测系统的通信网络一般采用光钎通讯的方式,由于其容量大、串扰小、传输质量高以及传输距离长和防雷等特点,可以实现安全监测系统的大量数据的稳定传输。

(四)监控主机及数据采集软件、数据管理软件

监控主机一般设在工程调度中心的控制室内,分别安装数据采集软件及数据管理软件,通过接收各数据采集装置的监测数据、存储监测数据、绘制实时曲线等工作,并自发启动警报装置等。

结束语:

船闸结构安全监测是水工建筑物数字化建设管理的重要内容,本文在分析船闸结构安全监测系统的监测项目选择、传感器测点布置、数据采集与处理系统构成进行了设计分析的基础上,对安全监测系统的自动化构建提供了一定的意见和参考。

参考文献:

[1]张清杰.引张线法在船闸闸墙水平位移监测中的实践[J].水利水文自动化,2005(3).

[2] 陈妙初,卢军民.老码头改造施工中的平面位移监测方法[J].水运工程,2006(12).

[3] 徐国龙,孙林祥.堤坝的安全监测及自动化探讨[J].水电自动化与大坝监测,2003(1).

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