梨园水电站数字大坝填筑质量监控系统的应用分析.pdf

土石坝工程施工专辑 梨园水 电站数字大坝填筑质量监控 系统的 应用分析 豢苗延强 钱启 立 韩 国印 ( 中国人民武装警察部队水电第一总队) 【 摘要】 梨园水电站混凝土面板堆石坝上坝料种类较 多，人工监控料源难度较大；大坝填筑层厚控制和碾压 遍数人工监控同样难度较大，质量较难保证。引入数字大坝填筑质量监控系统，该系统在碾压机行驶速度、激 振力、压实厚度、上坝运输以及碾压遍数达标率等施工质量控制方面起到了较好的监控作用，达到了辅助控制 大坝填筑施工质量的 目标 。 【 关键词】 数字大坝 质量监控施工质量填筑质量 1 概 述 梨 园水 电站位 于云南 省 丽 江市 玉 龙县( 右 岸 )与迪 庆州香格里 拉县( 左岸 )交 界 的金沙 江 中游 河段 ，为金 沙江中游河段规划的第三个梯级电站，属一等大 ( 1 )型 工程 ，电站装机容 量 2 4 0 0 MW ，坝 型 为混 凝 土面 板堆 石 坝。大坝填筑主要采用当地材料进行施工 ，由于地质条 件限制，上坝料种类较多，料场达 1 O个之多，且分部范 围较广，人工监控料源难度较大；大坝填筑层厚控制和 碾压遍数人工监控同样难度较大。为确保大坝填筑质量 ， 减少人为 因素影 响，引入 了数字大 坝填筑 质量监 控系统 ， 主要 由面板堆 石坝填 筑碾 压过 程 实时 监控 系统 、上坝 运 输过程实时监控系统和大坝施工信息现场 P DA采集系统 构成 。从 数字 大 坝监 控 系 统 在梨 园 电站 运行 情 况来 看 ， 在碾 压机行驶速 度 、激 振力 、压 实厚 度 、上坝 运输 以及 碾压 遍数达标率 等施工 质量 控 制方 面起 到 了较 好 的监 控 作用 ，达到了辅助控制大坝填筑 施工质量的 目标 。 2 数字大坝填筑质量监控系统简介 2 1 系统建设 目标 数字大坝填筑质量监控系统建设的主要 目标为： ( 1 )对混凝土 面板堆石 坝碾 压施工质量进行实 时监 测 和反馈控制，为保证大坝填筑施工过程始终处于受控状 态提供技术支持 。 ( 2 )对工程质量 、安全监测 、施工进度等信 息进行集 成管理，构建大坝综合数字信息平台；为面板堆石坝建设 过程的质量监控、运行期坝体的安全分析提供支撑平台。 ( 3 )实现业主 和监理对工程建设 质量 的深度参与 ，精 细管理 。通过系统 的 自动化 监控 ，不仅 使业 主放 心工 程 质量，而且可实现对工程建设质量控制的快速反应。 ( 4 )有效提升工程建设的管理水平，实现工程建设的创 新化管理，为打造优质精品工程提供强有力的技术保障。 2 2 面板堆石坝填筑碾压过程实时监控 通过在碾压机械上安装碾压机械施工信息采集仪器， 对坝体填筑碾压机械施工过程进行实时 自动监 测 ，以达到 监控 坝体填 筑碾 压施 工参数的 目的 。主要实现如下功能 ： ( 1 )动态监测施工 作业 面碾压机 械运行 轨迹 、速度 、 振动状态和碾压高程等，最终在监控站 P C监控终端上可 视化显示 。 ( 2 )实时 自动计算和统计施工作业 面各位 置的碾压 遍 数、压实厚度等 ，并在渠道施工数字地图上可视化显示。 ( 3 )当碾压机械运行超速 以及振动状态 、碾压遍数 不 达标时 ，系统 自动给操作手、现场监理和管理人员发送 手机短信报警信息，并在现场监理分控站 P C监控终端上 醒 目提示，同时把该报警信息写入施工异常数据库备查。 ( 4 )在每单元施工结束后，输出碾压质量图形报表， 包括碾压轨迹 图 、碾 压遍 数 图、压实 厚度 图和 碾压 层平 整度 ( 高程)图等，作为质量验收辅助材料。 6 3 水利水 电施工 2 0 1 3 第 4期 总 第 1 3 9期 ( 5 )可在总控中心和现场控站对大坝填筑碾压情况进 行监控 ，实现远程 、现场 “ 双监控 ”。 ( 6 )把整个建设期所有施工单元的碾压质量信息保存 至网络数据库，可供后续分析应用。 面板堆石坝填筑碾压过程实时监控系统界面见图 1 。 2 3 面板堆石坝上坝运输过程实时监控 对上坝运输车辆安装车辆 自动定位设备和自动监测 卸料装置，从而可实现上坝运输车辆从料场到坝面的全 程监 控 ，包括 ： 6 4 ( 1 )料场料源匹配动态监测及报警； ( 2 )各分 区 不 同来 源 的 各 种 性 质料 源 的上 坝 强 度 统计 ； ( 3 )各分 区 不 同来 源 的 各 种性 质 料 源 的上 坝 方 量 统计 ； ( 4 )道路行车密度统计，各工作面车辆优化调度； ( 5 )车辆信息及空满载监视 ； ( 6 )车辆运输上坝 三维 动态 监视 。 上坝运输过程实时监控系统界面见图 2 。 图 1 面板堆石 坝填筑碾压过程 实时监控 系统界面 图 图 2 上 坝运输过 程 实时监控 系统界面 图 2 4 大坝施工信息现场 P D A采集 系统 P DA采 集系统主要实现 如下 功能 ： ( 1 )现场 试验 数据( 试坑 试验 )与 现场 照 片 的 P DA 采集，包括整个施工期 内的所有试坑和附加质量法信息 ( 包括监理 、施工单位两方数据) 。 ( 2 )坝料 、料场、运输车辆等信息的 P DA采集。 ( 3 )现场采集与分析数据通过 P D A无线传输至系统 中心数据库，以备后续应用。 ( 4 )P D A主要 采集 施工 过程 中的临 时变 动数 据 ，相 对固定的信息通过 I E客户端输入。 2 5 数字大坝填筑质量监控系统运行流程 ( 1 )上报碾压规划 和运输车辆规划 。测量 人员在现场 将碾压仓号范围测出，并将碾压范围规划上报监理审核 ， 审核通过后录入系统 ；现场调度人员将拟上料车辆信息 上报监理 ，审核通过后录入 系统。 ( 2 )开仓。规划录入结束后，经现场监理审核通过具 备上料条件后 ，车辆运输规划生效 ，开仓上料；上料完 成，经现场监理审核通过具备碾压条件后，碾压规划生 效 ，开始碾压 。 ( 3 )监控 。上料开始后应用 上坝运输过程 实时监控系 统进行监控 管理 ，碾 压 开始 后 ，应 用 填筑 碾压 过 程实 时 监控系统进行监控 管理 。 ( 4 )收仓 。碾压完成后 ，达 到规 定的监控指标后 ，经 现场监理审核通过 后收仓 。 3 数字大坝填筑质量监控 系统运行状况与 分析 混凝土面板 堆石 坝填 筑碾 压过 程实 时监 控 系统 和上 坝运输过程实时监控系统分别 于 2 0 1 1年 8月 1 6日和 2 0 1 1 年 8月 3 1日启 动试运行 ，2 0 1 1 年 1 0月 2 7日，系统 顺利通过初期 验收 ，开始 正式 运 行 。试 运行 和 正式 运行 期间 ( 截止 2 0 1 2 年 1 2月 3 1日) ，大坝填筑碾压过程实时 监控系统监控了 1 4 7 6 8 1 5 8 3 4 m高程总共 1 0 6 2 个仓面 的填筑碾压过程；上坝运输过程实时监控系统完整监控 了 1 4 8 4 4 1 5 8 3 4 m高程总共 1 0 3 2个仓面的上坝运输 过程 ；大 坝施工 现场 P D A采 集 系统 于 2 0 1 1年 9月 1日 启动运行 ，期间共采集了 9 1 0条试坑法试验检测数据、 4 0 3 1 条附加质量法检测数据和 5 2 5 条安全检测数据。三 大 系统运行 正常 ，从 运行结 果看 ，基 本达 到 了系统 目标 要求 。 3 1 仓面碾压遍数监控与分析 2 0 1 1年 8月 1 6日至 2 0 1 2年 1 2月 3 1日，数 字大 坝 系统共 监控 下 游 堆 石 排水 区 ( 3 D) 、主堆 石 区下 部 ( 3 B D)和垫层过渡区 ( 2 A、3 A)施工仓面 1 0 6 2个，其 中全程监控施工仓面 1 0 4 1 个 ，所有全程监控的施工仓面 中，碾压标准遍数及以上 区域所占比例最低为 9 0 O 2 ， 最高 为 9 9 9 2 ，平均为 9 7 7 3 。有 2 1 个仓 面由于碾 压 土 石 坝 工 程 施 工 专 辑 麓 机电源故障、网络信号 中断、分控站停 电等因素导致数 字大坝监控 系统无法 正 常监控 仓 面 ，采 取 以现 场监 控为 主，所有仓面均在现场监理 旁站监督下碾 压，合格后 收仓 。 针对个别仓面存在 因埋设监测仪器、现场临时道路 修筑等局部无法进行碾压监控的现象，为了避免影响碾 压监控效果 ，经现 场监 理 同意后 进行 了排除 ，排 除 部位 施工单位三检人员和现场监理进行旁站监督碾压情况 ， 合格后收仓 。施工单 位分 控站 监控 人员 对仓 面碾 压 实时 监控过程中，监控轨迹显示漏碾或碾压遍数低于批复的 碾压遍数时，施工单位监控管理人员及时提醒现场进行 补压，避免漏碾 、欠压；碾压遍数满足要求 的碾压遍数 时，提醒其停止碾压，避免超压及造成资源浪费。针对 受气候以及网络公司掉线断网等情况影响而导致部分区 域监控不全的情况，通知现场监理工程师旁站，并对碾 压情况予以确认 ，合格后方可收仓。 3 2 碾压机行走超速和振动不达标监控与分析 根据现场碾压实际情况，确定连续 1 0 S超速行驶为 有效超速，监控系统即进行报警，超速碾压过程不计入 碾压轨迹。2 0 1 1年 O 8月 1 6日至 2 0 1 2年 1 2月 3 1日期 间，共超速报警 1 0 6 9次，其中 5 3 0次属碾压机械进离场 超速 ( 碾压转场、加油、休工等) ，实际超速 5 3 9次。针 对超速报警情况，系统中专门对碾压机超速进行 了手机 短信提醒警告服务，将报警信息及时发送给施工单位现 场管理人员和现场监理，方便了现场施工管理，同时对 操作人员进行操作技能培训、职业素质教育，尽量减少 超速次数。碾压机激振力即振动状态不达标 2 8 1次，其 中碾压机械进离场 ( 碾压转场、加油、休工等)时振动 状态不 达标 为 2 0 9次 ， 占 7 4 3 8 ，实 际 碾压 时振 动 不 达标为 7 2 次。从实际碾压时振动不达标轨迹所 占全部 监控轨迹 比例看，并经与现场土工试验检测结果核实确 认 ，不影响大坝碾压质量 ，碾压机振动状态处于受控 状态 。 3 3 仓面压实厚度监控与分析 2 0 1 1年 8月 1 6日至 2 0 1 2 年 1 2 月 3 1日，数 字大 坝 系统监 控 的下 游 堆 石 排 水 区 ( 3 D) 、主 堆 石 区 ( 3 B 、 3 D)和垫层过渡区 ( 2 A、3 A)的所有仓面中，其中 3 D 料和 3 B料仓面施工层厚控制在 0 8 m，监控压实厚度均 值最小值为 0 7 3 m，最大值为 0 8 8 m，所有 3 D料和 3 B 料监控仓面的平均压实厚度为 0 8 0 4 m；2 A料和 3 A料 仓 面施 工层 厚控 制 在 0 4 m，监 控 压实 厚 度均 值 最小 值 为 0 3 7 m，最大值 0 4 4 m；所有 2 A料和 3 A料监控仓面 的平均压实厚度为 0 4 1 3 m。仓面厚度监控结果与现场厚 度量测检查结果基本吻合 ，仓面压实厚度监控系统运行 效果 良好 。 3 4 上坝运输车辆卸料监控与分析 上坝运输系统 2 0 1 1年 8月 3 1日至 2 0 1 2年 1 2月 3 1 日共完整监控 1 0 3 2 个仓 面的坝料 运输过 程 ，共监测 到正 水利 水 电施 Z - 2 0 1 3 第 4期 总第 1 3 9期 确卸料 6 6 3 1 6次 ，卸料 报警 7 2 1 1次 ，监测 到的正确卸料 次数占总卸料次数的比例为 9 O 2 。卸料报警原因主要 有 ：部分 临时调度更 改 的车辆未 及 时加入 调度 计划 进行 上坝 ；上 坝仓 号规划 坐标 出错 未及 时更 正 ；某 些监 控设 备损坏导致报警；未及 时上报变更计划、临时调动、级 配调整 、临时铺路调度等。针对上述原因，施工现场采 取了相应的针对措施，后期运行期间卸料出错报警次数 明显较 少 。 4 数 字大坝监控 系统运行常见 问题 从数字大坝监控系统在梨园水电站运行情况来看 ， 在碾压机行驶速度、激振力、压实厚度、上坝运输以及 碾压遍数达标率等施工质量控制方面起到了较好 的监控 作用 ，达到 了辅 助 控 制 大 坝 填 筑施 工 质量 的 目的 。数 字大坝监控成果统计表明，大坝填 筑施工质量处于受 控状态 。但在施工过程中，数字大坝监控 系统在实际 应 用 中在个 别 时段 也 出 现 了一 些 问题 ，主 要 有 以下 几 方 面 。 4 1 监控 系统 信号 不连 续 在施工过程 中 ，振 动碾 在规 划 的区域 正确 进行 碾压 时，监控系统 出现信号不稳定、信号时有时无 的情况。 在碾压初期信号稍微稳定，但经常在碾压一段时间后， 监控系统信号断断续续 ，振动碾碾压轨迹成像不连续， 造成伪 “ 欠 碾 ”的 情况 ，造 成施 工 单 位 投入 大 量 时 间 、 人力物力进行 补碾 ，严 重 影响 施工 进度 ，甚 至 造成 无法 开仓 、运输车辆窝工等情况 。 4 2监控系统反馈信息有误 在施工单位现 场坝 面管 理人员 及分 控 站值 班员 的正 确指挥下，振动碾 ( 高频低振)严格按照技术要求进行 振动 碾 压 ，但 有 时 监 控 系 统 显示 为 无振 动 状 态 ，即为 “ 静碾 ” ，碾压轨迹显示 为红色轨迹( 即无效 轨迹 ) ，正常 碾压过 的区域 显示 为无 效碾 压 ，导 致施 工单 位返 工 ，大 大增加了施工成本 ，严重降低了施工效率。 4 3 监控系统存在接收信号漂移现象 碾压机在按照 监理 审核后 的仓 面规 划 区域 正确碾 压 时，监控系统经常出现信号漂移，其显示的碾压轨迹时 左时 右 ，时 东 时 西 ，偏 离 实 际 碾 压 轨 迹 ，造 成 伪 “ 错 碾” ，最后按要求的碾压遍数完成碾压时，某些 已碾压合 格区域显示 为 “ 欠碾 ”或 “ 未碾” ，部分未碾 区域显示 为 “ 超碾”或 “ 已碾” ，给现场组织造成了很大麻烦。 4 4 监控 系统实时定点定位精度较差 碾压机在对欠碾 区域 进行 补碾 时 ，分控 站 指挥 员利 用对讲机对振动碾操作手进行指挥作业，通常出现监控 系统显示 为指定 区域 ，实际振 动碾 位置 偏离严 重 ，甚 至 出现实际位 置 在右 岸 ，而屏 幕显 示 位 置在 左岸 的情况 ， 造成分控站指挥员无法正确指挥振动碾作 业。 4 5 监控 系统接收信号不同步 实际施工过程 中 ，经常 出现施 工 单位 现场 监控 电脑 与监 理现场监控 电脑在 同一监 控仓 面同一 时 问点所 生成 图像的合格率不一致的情况，有时在进行数字大坝监控 系统刷新 或者 电脑 重启 之后再 重新生 成 的碾压 图像 与原 生成图像不一致、有效碾压轨迹成像丢失、合格率下降 的不正常情况 ( 从未出现合格率上升的情况) 。 4 6 监控 系统受网络制约严重 2 0 1 2年 3月 中旬 至今 ，现 场 分 控站 联 通 网络 网速 一 直 不稳 定 ，经 常 性 的 网 络延 时非 常 普 遍 ，网络 延 时 最长 时间 达 2 mi n ，平 均 延 时大 于 2 0 s ，网 络 延 时 通 常 出现 在 1 3 ： 0 0 1 6 ： 0 0 、2 3 ： 0 0 3 ： 0 0时段 ，特 别 是 在 碾压设备较多或碾压仓面快要完成时网络延时现象最 为严 重 。 5 结束语 从运 行效 果看 ，数 字大 坝填 筑质 量监 控 系统达 到 了 辅助 控制大坝填筑 施工 质量 的 目的 ，但是 也存 在一 些 问 题。为了能够使监控系统在未来起到更大的作用，更加 方便 、规 范现 场施 工质 量管理 ，提出以下 建议 ： ( 1 )进一步 优化数 据传输 系统 。进一步 优化 G P S无 线通信的数据链 的一点对 多点、双向的高通信率功能， 对振 动碾 运行 轨迹 、运行速 度和碾压 遍数必 须实现 实时 、 连续 监控 ，确保定位数 据的实时反馈 。 ( 2 )对监控系统进行升级 ，确保系统稳定性 。根据现 场发 现的问题 进行 针对 性 的系统 升级 ，同时提 高监 控 中 心、网络 中继 站和 安装 在 振 动 碾 的监 控 设 备 的稳 定 性 ， 尤其 是设 置在 碾压机械上的监控设备 。 ( 上接 第 3 8页 ) 度汛 目标 的实现赢得了宝贵 的时间，节省 了围堰 过流保护 费用 ，总体工期贡献 6 个月 ，取得 了效益与工期 的双赢 。 防渗墙墙体质量检查采用钻孔取芯结合压水试验的 方法 。在监理指定 的位 置施 工检 查孑 L 4个 ，取 芯率均 大 于 9 5 ；压水试验结果全部 小于 0 1 I U ，满足 设计要求 。 单元评定合格率 1 0 0 ，优 良率达到 9 6 。目前大坝基 坑已基本开挖到设计高程，围堰防渗墙没有渗水点，证 明该 围堰 防渗墙施 工质 量优 良。 本工程孤石直径特大 ，含量高，硬度高，而且工期 极为 紧张 ，在此种 限制 条件 下要 提前 完工 必然 采取 非 常 规 的处理措施 ，快 速施 工措 施为 以后 相似 地层 的防渗墙 施工积 累了一定 的经验 。