浅析梨园水电站数字大坝填筑质量监控系统的应用.pdf

水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第5期 浅析梨园水 电站数字大坝填筑质量 监控 系统的应用 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，广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 关键词：梨园水电站；数字大坝；填筑质量；数字化监控 系统 中图分类号 ：T V 6 4 1 4 ( 2 7 4 ) 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 3 4 0 4 1 概述 梨园水 电站坝址 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 I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 地理 条件 限制 ，上坝 料 种类 较 多 ，料场布置达 1 0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 ，质量较难保证 。为确保 大坝填筑质量 ，减少人为 因素造成 的影 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 、面板堆石 坝上坝运输过 程实时监控系统和大坝施工信息现场 P D A采集系统 构成 。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 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 2 2 7 作者简介 ：苗延强 ( 1 9 8 l 一 ) ，男，工程师。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g in e e r i n g V o l 4 4 No 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 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 。 ( 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 。 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 ：( 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。 2 4大坝施工信息现场 P D A采集系统 P D A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 D A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 D A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 ) 对 于相对 固定 的信息通过 I E客户端输人 ，P D A 主要采集施工过程中的临时变动数据。 2 5 数字大坝填筑质量监控系统运行流程 数字大坝监控系统运行流程如下 ： ( 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 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第5期 苗延强， 等浅析梨园水电站数字大坝填筑质量监控系统的应用 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 O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 了高 程 1 4 7 6 。 8 1 5 8 3 4 m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 了高程 1 4 8 4 4 1 5 8 3 4 m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 0 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，监控轨迹显示发现漏碾或碾 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，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采取连续 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 计人碾压轨迹 。2 0 1 1 年 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 苗延强， 等浅析梨园水电站数字大坝填筑质量监控系统的应用 超速进行了手机短信提醒警告服务 ，将报警信息及时 发生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 ，避免造成资源浪 费。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 El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 l 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 0 2 。 卸料出错报警原因主要有以下几个方面：部分I 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 报警错误 ；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 ，后期运行期问卸料出错报警次数 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方面控制起到了较 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。 ( 1 ) 监控系统信号不连续。在施工的过程 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问 、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 。 ( 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。 ( 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 ) 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 ，甚至出现屏 幕显示位置在左岸 ，实际位置在右岸的情况，造成分 控站指挥员无法正确指挥振动碾作业 。 ( 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间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 ) 。 ( 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 ra i 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 00 3 ：0 O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。 ( 下转第 3 9页) 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第二段施工 图 3固结灌浆施工程序 灌浆结束条件 ：单孔各灌浆段的结束条件为 ：达 到设计压力 ，回浆后屏浆 1 0 rai n ，即结束灌浆。 特殊情况处理 ：( 1 ) 冒浆 的处理 ，灌浆过程 中 ， 发现 冒浆 、漏浆时，根据现场具体情况采用嵌缝 、表 面封堵 、加浓浆液 、降低压力 、限流、限量、间歇 、 待凝等方法加 以处理。( 2 ) 串浆的处理 ，灌浆过程 中 如发现串浆时，则采用下述方法处理 ，如被 串孔正在 钻进 ，则立即停钻 ；串浆量较大 ，则尽可能与被串孔 同时灌注，当无条件同时灌浆时 ，灌浆结束后 ，扫孔 后再灌。 灌浆效果检查及质量控制 ：( 1 ) 采用钻孔声波检 查 ，孔数为该 区灌浆 孔 总数 的 5 ，孔 径 + 7 5 mm。 检查孔采用 0 4： 1的水泥浆进行全孔封孔。( 2 ) 以检 查孔单孔声波纵波速 为主 ，对灌前 、灌后 的波速 进行检测，灌后波速参考值 后= 1 +( 1 0 2 0 ) 前 ( 前 为灌前波速 ) ，最终灌 后波速根据 灌浆试 验成 果及工程需要确定 。( 3 ) 灌 浆 过程 中，灌 浆压 力或 注入 量突 然改变较 大时，应立 即查 明原 因，采取相 应的措施处理。( 4 ) 灌浆前、浆液变换时、灌浆结束时 王俊蔚， 等固结灌浆在苗尾水电站溢洪道高边坡治理中的应用 均应测量浆液密度 ，灌浆过程 中也应每隔 1 5 3 0 mi n 测量一次浆 液 密度 ，当发 现浆 液 性能偏 离 规定 指 标较大时 ，应立 即查 明原 因进行处理 。( 5 ) 针 对耗 浆量较大 的孔 可采 取 间隔 灌浆 的方 法 ，施 工效果 较好 。 成果统 计 ：经施 工 统计 ，进水 渠 每级 边 坡 固 结灌浆综合耗灰 量 2 6 02 9 0 k g m。灌前波 速 前 = 1 6 0 03 3 9 0 m s ，平均 波速 2 1 4 8 m s ，灌后 波速 后=1 9 9 43 5 0 8 r n s ，平均波速 2 6 6 7 m s ， 波速综合提高 2 4 2 ，灌后波速满足设计要求及工 程需 要 。 5 安全监测 进水渠 1 4 7 5 0 0 m高程以上边坡布置表面变形 监测点 7个 ，4点 位移计 2套 ；两个 典型 断面布置 钢筋计 3 2个测点 ，锚索测力计两个典型断面 6个测 点 。 通过安全监测统计分析 ，边坡表面变形测点水平 变形及沉降变形量值不大， 4点位移计变形量总体较 小，各钢筋计均处于较低应力水平，锚索测力计荷载 稳定。监测成果表明溢洪道进水渠段边坡总体处于稳 定状态。 6 结语 高边坡治理大多采用深层锚 固与浅层支 护相结 合的支护措施 ，固结灌浆 在高边坡综合 治理中经常 被采用 ，特别是地质条件较差的高边坡 ；同时也是 高边坡失稳后 的应急处理措施之一 。固结灌浆 可在 边坡 开挖 之前 进行 ，也 可 以在边 坡 开挖 完成 后进 行 。本工程结合锚筋桩施 工进行 固结灌浆 的施工方 法 ，即节约工程投资又提高 了施工生产效率 ，类 似 工程可 以借鉴 。 ( 责任编辑陈小敏 ) ( 上接 第 3 6页) 5 建议 数字大坝填筑质量监控系统从 运行效果看 ，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 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第 5 期 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 。 ( 责任编辑欧阳越 ) 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m