大壩面板撓度或壩體內部變形監測方法及其裝置的製作方法
2023-05-30 02:43:46
專利名稱：大壩面板撓度或壩體內部變形監測方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種土木工程中建築物的外部及建築物內部水平及垂直變形的裝置，具體地是一種水利水電工程中壩體面板撓度或壩體內部變形的監測方法及其裝置。
背景技術：
面板堆石壩建設中一方面為了掌握了解大壩實際施工質量，另一方面為大壩竣工驗收準備必要的面板和壩體實際變形資料，同時為今後的面板堆石壩設計及施工提供一定的幫助，根據國家相關規範的要求需要進行大量的施工期及運行期的監測工作。由於技術和經驗的限制，目前面板堆石壩面板撓度仍採用固定式或滑動式測斜儀監測、內部變形監測仍採用引張線式水平位移計和水管式沉降儀監測壩體內部水平和垂直位移的傳統方法。通過實際工程經驗顯示，上述傳統監測方法存在如下許多不足之處，具體如下1、固定式或滑動式測斜儀監測面板變形(1)面板堆石壩的面板撓度監測目前設計採用的監測方法多為埋設固定式測斜儀的方法監測，其原理是根據固定測斜儀測得的面板相應位置的轉角變化來推算面板測點處的撓度，起算點為最下端的測點，此辦法由於儀器較貴且每一支儀器必須引出一根電纜而不可能埋設太多儀器，因此往往容易導致監測結果的累計誤差較大；(2)由於固定式測斜儀測點是間斷布置的，若中間某一個測點失效，則很難進行傳遞，無法將面板的實際變形情況測出，並且難以修復；(3)而滑動式測斜儀在面板變形較大時，由於儀器自重影響的缺陷無法使儀器下到面板的最底部，因此很難實現面板變形的監測；(4)難以有效實現施工期與運行期自動化監測；(5)儀器設備價格較高。
2、採用引張線式水平位移計和水管式沉降儀監測壩體內部水平和垂直位移(1)引張線在超長情況下容易發生徐變斷裂破壞；(2)水管式沉降儀在超長情況下因水的粘滯影響和管壁阻力影響很難將水灌注順利，出水也很困難，同時還容易產生氣泡，影響實際量測精度；(3)因需挖溝埋設，施工幹擾非常大，尤其是超長情況下，對大壩正常施工幹擾影響非常大；(4)北方地區還存在冬季凍結的問題，從而冬季無法正常進行量測；(5)難以有效實現施工期與運行期自動化監測；(6)儀器設備價格較高隨著新技術的不斷發展，採用其他更加先進的技術如光電技術進行上述監測已成為可能，目前光纖傳感技術已在其他行業得到廣泛應用，尤其是原用於軍工方面的光纖陀螺儀現也可以應用於民用設施，國內已經有一些單位開展了這方面應用研究，如「基於光纖陀螺技術檢測水下工程結構形變的方法及裝置」(專利申請號02147772)公開了一種光纖陀螺技術檢測水下工程結構形變的方法及裝置。上該專利申請技術是利用光纖陀螺儀對角速度敏感的特性，牽引光纖陀螺儀沿著被測對象運動，對測得的角速度進行積分得到角度，繼而通過公式計算得到整套裝置的運動軌跡，也就是被測對象的形狀。對兩次的測得結果進行比較，就可得到被測對象的形變值。其裝置包括光纖陀螺儀、信號接收存儲單元、計算機接口、線速度傳感器、外殼。上述申請專利的技術雖然提供了用光纖陀螺技術檢測水下工程結構形變的方法及所用測量裝置部分，由於壩體面板及壩體內部的測量還涉及在面板及壩內如何合理布置管道、對監測管道的性能和形狀的技術要求、監測管道埋設工藝及如何保證使測量裝置在監測管道中平穩移動並自行糾偏，從而完成整個測量過程等種種複雜因素，因此需要一整套完整的測量方法及其裝置來實施。
本發明要解決的技術問題是提供一套完整的、用光纖陀螺技術等光電技術檢測水下工程結構形變的測量大壩面板撓度監測方法及其裝置。
本發明解決上述技術問題採用的技術方案是一種水利水電工程中面板堆石壩面板撓度或壩體內部變形的監測方法，是採用動態測量方式對大壩面板撓度或變形進行監測，其具體方法是在大壩面板或大壩內預先埋置具有剛性和伸縮性、管道內壁光滑，其內徑為300~500mm的監測管道；當監測管道形成後，即可開始進行初始值的監測工作，在監測端將可移動測量裝置入監測管道，並通過牽引裝置或其自備的動力使其在監測管道中勻速行走，測得初始數據；再定期將可移動測量裝置置入監測管道，將測得的數據與初始數據比較，從而得出變形值。
監測管道在面板中的預先埋置方法是在壩體上遊設置監測斷面，在監測斷面上將監測管道頂端埋設在大壩趾板混凝土內，與壩體上遊面平行沿面板斜向鋪設，預先埋置有三種方式澆築砼面板後，再通過必要的支護措施將監測管道固定在混凝土面板的上遊表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監測管道也固定於其中，再澆築混凝土面板；或將監測管道埋設於墊層料中，然後再澆築混凝土面板。
監測管道在壩體中的預先埋置方法是挖槽將監測管道水平埋設於填築料中，管道周圍用細料保護；根據設計要求長度埋置監測管道。
在壩體中埋置監測管道的具體方法是當壩體填築到設計監測高度時，沿水平方向從大壩上遊至下遊在壩體上挖一1×1米2的槽子，上遊面頂端設置於墊層料表面處，然後在槽子底部鋪設30釐米厚的細料，然後並將監測管道水平鋪設其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，並用小型碾壓設備進行壓實處理；當大壩填築到超過運行管道頂部1.5米時，方可進行正常大壩碾壓施工。
所述的監測管道為多節圓直鋼管用波紋管接頭密封聯接。
所述的波紋管接頭由另帶法蘭、法蘭、止水、焊接環、護套、波紋管、絲網、隔層、填充層和連接螺栓組成，法蘭通過焊接環焊接在波紋管的兩端，另帶法蘭與波紋管的法蘭通過連接螺栓連接，波紋管外壁套有網絲，焊接環與網絲連接部位裝有護套，護套及焊接環與法蘭焊接在一起；波紋管波紋之間裝有隔層，其內壁則裝有填充層；在另帶法蘭和法蘭之間，法蘭與波紋管之間裝有止水。
所述的測量裝置包括將裝載有角速度、線速度測量儀和裝載它們的圓柱形小車，小車的車徑為250-400mm。
所述的測量裝置還包括裝載在小車內的水平定位儀。
所述測量裝置的角速度和線速度測量儀為高精度光纖陀螺慣導儀，磁感應器組成，高精度光纖陀螺慣導儀是由2～3個光纖陀螺儀、2～3個石英加速度計及數位訊號處理器組成；水平定位儀為磁感應器，光纖陀螺儀、石英加速器和感應器將測得的角速度信號、線速度信號和水平信號傳給數字處理器。
本發明用2～3個光纖陀螺儀為一組，組成多姿態測量系統，以修正因測量裝置行走過程中可能出現的偏轉而造成的測角偏差。
(1)本發明量測精度、穩定性和可靠性可大大提高；(2)可以獲得大量的、連續性的和較高精度的位移測量成果；(3)埋入部分為監測儀器運行軌道，結構簡單易於製造、安裝、埋設及維護，即使是在光纖陀螺儀等移動監裝置監測不成功的情況下也有條件在在其中補充埋設固定傾斜儀作為補救措施；(4)測量儀器為活動式，既能做到「一機多用」同時還可以根據技術進步不斷改進其自身性能；(5)可實現施工期及運行期自動化監測；(6)與傳統監測方法相比，儀器設備費用較低。
圖1為本發明整體結構示意2為本發明監測管道結構示意3為本發明監測管道結構示意圖之二圖4為本發明波紋管接頭結構示意5為本發明測量裝置結構示意6為本發明監測原理工作示意7為本發明監測原理工作示意圖之二具體實施方式
實施例1大壩面板撓度的監測方法及設備如圖1、2、3、5、6所示，在大壩面板2內預先埋置具有剛性和伸縮性、管道內壁光滑，其內徑為300mm的圓直鋼管監測管道3；當監測管道形成後，即可開始進行初始值的監測工作，在監測端將可移動測量裝置5入監測管道，設在管道口的卷揚機4通過穿在可移動測量裝置上的鋼絲繩使其在監測管道中勻速行走，測得初始數據；再定期將可移動測量裝置入監測管道，將測得的數據與初始數據比較，從而得出變形值。
監測管道在面板中的預先埋置方法是在壩體上遊設置監測斷面，在監測斷面上將監測管道頂端埋設在大壩趾板混凝土內，與壩體上遊面平行沿面板斜向鋪設，預先埋置有三種方式澆築砼面板後，再通過必要的支護措施將監測管道固定在混凝土面板的上遊表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監測管道也固定於其中，再澆築混凝土面板；或將監測管道埋設於墊層料中，然後再澆築混凝土面板。
監測管道3為多節圓直鋼管7用波紋管接頭密封聯接。監測管道外壁每30米裝有一永久性磁環8。波紋管接頭由另帶法蘭9、法蘭10、止水11、焊接環12、護套13、波紋管6、絲網14、隔層15、填充層16和連接螺栓17組成，法蘭10通過焊接環12焊接在波紋管6的兩端，另帶法蘭9與波紋管的法蘭10通過連接螺栓17連接，波紋管外壁套有網絲14，焊接環12與網絲14連接部位裝有護套13，護套13與法蘭10焊接在一起；波紋管6波紋之間裝有隔層15，其內壁則裝有填充層16；在另帶法蘭和法蘭之間，法蘭與波紋管之間裝有止水11。
測量裝置5由高精度光纖陀螺慣導儀、磁感應器和裝載它們的圓柱形小車組成，小車的車徑為250mm，小車車體18兩側各裝有兩個滾輪19，底部裝有1排2個，平行兩排的4個滾輪20。
高精度光纖陀螺慣導儀是由3個光纖陀螺儀21、3個石英加速度計22及數位訊號處理器23組成。光纖陀螺儀、3個石英加速度計和磁感應器24將測得的角速度、線速度和水平定位信號傳送給數位訊號處理器23，然後再用計算機處理得出測量數據。
實施例2壩體內變形監測方法及裝置如圖1、3、5、7所示，一種大壩壩體內部變形的監測方法，採用動態測量方式對大壩面板撓度或變形進行監測，其具體方法是在大壩1內預先埋置具有剛性和伸縮性，管道內壁光滑，其內徑為300~500mm的監測管道3；當監測管道3形成後，即可開始進行初始值的監測工作，在監測端將可移動測量裝置入監測管道，並通過其自備的動力使其在監測管道中勻速行走，測得初始數據；再定期將可移動測量裝置置入監測管道，將測得的數據與初始數據比較，從而得出變形值。
在壩體中埋置監測管道的具體方法是當壩體填築到設計監測高度20-50米時，沿水平方向從大壩上遊至下遊在壩體上挖一1×1米2的槽子，上遊面頂端設置於墊層料表面處，然後在槽子底部鋪設30釐米厚的細料，然後並將監測管道水平鋪設其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，並用小型碾壓設備進行壓實處理；當大壩填築到超過運行管道頂部1.5米時，方可進行正常大壩碾壓施工。
監測管道為多節圓直鋼管7波紋管6密封焊接，波紋管6內壁波紋處用具有伸縮性的材料填平。
測量裝置5由高精度光纖陀螺慣導儀和裝載它們的圓柱形小車組成，小車的車徑為250mm，小車車體18兩側各裝有兩個滾輪19，底部裝有1排2個，平行兩排的4個滾輪20。
高精度光纖陀螺慣導儀是由3個光纖陀螺儀21、3個石英加速度計22及數位訊號處理器23組成。光纖陀螺儀、3個石英加速度計和磁感應器24將測得的角速度、線速度和水平定位信號傳送給數位訊號處理器23，然後再用計算機處理得出測量數據。
權利要求
1.一種大壩面板撓度或壩體內部變形的監測方法，其特徵在於所述的監測方法是採用動態測量方式對大壩面板撓度或變形進行監測，其具體方法是在大壩面板或大壩內預先埋置具有剛性和伸縮性。管道內壁光滑，其內徑為300~500mm的監測管道；當監測管道形成後，即可開始進行初始值的監測工作，在監測端將可移動測量裝置入監測管道，並通過牽引裝置或其自備的動力使其在監測管道中勻速行走，測得初始數據；再定期將可移動測量裝置置入監測管道，將測得的數據與初始數據比較，從而得出變形值。
2.一種如權利要求1所述的監測方法，其特徵在於監測管道在面板中的預先埋置方法是在壩體上遊設置監測斷面，在監測斷面上將監測管道頂端埋設在大壩趾板混凝土內，與壩體上遊面平行沿面板斜向鋪設，預先埋置有三種方式澆築砼面板後，再通過支護措施將監測管道固定在混凝土面板的上遊表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監測管道也固定於其中，再澆築混凝土面板；或將監測管道埋設於墊層料中，然後再澆築混凝土面板。
3.一種如權利要求1所述的監測方法，其特徵在於監測管道在壩體中的預先埋置方法是挖槽將監測管道水平埋設於填築料中，管道周圍用細料保護。
4.如權利要求3所述的監測方法，其特徵在於所述的在壩體中埋置監測管道的具體方法是當壩體填築到設計監測高度時，沿水平方向從大壩上遊至下遊在壩體上挖一1×1米2的槽子，上遊面頂端設置於墊層料表面處，然後在槽子底部鋪設30釐米厚的細料，然後並將監測管道水平鋪設其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，並用小型碾壓設備進行壓實處理；當大壩填築到超過運行管道頂部1.5米時，方可進行正常大壩碾壓施工。
5.權利要求1方法所用的監測管道，其特徵在於所述的監測管道為多節圓直管用波紋管接頭密封聯接。
6.如權利要求5所述的監測管道，其特徵在於所述的波紋管接頭由另帶法蘭、法蘭、止水、焊接環、護套、波紋管、絲網、隔層、填充層和連接螺栓組成，法蘭通過焊接環焊接在波紋管的兩端，另帶法蘭與波紋管的法蘭通過連接螺栓連接，波紋管外壁套有網絲，焊接環與網絲連接部位裝有護套，護套及焊接環與法蘭焊接在一起；波紋管波紋之間裝有隔層，其內壁則裝有填充層；在另帶法蘭和法蘭之間，法蘭與波紋管之間裝有止水。
7.權利要求1方法所用的測量裝置，其特徵在於所述的測量裝置包括將裝載有角速度、線速度測量儀和裝載它們的圓柱形小車，小車的車徑為250-400mm。
8.如權利要求7所述的測量裝置，其特徵在於所述的測量裝置還包括裝載在小車內的水平定位儀。
9.權利要求7或8所述的測量裝置，其特徵在於所述測量裝置的角速度和線速度測量儀為高精度光纖陀螺慣導儀，磁感應器組成，高精度光纖陀螺慣導儀是由2～3個光纖陀螺儀、2～3個石英加速度計及數位訊號處理器組成；水平定位儀為磁感應器，光纖陀螺儀、石英加速器和感應器將測得的角速度信號、線速度信號和水平信號傳給數字處理器。
全文摘要
一種大壩面板撓度或壩體內部變形的監測方法及其裝置，是在大壩面板或大壩內預先埋置具有剛性和伸縮性、管道內壁光滑，其內徑為300~500mm的監測管道；然後在監測端將可移動測量裝置入監測管道，使其在監測管道中勻速行走，測得初始數據；再定期將可移動測量裝置置入監測管道，將測得的數據與初始數據比較，從而得出變形值。本發明可以獲得大量的、連續性的和較高精度的位移測量成果；埋入管道為監測儀器運行軌道，結構簡單，易於製造、安裝、埋設及維護，測量儀器為活動式，既能做到「一機多用」同時還可以根據技術進步不斷改進其自身性能；可實現施工期及運行期自動化監測；與傳統監測方法相比，儀器設備費用較低。
文檔編號G01B11/16GK1558181SQ20041001267
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月17日 優先權日2004年1月17日
發明者孫貴平, 孫役, 楊啟貴, 蔡德所, 衛炎, 李昌彩, 陳潤發 申請人:湖北清江水布埡工程建設公司