碾压混凝土坝智能监控系统的应用与思考
时间：2023-04-15 22:25:22 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李 雄
(广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511300)
金水河三级水电站坐落于红河州金平县，属于金水河中游的第三级电站，拦河坝址建于坪河出口下游约150 m处，拦河坝结构为碾压混凝土重力坝，坝址以上流域面积为283.4 km2，年平均流量为17.7 m3/s，水库总库容为478万m3。该水电站为日调节引水式，以发电为主，主要建筑物由拦河坝、引水隧洞、调压井、厂房等组成。
水电站大坝碾压施工质量与工程运行安全息息相关，如果完全依赖监管人员通过挖坑试验控制碾压参数，判断施工质量，已无法匹配大规模机械作业，也难以达到水利水电工程创新发展的新要求[1]。同时，金水河三级水电站碾压混凝土坝工程量较大，工期时间紧张，因此，应选择具有连续性、高精度等性能的智能监控系统，自动化监控与反馈工程施工质量。
2.1 技术方案
碾压混凝土坝智能监控系统通过定制的北斗RTK双星设备，即BDS和GPS，实现施工机械的远程定位，并配套振动传感器、工业PAD等设备，组成一个完整的监控系统，监测数据由施工机械采集后通过移动网络传送到服务平台，具体现场布置结构见图1。
图1 现场布置结构
2.2 关键技术特点分析
碾压混凝土坝智能监控系统的工作原理是在施工机械上安装定位监测设备、振动频率采集及显示等装置，从而实现现场的实时监控，采集分析与填筑碾压质量相关的数据信息[2-4]。主要技术特点包括以下几个方面：一是实时动态监测碾压混凝土坝施工机械的运行轨迹、运行速度、振动频率等数据，并当数据值没有达到设置参数标准时，会发出警报提示指令。二是能够实时自动记录碾压遍数、厚度、高程等指标信息，并在司机室内可通过工业平板查看碾压轨迹与已覆盖区域，帮助操作人员进行碾压施工作业，避免出现漏碾或错碾的情况。三是单元碾压施工结束后，监控系统能自动输出单元成果分析报告，主要包含碾压轨迹图、行驶速度图、碾压遍数图、高程分布图等图件，为建设高质量碾压混凝土坝及后续工程验收工作提供基础支撑。
3.1 现场质量控制效果
(1)碾压层厚。
对采用实时监控与分析系统监控碾压混凝土一次摊铺厚度合格率进行统计分析，效果良好，能满足设计要求，结果如图2与表1。
图2 高程532.5～535.5 m碾压混凝土一次摊铺厚度情况
表1 高程532.5～535.5 m碾压混凝土一次摊铺合格率
(2)碾压遍数。
依据定位车辆在同一点出现的次数，监控系统可以监测出每个点的碾压遍数，并显示碾压轨迹，轨迹宽度代表压轮宽度，碾压次数采用不同的颜色进行标识，从而准确统计显示出碾压区域范围及碾压遍数。
(3)碾压轨迹及振动状态。当现场碾压机械开始工作时，监控系统便会同步跟踪显示图形轨迹，以方便查看碾压覆盖区域。并利用振动加速度传感器监测振动碾的频率，用数据采集器记录实时信息，进而分析机械振动状态，挖掘数据动态变化规律。
(4)碾压速度。
通过监控系统实时掌握施工单元的碾压进程及速度变化态势，超速时，能及时找到超速的原因，包括主要设备与部位，统计出超速的总次数和距离。
(5)碾压成果管理。碾压施工作业结束后，对单元碾压遍数、速度、振动状态、高程等数据进行分析整理，形成单元质量分析文档，用作后期碾压质量验收材料。
3.2 碾压混凝土检测结果
根据钻孔所取芯样分析，芯样表面结构完整光滑，采取率为99.18%，获得率为97.57%，说明混凝土缝隙胶结情况良好，整体质量优良。从力学性能试验表明，本工程碾压混凝土芯样符合设计要求，抗压强度、拉伸等性能指标与现场实测结果基本相同。现场压水试验共计11段次，透水率最小值为0.0450 Lu，最大值为0.0936 Lu，其中低于0.05 Lu的有1段次，占比为9.09%。其他各段透水率均在0.0600～0.0936 Lu之间，无大于0.10 Lu的试验段。设计要求抗渗等级为W6，经过透水率成果转换，现场压水试验抗渗等级全部都大于W6，表面碾压混凝土层间抗渗性能良好，工程质量较为可靠。
由现场芯样结构、力学性能及压水试验可以看出，金水河三级水电站大坝碾压施工质量整体优良，抗渗性能较好，符合设计要求。
该成果为智慧水利水电工程的发展奠定了良好基础，但未来仍需进一步的研究，主要发展趋势大致分为以下几个方面：一是“4S”技术的应用。运用地理信息系统(GIS)、遥感系统(RS)、全球卫星定位系统(GPS)和专家系统(ES)的集成框架，实现大坝安全监控系统集成效能，将成为数字流域发展的重点研究方向。二是数字监控技术的优化与普及。目前，数字监控技术在水利水电工程大坝安全监测中应用范围较为局限，如何将数字监控技术更好的付诸实践是需要技术人员思考的重要问题。比如在碾压质量监控的基础上，是否能实现对混凝土振捣质量的数字化监控。三是大坝数字化管理。当前，数字监控往往只是应用于一个工程，今后，将向以流域为单位的数字化管理模式转变，从而实现大坝的综合管理。四是智能监控技术的系统化应用。数字监控主要是对当前工作状态的实时自动化监测，对未来状态的模拟和预测还需要采取更为灵活的智能干预措施，因此，针对不同区域，采用智能化的监控体系是现代水利转型升级的必然结果。
综上所述，对混凝土坝施工工艺进行智能化监控，不仅能实现施工过程的精细化管理，还能避免传统管理模式下的资源浪费，保障施工质量。因此，混凝土坝施工工艺的发展前景广阔，相关研究人员要进一步加强对智能碾压和智能监控的研究力度，替代传统管理模式，提升工程建设水平，实现水利水电工程安全、高效的施工目标，创造经营价值。
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