引張線監(jiān)測(cè)儀在掛治水電廠大壩安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

1、引張線監(jiān)測(cè)儀在掛治水電廠大壩安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用摘要：引張線監(jiān)測(cè)法作為一種高精度的水平位移監(jiān)測(cè)手段，已廣泛應(yīng)于各種類型大壩安全監(jiān)測(cè)中，其自動(dòng)化的應(yīng)用，極大的提高了監(jiān)測(cè)效率和測(cè)量精度，減輕了監(jiān)測(cè)人員的工作任務(wù)。但自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，很大程度上依賴于觀測(cè)人員的維護(hù)，如何減小引張線儀系統(tǒng)的測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度，掌握精度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是監(jiān)測(cè)人員研究的一門重要課題。摘要：引張線監(jiān)測(cè)自動(dòng)化 測(cè)量誤差 測(cè)量精度 課題abstract： the extension line monitoring method as a kind of high precision horizonta

2、l displacement monitoring means, has been widely applied to various types of dam safety monitoring, the application of automation, greatly improves the efficiency and accuracy of monitoring, reduced the monitoring tasks. but the stability, high reliability of the automation system operation, mainten

3、ance relies heavily on observations of staff, how to reduce measurement error, the zhang xianyi system, improve the precision of the measurement, control accuracy evaluation standard, ensure the stability of the system operation, is an important subject in the study of monitoring staff。abstract：tens

4、ion wire monitoringautomation measurement accuracy of measurement survey precision project中圖分類號(hào)： tm6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：一、 工程概述掛治水電站位于沅水干流上游河段清水江的中下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州錦屏縣境內(nèi)，是沅水規(guī)劃梯級(jí)的第3級(jí)，上距三板溪水電站18km，下距錦屏縣城7km。電站總裝機(jī)容量為150mw，采用3臺(tái)單機(jī)容量50mw的zzlh595軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組。大壩為典型混凝土重力壩。為有效監(jiān)測(cè)大壩水平位移，在大壩壩頂設(shè)專用溝布設(shè)1條浮托式引張線，線體全長(zhǎng)261.04m，

5、共10個(gè)測(cè)點(diǎn)。引張線采用一端固定另一端加力的引張方式，測(cè)點(diǎn)設(shè)浮托裝置，引張線端點(diǎn)分別布設(shè)在壩段和壩段，由正垂pl1、pl2校核其兩端點(diǎn)的絕對(duì)位移。測(cè)線使用1.0mm的不銹鋼絲。引張線的護(hù)管直徑為120mm。掛重端加力塊采用45kg的重錘，墩座與壩體采用插筋連接，結(jié)合密切；張緊端夾線裝置v型槽和壓板都是由銅質(zhì)材料做成；張緊加力端設(shè)置有調(diào)線裝置，可用來(lái)調(diào)整鋼絲長(zhǎng)度。測(cè)點(diǎn)設(shè)有不銹鋼讀數(shù)標(biāo)尺，用于人工測(cè)量。該系統(tǒng)在安裝初期，即同步安裝自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，其設(shè)備采用湖南遠(yuǎn)程生產(chǎn)的ry-20型自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀。掛治大壩引張線現(xiàn)以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，每日進(jìn)行定期測(cè)量。每月開(kāi)展定期巡視和維護(hù)，每季度開(kāi)展一次人工比測(cè)，有效

6、有保證了自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和測(cè)值的可靠性。整個(gè)系統(tǒng)如圖1-1所示，引張線測(cè)量裝置由張緊端點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)、測(cè)線，保護(hù)部分，固定端組成。二、引張線線體設(shè)計(jì)復(fù)核引張線布設(shè)是否合理，直接影響到系統(tǒng)整體測(cè)值的可靠性和整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。引張線張力不夠，造成線體垂徑增大，直接影響引張線自由度；張力過(guò)大，線體所受應(yīng)力安全系數(shù)過(guò)小，運(yùn)行中易造成鋼絲拉斷。為有效檢測(cè)引張線系統(tǒng)可靠性和合理性，對(duì)引張線系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行線體張力及最大垂徑復(fù)核。線體張力及最大垂徑是影響引張線工作狀態(tài)的重要因素，規(guī)范對(duì)其規(guī)定如下：測(cè)線越長(zhǎng)，其所需的拉力越大，長(zhǎng)度200m600m的引張線，一般采用40kg80kg的重錘張拉，線體直徑一般采用0.8m

7、m1.2mm,并滿足鋼絲抗拉安全系數(shù)k2。鋼絲實(shí)際承受的應(yīng)力：實(shí)= h/ (/4)d2式中：d鋼絲的直徑(cm)；h線體水平拉力(kg)，近似于掛錘重量。鋼絲的安全系數(shù)：k=鋼/實(shí)不銹鋼絲的極限強(qiáng)度鋼一般取13000kg/cm2。引張線最大懸鏈線垂徑按下式計(jì)算：y=s2w/8h式中：s兩浮托點(diǎn)最大間距(m)；w線體單位長(zhǎng)度重（kg/m），取高強(qiáng)不銹鋼絲約為0.0068kg/m。掛治引張為45kg，最大測(cè)點(diǎn)間距離為37.93m，經(jīng)計(jì)算：鋼絲實(shí)際應(yīng)力(kg/cm2)=45/ (/4)0.1*0.1= 5729.58鋼絲安全系數(shù)k=鋼/實(shí)=13000 /5729.58=2.268最大懸鏈線垂徑(mm

8、)= s2w/8h=27.1mm根據(jù)計(jì)算成果可知：壩頂引張線體的安全系數(shù)為2.268能滿足規(guī)范2.1安全系數(shù)的要求。引張線最大垂徑27.1mm，現(xiàn)有保護(hù)管直徑為120mm滿足要求。三、引張線系統(tǒng)測(cè)量精度檢定及分析方法掛治引張線主要采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，同時(shí)定期采用人工進(jìn)行比測(cè)。自動(dòng)化傳感器因環(huán)境改變、系數(shù)漂移等均會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，人工測(cè)量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生人為測(cè)量誤差，同時(shí)因引張線線性自由度受阻、測(cè)點(diǎn)故障等，測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生偏差或失真。因此，為有效檢測(cè)引張線測(cè)值真實(shí)可靠性，需對(duì)儀器測(cè)量中誤差、線性誤差等進(jìn)行綜合檢定和評(píng)估。掛治引張線系統(tǒng)在測(cè)量和維護(hù)中，主要通過(guò)單點(diǎn)中誤差測(cè)定、線體復(fù)位檢查、線性實(shí)

9、驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)儀器穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性。1、單點(diǎn)中誤差檢定張線線傳感器測(cè)量穩(wěn)定，是保證系統(tǒng)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)真實(shí)性最基本的要求。掛治觀測(cè)人員對(duì)儀器穩(wěn)定性檢定，一般通過(guò)儀器連續(xù)測(cè)量中誤差進(jìn)行檢定。對(duì)儀器進(jìn)行連續(xù)9次選測(cè)，測(cè)定各儀器測(cè)量中誤差，對(duì)中誤差計(jì)算并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一般中誤差超過(guò)0.15mm認(rèn)定為測(cè)量誤差偏大，傳感器穩(wěn)定性較差。=xi-x0m=+/n其中xi為某次測(cè)值,x0為連續(xù)測(cè)量平均值本次測(cè)值與平均值差值 ,n為測(cè)量次數(shù)。2、引線張線性復(fù)位檢查掛治引張線為浮托式，在引張線拉力和管徑滿足要求前提下，測(cè)點(diǎn)浮船內(nèi)的液體成為影響線體自由度的最重要因素。測(cè)點(diǎn)浮船側(cè)翻、浮船內(nèi)有雜質(zhì)或液體濃度太稠等，均會(huì)影響線體的

10、自由度，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)失真。為消除這一不利因素影響，掛治觀測(cè)人員每季度對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次維護(hù)，維護(hù)完成后，對(duì)線體進(jìn)行復(fù)位性檢查。測(cè)點(diǎn)維護(hù)完成后，然后在引張線的中間測(cè)點(diǎn)部位，向上游或下游方向輕輕撥動(dòng)線體約1520mm后松開(kāi)，通過(guò)測(cè)試線體復(fù)位時(shí)間和復(fù)位差來(lái)檢定線體復(fù)位性。一般以引張線線體復(fù)位時(shí)間在5min以內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)的復(fù)位差不超過(guò)0.1mm為合格。3、引張線線體試驗(yàn)（1）測(cè)量原理及方法引張線線性實(shí)驗(yàn)，是檢定線體拉力、傳感器穩(wěn)定性的又一重要手段，其主要通過(guò)相似三角形原理，引張線在其中一點(diǎn)給定標(biāo)準(zhǔn)位移情況下，計(jì)算其余各點(diǎn)理論位移變化值，通過(guò)對(duì)比理論值與人工值、自動(dòng)化值的差值，來(lái)判定引張線系統(tǒng)存的線性誤差、

11、傳感器測(cè)量誤差。其主要方法及步驟如下：(1)選中線體中間部位其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)，將線體采用專用標(biāo)定工具固定，待線體穩(wěn)定后，采用自動(dòng)化進(jìn)行測(cè)測(cè)量，同時(shí)人工測(cè)讀測(cè)量標(biāo)尺。(2)采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定工具，將線體向上游或下游一側(cè)移動(dòng)8mm或10mm，待線體穩(wěn)定后，采用自動(dòng)化進(jìn)行測(cè)測(cè)量，同時(shí)人工測(cè)讀測(cè)量標(biāo)尺。理論值變化計(jì)算方法：xi=x*si/s，其中xi代表第i測(cè)點(diǎn)理論值位移變化量，s代表給定標(biāo)準(zhǔn)位移點(diǎn)至其中一側(cè)端點(diǎn)距離，si代表i點(diǎn)至同一端點(diǎn)距離。（2）系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)引張線采用方差分析的方法評(píng)價(jià)。人工測(cè)值、自動(dòng)化測(cè)值與量論值變化誤差分別由人工兩次讀數(shù)誤差、自動(dòng)化兩次測(cè)量誤差引起的。則設(shè)為實(shí)測(cè)位移量與標(biāo)定量的

12、差值限差， 自為自動(dòng)化測(cè)量精度，人為人工測(cè)量精度，則：人=人2，自=自2考慮遙測(cè)引張線儀的精度(0.1mm0.2mm)及引張線線體復(fù)位差等，自動(dòng)化測(cè)量精度自取0.25mm；考慮現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量時(shí)綜合誤差，人工測(cè)量精度人取0.30mm，則：自=0.25*2=0.35；人=0.30*2=0.42；確次儀器鑒定的標(biāo)準(zhǔn)如下：合格 ， 不合格根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)化變化值與理論變化值差值限差不得超過(guò)0.7mm，人工測(cè)量變化值與理論值限差為0.84mm。根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，根據(jù)自動(dòng)化值、人工值、理論值來(lái)判定系統(tǒng)精度（1）兩種測(cè)量狀態(tài)下，自動(dòng)化變化與理論變化值超過(guò)限差，但人工變化值與理論值基本相符，則說(shuō)明自動(dòng)化傳感器存在

13、偏差，引張線線體自由度良好。（2）兩種測(cè)量狀態(tài)下，自動(dòng)化變化值、人工變化值均與理論變化值均超過(guò)限差，說(shuō)明引張線線性度受阻，需進(jìn)一步對(duì)相關(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步檢查，有必要進(jìn)需調(diào)整掛重端拉力。4、長(zhǎng)周期穩(wěn)定性檢查根據(jù)混凝土大壩一般變形規(guī)律，一般壩頂水平位移量的大小，與壩高有著直接關(guān)系，壩體越高，變形量越大。大壩水平位移變形主要是受溫度影響在年內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化，同時(shí)庫(kù)水位的變化對(duì)大壩變形也存在一定影響。引線線系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性，可以通過(guò)其長(zhǎng)周期的運(yùn)行規(guī)律來(lái)判斷。結(jié)束語(yǔ)：引張線監(jiān)測(cè)已廣泛應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)中，通過(guò)探索和分析引張線系統(tǒng)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因，掌握引張線系統(tǒng)精度分析和評(píng)判的方法，有效提高引張線系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠