專利名稱：大壩面板撓度或壩體內(nèi)部變形監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土木工程中建筑物的外部及建筑物內(nèi)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(nèi)部變形的監(jiān)測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
面板堆石壩建設(shè)中一方面為了掌握了解大壩實際施工質(zhì)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，同時為今后的面板堆石壩設(shè)計及施工提供一定的幫助，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范的要求需要進行大量的施工期及運行期的監(jiān)測工作。由于技術(shù)和經(jīng)驗的限制，目前面板堆石壩面板撓度仍采用固定式或滑動式測斜儀監(jiān)測、內(nèi)部變形監(jiān)測仍采用引張線式水平位移計和水管式沉降儀監(jiān)測壩體內(nèi)部水平和垂直位移的傳統(tǒng)方法。通過實際工程經(jīng)驗顯示，上述傳統(tǒng)監(jiān)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(jiān)測面板變形(1)面板堆石壩的面板撓度監(jiān)測目前設(shè)計采用的監(jiān)測方法多為埋設(shè)固定式測斜儀的方法監(jiān)測，其原理是根據(jù)固定測斜儀測得的面板相應(yīng)位置的轉(zhuǎn)角變化來推算面板測點處的撓度，起算點為最下端的測點，此辦法由于儀器較貴且每一支儀器必須引出一根電纜而不可能埋設(shè)太多儀器，因此往往容易導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的累計誤差較大；(2)由于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，并且難以修復(fù)；(3)而滑動式測斜儀在面板變形較大時，由于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(xiàn)面板變形的監(jiān)測；(4)難以有效實現(xiàn)施工期與運行期自動化監(jiān)測；(5)儀器設(shè)備價格較高。
2、采用引張線式水平位移計和水管式沉降儀監(jiān)測壩體內(nèi)部水平和垂直位移(1)引張線在超長情況下容易發(fā)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(chǎn)生氣泡，影響實際量測精度；(3)因需挖溝埋設(shè)，施工干擾非常大，尤其是超長情況下，對大壩正常施工干擾影響非常大；(4)北方地區(qū)還存在冬季凍結(jié)的問題，從而冬季無法正常進行量測；(5)難以有效實現(xiàn)施工期與運行期自動化監(jiān)測；(6)儀器設(shè)備價格較高隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，采用其他更加先進的技術(shù)如光電技術(shù)進行上述監(jiān)測已成為可能，目前光纖傳感技術(shù)已在其他行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其是原用于軍工方面的光纖陀螺儀現(xiàn)也可以應(yīng)用于民用設(shè)施，國內(nèi)已經(jīng)有一些單位開展了這方面應(yīng)用研究，如“基于光纖陀螺技術(shù)檢測水下工程結(jié)構(gòu)形變的方法及裝置”(專利申請?zhí)?2147772)公開了一種光纖陀螺技術(shù)檢測水下工程結(jié)構(gòu)形變的方法及裝置。上該專利申請技術(shù)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(jié)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(shù)雖然提供了用光纖陀螺技術(shù)檢測水下工程結(jié)構(gòu)形變的方法及所用測量裝置部分，由于壩體面板及壩體內(nèi)部的測量還涉及在面板及壩內(nèi)如何合理布置管道、對監(jiān)測管道的性能和形狀的技術(shù)要求、監(jiān)測管道埋設(shè)工藝及如何保證使測量裝置在監(jiān)測管道中平穩(wěn)移動并自行糾偏，從而完成整個測量過程等種種復(fù)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(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一套完整的、用光纖陀螺技術(shù)等光電技術(shù)檢測水下工程結(jié)構(gòu)形變的測量大壩面板撓度監(jiān)測方法及其裝置。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)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(nèi)部變形的監(jiān)測方法，是采用動態(tài)測量方式對大壩面板撓度或變形進行監(jiān)測，其具體方法是在大壩面板或大壩內(nèi)預(yù)先埋置具有剛性和伸縮性、管道內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑為300~500mm的監(jiān)測管道；當(dāng)監(jiān)測管道形成后，即可開始進行初始值的監(jiān)測工作，在監(jiān)測端將可移動測量裝置入監(jiān)測管道，并通過牽引裝置或其自備的動力使其在監(jiān)測管道中勻速行走，測得初始數(shù)據(jù)；再定期將可移動測量裝置置入監(jiān)測管道，將測得的數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)比較，從而得出變形值。
監(jiān)測管道在面板中的預(yù)先埋置方法是在壩體上游設(shè)置監(jiān)測斷面，在監(jiān)測斷面上將監(jiān)測管道頂端埋設(shè)在大壩趾板混凝土內(nèi)，與壩體上游面平行沿面板斜向鋪設(shè)，預(yù)先埋置有三種方式澆筑砼面板后，再通過必要的支護措施將監(jiān)測管道固定在混凝土面板的上游表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監(jiān)測管道也固定于其中，再澆筑混凝土面板；或?qū)⒈O(jiān)測管道埋設(shè)于墊層料中，然后再澆筑混凝土面板。
監(jiān)測管道在壩體中的預(yù)先埋置方法是挖槽將監(jiān)測管道水平埋設(shè)于填筑料中，管道周圍用細料保護；根據(jù)設(shè)計要求長度埋置監(jiān)測管道。
在壩體中埋置監(jiān)測管道的具體方法是當(dāng)壩體填筑到設(shè)計監(jiān)測高度時，沿水平方向從大壩上游至下游在壩體上挖一1×1米2的槽子，上游面頂端設(shè)置于墊層料表面處，然后在槽子底部鋪設(shè)30厘米厚的細料，然后并將監(jiān)測管道水平鋪設(shè)其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，并用小型碾壓設(shè)備進行壓實處理；當(dāng)大壩填筑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(jiān)測管道為多節(jié)圓直鋼管用波紋管接頭密封聯(lián)接。
所述的波紋管接頭由另帶法蘭、法蘭、止水、焊接環(huán)、護套、波紋管、絲網(wǎng)、隔層、填充層和連接螺栓組成，法蘭通過焊接環(huán)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(wǎng)絲，焊接環(huán)與網(wǎng)絲連接部位裝有護套，護套及焊接環(huán)與法蘭焊接在一起；波紋管波紋之間裝有隔層，其內(nèi)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(nèi)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(dǎo)儀，磁感應(yīng)器組成，高精度光纖陀螺慣導(dǎo)儀是由2～3個光纖陀螺儀、2～3個石英加速度計及數(shù)字信號處理器組成；水平定位儀為磁感應(yīng)器，光纖陀螺儀、石英加速器和感應(yīng)器將測得的角速度信號、線速度信號和水平信號傳給數(shù)字處理器。
本發(fā)明用2～3個光纖陀螺儀為一組，組成多姿態(tài)測量系統(tǒng)，以修正因測量裝置行走過程中可能出現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)而造成的測角偏差。
(1)本發(fā)明量測精度、穩(wěn)定性和可靠性可大大提高；(2)可以獲得大量的、連續(xù)性的和較高精度的位移測量成果；(3)埋入部分為監(jiān)測儀器運行軌道，結(jié)構(gòu)簡單易于制造、安裝、埋設(shè)及維護，即使是在光纖陀螺儀等移動監(jiān)裝置監(jiān)測不成功的情況下也有條件在在其中補充埋設(shè)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(jù)技術(shù)進步不斷改進其自身性能；(5)可實現(xiàn)施工期及運行期自動化監(jiān)測；(6)與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，儀器設(shè)備費用較低。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明監(jiān)測管道結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明監(jiān)測管道結(jié)構(gòu)示意圖之二圖4為本發(fā)明波紋管接頭結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明測量裝置結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明監(jiān)測原理工作示意7為本發(fā)明監(jiān)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(jiān)測方法及設(shè)備如圖1、2、3、5、6所示，在大壩面板2內(nèi)預(yù)先埋置具有剛性和伸縮性、管道內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑為300mm的圓直鋼管監(jiān)測管道3；當(dāng)監(jiān)測管道形成后，即可開始進行初始值的監(jiān)測工作，在監(jiān)測端將可移動測量裝置5入監(jiān)測管道，設(shè)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(jiān)測管道中勻速行走，測得初始數(shù)據(jù)；再定期將可移動測量裝置入監(jiān)測管道，將測得的數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)比較，從而得出變形值。
監(jiān)測管道在面板中的預(yù)先埋置方法是在壩體上游設(shè)置監(jiān)測斷面，在監(jiān)測斷面上將監(jiān)測管道頂端埋設(shè)在大壩趾板混凝土內(nèi)，與壩體上游面平行沿面板斜向鋪設(shè)，預(yù)先埋置有三種方式澆筑砼面板后，再通過必要的支護措施將監(jiān)測管道固定在混凝土面板的上游表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監(jiān)測管道也固定于其中，再澆筑混凝土面板；或?qū)⒈O(jiān)測管道埋設(shè)于墊層料中，然后再澆筑混凝土面板。
監(jiān)測管道3為多節(jié)圓直鋼管7用波紋管接頭密封聯(lián)接。監(jiān)測管道外壁每30米裝有一永久性磁環(huán)8。波紋管接頭由另帶法蘭9、法蘭10、止水11、焊接環(huán)12、護套13、波紋管6、絲網(wǎng)14、隔層15、填充層16和連接螺栓17組成，法蘭10通過焊接環(huán)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(wǎng)絲14，焊接環(huán)12與網(wǎng)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(nèi)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(dǎo)儀、磁感應(yīng)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(cè)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(dǎo)儀是由3個光纖陀螺儀21、3個石英加速度計22及數(shù)字信號處理器23組成。光纖陀螺儀、3個石英加速度計和磁感應(yīng)器24將測得的角速度、線速度和水平定位信號傳送給數(shù)字信號處理器23，然后再用計算機處理得出測量數(shù)據(jù)。
實施例2壩體內(nèi)變形監(jiān)測方法及裝置如圖1、3、5、7所示，一種大壩壩體內(nèi)部變形的監(jiān)測方法，采用動態(tài)測量方式對大壩面板撓度或變形進行監(jiān)測，其具體方法是在大壩1內(nèi)預(yù)先埋置具有剛性和伸縮性，管道內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑為300~500mm的監(jiān)測管道3；當(dāng)監(jiān)測管道3形成后，即可開始進行初始值的監(jiān)測工作，在監(jiān)測端將可移動測量裝置入監(jiān)測管道，并通過其自備的動力使其在監(jiān)測管道中勻速行走，測得初始數(shù)據(jù)；再定期將可移動測量裝置置入監(jiān)測管道，將測得的數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)比較，從而得出變形值。
在壩體中埋置監(jiān)測管道的具體方法是當(dāng)壩體填筑到設(shè)計監(jiān)測高度20-50米時，沿水平方向從大壩上游至下游在壩體上挖一1×1米2的槽子，上游面頂端設(shè)置于墊層料表面處，然后在槽子底部鋪設(shè)30厘米厚的細料，然后并將監(jiān)測管道水平鋪設(shè)其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，并用小型碾壓設(shè)備進行壓實處理；當(dāng)大壩填筑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(jiān)測管道為多節(jié)圓直鋼管7波紋管6密封焊接，波紋管6內(nèi)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(dǎo)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(cè)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(dǎo)儀是由3個光纖陀螺儀21、3個石英加速度計22及數(shù)字信號處理器23組成。光纖陀螺儀、3個石英加速度計和磁感應(yīng)器24將測得的角速度、線速度和水平定位信號傳送給數(shù)字信號處理器23，然后再用計算機處理得出測量數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種大壩面板撓度或壩體內(nèi)部變形的監(jiān)測方法，其特征在于所述的監(jiān)測方法是采用動態(tài)測量方式對大壩面板撓度或變形進行監(jiān)測，其具體方法是在大壩面板或大壩內(nèi)預(yù)先埋置具有剛性和伸縮性。管道內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑為300~500mm的監(jiān)測管道；當(dāng)監(jiān)測管道形成后，即可開始進行初始值的監(jiān)測工作，在監(jiān)測端將可移動測量裝置入監(jiān)測管道，并通過牽引裝置或其自備的動力使其在監(jiān)測管道中勻速行走，測得初始數(shù)據(jù)；再定期將可移動測量裝置置入監(jiān)測管道，將測得的數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)比較，從而得出變形值。
2.一種如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于監(jiān)測管道在面板中的預(yù)先埋置方法是在壩體上游設(shè)置監(jiān)測斷面，在監(jiān)測斷面上將監(jiān)測管道頂端埋設(shè)在大壩趾板混凝土內(nèi)，與壩體上游面平行沿面板斜向鋪設(shè)，預(yù)先埋置有三種方式澆筑砼面板后，再通過支護措施將監(jiān)測管道固定在混凝土面板的上游表面；或在面板鋼筋骨架形成的同時，將監(jiān)測管道也固定于其中，再澆筑混凝土面板；或?qū)⒈O(jiān)測管道埋設(shè)于墊層料中，然后再澆筑混凝土面板。
3.一種如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于監(jiān)測管道在壩體中的預(yù)先埋置方法是挖槽將監(jiān)測管道水平埋設(shè)于填筑料中，管道周圍用細料保護。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)測方法，其特征在于所述的在壩體中埋置監(jiān)測管道的具體方法是當(dāng)壩體填筑到設(shè)計監(jiān)測高度時，沿水平方向從大壩上游至下游在壩體上挖一1×1米2的槽子，上游面頂端設(shè)置于墊層料表面處，然后在槽子底部鋪設(shè)30厘米厚的細料，然后并將監(jiān)測管道水平鋪設(shè)其上，再在管道周圍用細料覆蓋保護，并用小型碾壓設(shè)備進行壓實處理；當(dāng)大壩填筑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(quán)利要求1方法所用的監(jiān)測管道，其特征在于所述的監(jiān)測管道為多節(jié)圓直管用波紋管接頭密封聯(lián)接。
6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)測管道，其特征在于所述的波紋管接頭由另帶法蘭、法蘭、止水、焊接環(huán)、護套、波紋管、絲網(wǎng)、隔層、填充層和連接螺栓組成，法蘭通過焊接環(huán)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(wǎng)絲，焊接環(huán)與網(wǎng)絲連接部位裝有護套，護套及焊接環(huán)與法蘭焊接在一起；波紋管波紋之間裝有隔層，其內(nèi)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(quán)利要求1方法所用的測量裝置，其特征在于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(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于所述的測量裝置還包括裝載在小車內(nèi)的水平定位儀。
9.權(quán)利要求7或8所述的測量裝置，其特征在于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(dǎo)儀，磁感應(yīng)器組成，高精度光纖陀螺慣導(dǎo)儀是由2～3個光纖陀螺儀、2～3個石英加速度計及數(shù)字信號處理器組成；水平定位儀為磁感應(yīng)器，光纖陀螺儀、石英加速器和感應(yīng)器將測得的角速度信號、線速度信號和水平信號傳給數(shù)字處理器。
全文摘要
一種大壩面板撓度或壩體內(nèi)部變形的監(jiān)測方法及其裝置，是在大壩面板或大壩內(nèi)預(yù)先埋置具有剛性和伸縮性、管道內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑為300~500mm的監(jiān)測管道；然后在監(jiān)測端將可移動測量裝置入監(jiān)測管道，使其在監(jiān)測管道中勻速行走，測得初始數(shù)據(jù)；再定期將可移動測量裝置置入監(jiān)測管道，將測得的數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)比較，從而得出變形值。本發(fā)明可以獲得大量的、連續(xù)性的和較高精度的位移測量成果；埋入管道為監(jiān)測儀器運行軌道，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝、埋設(shè)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(jù)技術(shù)進步不斷改進其自身性能；可實現(xiàn)施工期及運行期自動化監(jiān)測；與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，儀器設(shè)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(yōu)先權(quán)日2004年1月17日
發(fā)明者孫貴平, 孫役, 楊啟貴, 蔡德所, 衛(wèi)炎, 李昌彩, 陳潤發(fā) 申請人:湖北清江水布埡工程建設(shè)公司