[科普中国]-水工建筑物原型观测

简介

水工建筑物原型观测是指对水工建筑物及其环境进行仪器量测和巡视检查，以了解和评价其实态的技术。通过水工建筑物原型观测，可以及时掌握水工建筑物在施工期和运行期的实际变化状态，作为施工控制及安全监控之用，并为验证和改进工程的设计和施工，为研究工程的维修或加固，为发展水工建筑物理论和技术提供基础资料2。

工作内容包括观测系统的设计，仪器设备的安装埋设，现场观测及数据采集，观测资料的整编、整理、分析、预报和作出评价等方面3。

(1)观测系统的设计。包括确定观测项目、选定重点观测的断面和部位，确定观测设备的布置及结构设计，进行仪器设备的选型并确定其规格和数量，制定安装埋设的技术要求及规范，绘制整编有关图表文件。仪器布置要贯彻少而精的原则，有针对性，重点突出而又能反映全面情况。观测地点要求有良好的工作环境和交通条件。

(2)仪器设备的安装埋设。这是原型观测工作成败的关键，一定要有专业队伍严格按照设计要求进行施工。安装埋设前要进行仪器设备的检查、调试和率定，做好安装前的准备工作。安装埋设后要妥善保护，使所有埋设件都能正常工作，并取得原始测值和考证资料。竣工后要绘制竣工图，填写考证表，编写竣工报告。

(3)现场观测及数据采集。现场观测包括巡视检查和仪器量测两部分。仪器量测可以用人工测读，也可以用自动化数据采集系统测记。要根据规定的测次、时间、精度要求，由专人负责进行观测。在仪器埋设之初，就应由施工单位随即测读，并随时整理，在竣工后移交给运行单位，以保持资料的完整性。在采用自动化设备观测时，往往还要考虑人工观测的可能性，以保证自动化设备发生故障时，观测数据不致中断。要特别强调认真进行水库首次蓄水期间的观测，取得完整资料，这是极为重要的。

(4)观测资料的整编、整理、分析和预报。观测的原始资料要整编成系统的资料永久保存。观测资料要及时整理分析，绘制各物理量的变化过程线，建立其相关关系，与设计值和类似工程进行比较，对异常测值分析其原因，找出其变化规律，提出采取有关措施的建议，要建立有关物理量的数学模型，进行计算并作出预报。施工期监测是施工控制的重要手段之一，要做到随时测记，随时分析，验证和修改设计，指导施工，如隧洞施工的新奥法。运行期应结合巡视检查中发现的问题和观测成果，进行综合分析，评定水工建筑物处于正常、异常或险情的工作状态。

观测项目(1)按照水工建筑物的类型，可分为混凝土坝原型观测、土石坝原型观测、地下建筑物原型观测、泄水建筑物原型观测等类别，其观测目的、观测项目及所用仪器设备各不相同3。

(2)按照观测目标不同，可分为一般性观测和专门性观测两类。一般性观测项目是所有工程一般都要布设的项目，包括巡视检查、变形观测、渗流观测、应力应变及温度观侧，以及为分析资料需要的上下游水位、雨量、气温等环境量的观测。此外，根据工程特性和工程所处的地形地质特性及工程的重要性，可有选择地增设一些专门性的观测项目，如近坝区岸坡稳定观测、地震反应观测、水力学观测、局部结构的应力应变观测、土压力观测等。

(3)按照观测手段的不同，可分为巡视检查、外部观测及内部观测等三类。巡视检查是由有经验的人员定期巡视，观察水工建筑物是否正常工作，有无缺陷和险情。外部观测是在水工建筑物表面设置标点系列，用光学或机械方法观测这些标点的三个方向的位移或倾斜，裂缝的发展和变化。水力学观测也是外部观侧的二种。内部观测是在水工建筑物内部埋设仪器，用机械或电测方法引至坝外或廊道内的观测站，测读变形、应力、应变、渗透压力、温度等物理量。

发展简史在19世纪末、20世纪初已开始利用仪器对混凝王水工建筑物的变形、温度和应变进行观侧。到30年代钢弦式和差动电阻式仪器相继出现，并在苏联的第聂泊河大坝和美国胡佛、大古力等大坝上使用。这两类仪器一直延用至今。直到50年代，观测工作多半是研制、改进一些仪器设备，研究混凝土坝的温度状况和温控措施的效果，以及内部的应力和应变等间题3。1959年法国马尔帕塞拱坝的失事，紧接着1963年意大利瓦依昂拱坝库区大滑坡所造成的巨大损失，促进了原型观测对大坝安全监测作用的认识，同时也推动了坝基和坝肩的安全监测技术和岩石力学方面的研究。土石坝观测技术的发展大体上与混凝土坝类似。20世纪30年代以前观测项目限于渗流量和坝表面的沉降。之后，特别是60年代以来，随着高土石坝的兴建，坝体表面及内部相结合的体系逐步形成，观测技术有了较大的发展。当前筑坝技术比较先进的国家在观测方面的主要经验和趋势是将建筑物和基岩视为一个整体建立良好的观测系统。并与有经验的工程人员进行现场巡视检查相结合，有效地掌握建筑物的性态变化，同时开展量测基岩变形和渗流等方面仪器的研制工作，并应用反馈分析技术，建立适用的数学模型，可修改原来的设计和施工方案，达到提高设计和施工水平的目的。不少工程根据实际条件和技术力量，实现了部分或全部量测数据采集和处理自动化。中国从50年代初开始，在丰满、新安江、官厅、上犹江、响洪甸等水利水电工程上进行了原型观测。以后随着水利水电建设事业的发展，不仅在新建工程上普遍开展了观测工作，而且老的建筑物也增设或改造了观测系统。60年代初中国也生产并使用了差动电阻式仪器.20世纪70年代以后，为适应建筑物和岩体的观测，研制出遥测垂线坐标仪、测斜仪、多点位移计、激光测坝变形系统及自动量测系统等仪器和设备。混凝土坝、土石坝、地下工程、水力学等观测设备也都形成了系列。近年来观测资料的整理分析方面已推广使用了计算机。