安全监测工程施工设计方案.docx

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安全监测工程施工设计方案

铜川市水库枢纽工程

安全监测工程施工方案

15.1工程概况

本工程主要包括大坝及放水塔、泄洪洞安全监测工程，其主要包括监测仪器设备采购、检验、安装及施工期监测工作。

主要项目有：

巡视检查、环境量监测（上、下游水位，坝区气温，降水量）、表面变形监测（水平和垂直位移监测）、渗流监测（坝体渗流压力及绕坝渗流监测），监测仪器自动化等。

表15-1大坝安全监测主要工程量

二

大坝安全监测

单位

数量

备注

2.1

土建工程

2.1.1

视准线校核基点

个

10

2.1.2

工作基点

个

10

2.1.3

永久综合点测墩

个

25

2.1.4

水准网网点

个

10

2.1.5

水准监测网施工便道

m

400

2.1.6

土石方回填

m3

20

2.1.7

土方明挖

m3

100

2.1.8

Φ108mm绕坝渗流钻孔

m

450

2.1.9

Ф50mm镀锌钢管测压管

m

450

2.1.10

Ф56mmPVC护壁管

m

450

2.1.11

Φ108mm钻孔（深孔渗压计）

m

600

2.1.12

Ф56mmPVC水平电缆套管

m

1100

2.1.13

Φ211×5mm垂直电缆保护无缝钢管

m

180

2.1.14

Ф127mm双金属标钢管

m

30

2.1.15

Ф102mm双金属标铝管

m

30

2.1.16

Ф168mm护壁钢管

m

30

2.1.17

Ф168mm双金属标钻孔

m

30

2.1.18

观测房

m2

15

2.2

大坝变形监测

2.2.1

水平位移

2.2.1.1

强制对中基座

个

28

2.2.1.2

经纬仪

台

1

进口

2.2.2

竖向位移

2.2.2.1

水准仪

台

1

进口

2.2.2.2

水准标

个

28

2.2.2.3

水准尺

个

3

每个3m

2.2.2.4

双金属标系统

套

1

2.2.2.5

双金属标仪

台

1

2.3

大坝渗流监测

2.3.1

渗压计

支

36

2.3.2

压力表

个

20

2.3.3

测压管孔口装置

个

20

2.3.4

堰流计

支

1

2.3.5

量水堰堰板

块

1

2.3.6

水质分析

项

1

2.4

环境量监测

2.4.1

百叶箱

个

1

2.4.2

自计温度计

台

1

2.4.3

自计雨量计

台

1

2.4.4

遥测水位计

支

1

2.4.5

人工水尺

组

2

2.5

其他

2.5.1

监测仪器电缆

km

15

2.5.2

集线箱（16接口）

台

4

2.5.3

便携式读数仪

台

1

2.6

二次自动控制系统设备

2.6.1

测控单元（MCU）（16接口）

套

4

2.6.2

数据库服务器

台

1

2.6.3

计算机

台

1

2.6.4

笔记本电脑

本

1

2.6.5

激光打印机

台

1

2.6.6

不间断电源（UPS）（500W）

台

1

2.6.7

通讯（光）电缆

km

5

2.7

监测自动化控制系统软件

2.7.1

数据采集软件

套

1

2.7.2

监控管理软件

套

1

2.7.3

监测资料分析软件

套

1

2.8

观测房内部装修

项

1

2.9

巡视检查

项

1

2.10

施工期监测

项

1

放水塔安全监测工程

便携式读数仪

套

1

振弦式岩石多点变位计

套

2

不锈钢专用测杆

套

2

振弦式测缝计

支

5

振弦式渗压计

支

3

泄洪洞安全监测工程

振弦式渗压计

支

6

振弦式应变计

支

7

应变计组支架

套

1

振弦式钢筋计

支

14

振弦式测缝计

支

15

振弦式土压力计

支

9

振弦式无应力计

支

3

振弦式多点位移计

套

3

不锈钢专用测杆

套

3

水工专用屏蔽线

米

1650

便携式读数仪

套

3

分步式模块化自动测量单元

台

5

15.2监测仪器采购及仪器设备标准

按施工图纸的要求进行仪器设备的采购，采购前编制监测仪器设备采购计划，并报送监理审批，主要仪器设备标准

1）经纬仪：

光学经纬仪，测角精度：

不低于±2″。

2）水准仪：

自动安平水准仪，测量精度：

<±1.5mm/km，强制对中基座最大对中误差0.05mm，精美觇标活动范围：

0-200毫米，固定觇标对中误差<0.2mm。

3）渗压计：

量程：

0.35Mpa、700kpa,分辨率：

0.01%F.S，精度：

±0.1%F.S，工作温度-20℃～65℃。

4）堰流计：

分辨率≤0.02F.S，精度≤0.01%F.S，最大电缆长度>700m，量水堰堰板：

1*1.5m，δ=8mm不锈钢板。

5）双金属标仪：

测量范围：

0～35mm，灵敏度：

0.02mm，精度±0.1mm，长期稳定性，全数字电路无漂移，工作环境：

温度-20℃～70℃，湿度≤95%。

6）遥测水位计：

浮子直径Φ15cm，水位轮工作周长32cm，测量范围80m，分辨率1cm，精确度≤2cm，格雷码输出，机械数字显示，平均无故障工作次数1*107次。

7）自计雨量计：

承水口径Φ200cm±0.6mm，刃口40～50°，分辨率1cm，精确度≤±3%，雨强范围0.01～4mm/min，单触点通断信号，工作温度-20℃～50℃，工作电源：

DC12V蓄电池，环境温度-30℃～60℃，湿度10～95（相对湿度，无冷凝）防雷击能力强。

8）自计温度计：

量程-25℃～60℃，精度±0.05℃，耐水压1.0Mpa。

9）集线箱：

可接32支传感器

10）自动测控单元：

自动测控单元MCU,工作环境-30℃～60℃，相对湿度≤90%，供电电源220V±10%、50Hz、R232接口，1200bps,可测量差动式仪器，并含有数据采集功能。

11）计算机和打印机要求：

主要设备采用当前市场主流机型偏上的厂家产品，常规配置，并留有扩充和升级的余地。

12）岩石变位计：

量程0-100mm，测点数3，测孔深度3,8,15m，分分辨率0.1%F•S。

13）测缝计：

量程25mm，测量精度0.5%F•S，工作温度-25℃~+60℃，耐水压0.5MPa。

15.3监测仪器安装方法

严格按图纸和厂家使用说明书规定的程序和方法，进行仪器设备的安装和埋设，监测仪器设备在完成调试、率定并经过监理人批准后进行安装埋设。

仪器埋设中使用经过批准的编码系统，对各种仪器设备、电缆、监测断面、控制坐标等进行统一编号，每支仪器均须建立档案卡。

在所有仪器电缆上加上至少5个耐久、防水、最大间距不超过20m的标签，以保证连续识别不同仪器的电缆。

所有仪器或接头应予保护，所有未完成的管道和套管的开口端加盖，保证管和套管里面没有外部物质进入。

在仪器安装、埋设、混凝土回填作业中，如发现有异常变化或损坏现象，及时采取补救措施。

在仪器和电缆埋设完毕后，及时检测，确认符合要求后，编写施工日志，绘制竣工图。

每支仪器埋设和安装后，将仪器及其安装的下列详细资料提交监理人。

这些资料包括：

（1）仪器的种类、型号、编号和说明；

（2）按比例图示仪器所在部位的位置、仪器的坐标和高程、电缆敷设的准确位置和路线、电缆所有接头的位置和仪器安装所用的材料；

（3）仪器埋设的日期、时间以及气候气温情况；

（4）仪器埋设时附近施工区作业情况；

（5）安装埋设时的照片；

（6）所取得的初始数据；

（7）由我方和监理人双方签字的所有安装埋设记录。

15.3.1变形监测点安装方法

校核基点和工作基点必须放置在坝肩坚实的基础上，并通视状况良好。

测点标墩为高于地面1.2m的现浇钢筋混凝土墩，标墩底盘为1.2m×lm的混凝土实体；标墩顶部设置强制对中基座，基座对中精度应小于0.1mm；标墩底盘表面设置水准标志；埋设时，强制对中基座应调整水平，其倾斜度不得大于4’。

水准网点及水准基准点：

水准网点先用标石，基准点采用双金属标，并设置保护装置。

观测墩尺寸见图15-1、15-2、15-3

图15-1岩基上工作基点结构尺寸图和配筋图（单位mm）

图15-2土基上工作基点结构尺寸图和配筋图（单位mm）

图15-3表面变形观测点制作图（单位：

mm）

15.3.2渗流监测点安装

渗压计采用钻孔法安装，渗压计埋设前，必须进行室内检验。

埋设前，将渗压计用砂包裹，在水中浸泡2小时以上，使其达到饱和状态，确保孔隙压力计进水口通畅。

在基岩面上埋设渗压计时，应先在预定位置钻一个直径不小于50mm的孔，孔内充填砾石，再将装入砂袋的渗压计放到集水孔上。

测压孔应在灌浆洞帷幕灌浆施工完毕后施钻。

测压孔钻孔孔位与设计孔位偏差不超过5cm，孔深应达到设计深度，孔斜偏差应不大于0.02m/m。

测压孔钻孔开孔直径为

110mm，终孔孔径为

76mm，达到设计深度后应进行灵敏度检查，灵敏度检查的水压力为0.1～0.2Mpa，当漏水量极微或基本不漏水时，应及时通知项目监理，决定是否加深钻孔或重新钻孔。

钻孔岩芯应进行地质素描。

测压孔在钻孔过程中，如发现集中漏水（无回水）、掉钻、掉块、塌孔等情况时，应详细记录。

当上述情况比较严重时，应通知项目监理采取处理措施。

测压孔孔口装置按图加工和安装各接头不得漏水，经检查合格后进行初始值观测。

图15-4渗压计安装结构示意图

15.3.3电缆安装

电缆采用塑料电缆，观测电缆在仪器埋设点附近应预留一定的富余长度。

电缆牵引方向应尽量垂直或平行埋设。

监测仪器至监测站的电缆应尽可能少用接头。

电缆连接采用热缩管法连接，并标示清楚，测量端芯线头部的铜丝应搪锡密封，并作防水实验（1.5个气压下15分钟不漏气，1Mpa水压下绝缘电阻不小于50MΩ），在监测仪器引线进行必要的连接、套接和安放后，在回填或埋入混凝土中之前，监测仪器引线应立即进行测试。

电缆铺设时在导管的出口和入口用麻布包扎，电缆未引入永久观测站前，用木箱保护，严禁将电缆观测端浸入水中。

15.3.4其它仪器安装

（1）遥测水位计：

安装在水流平稳，受风浪和泄水影响小，观测方便的地方，安装水位计平台高度0.8m，安装水平，进水管断面面积不小于测井断面积的1%，设在岸上的测井，进水管应低于最低水位15cm，并定期清理沉积物。

（2）自计雨量计：

雨量传感器安装高度为1.2m，承雨口应水平，雨量计固定牢靠，基座有排水管道出口和电缆通道。

（3）自记温度计：

自记温度计安装在专用百叶箱内，百叶箱固定于0.8*0.8*1.5m墩台上，箱门朝正北方向。

（4）量水堰安装：

堰口水流形态必须为自由式，堰槽段应采用矩形断面，堰扳为平面，堰板顶部水平，堰板与侧墙应保持铅直，堰板采用不锈钢板，过水堰口下游边缘制成45°角，堰板应与堰槽两侧墙和来水流向垂直。

堰板应平正和水平，高度应大于5倍的堰上水头，量水堰安装完毕，应详细填写考证表，存档备查。

15.4安全监测方法

15.4.1巡视方法和内容

一般项目检查方法采用直观检查或配小型工具检查，特殊部位采用探坑、钻孔、水下摄像等方法。

15.4.1.1坝体主要检查项目：

1）相邻坝段之间的错动；

2）伸缩缝开合情况和止水的工作状况；

3）上下游坝面、宽缝内及廊道壁上有无裂缝，裂缝中漏水情况；

4）混凝土有无破损；

5）混凝土有无溶蚀、水流侵蚀或冻融现象；

6）坝体排水孔的工作状态，渗漏水的漏水量和水质有无显著变化；

7）坝顶防浪墙有无开裂、损坏情况。

15.4.1.2坝基和坝肩主要检查如下内容：

1）基础岩体有无挤压、错动、松动和鼓出；

2）坝体与基岩（或岸坡）结合处有无错动、开裂、脱离及渗水等情况；

3）两岸坝肩区有无裂缝、滑坡、溶蚀及绕渗等情况；

4）基础排水及渗流监测设施的工作状况、渗漏水的漏水量及浑浊度有无变化。

15.4.1.3泄水建筑物主要检查如下内容：

1）放水塔的混凝土有无裂缝、渗水，塔体有无倾斜或不均匀沉降。

2）消能设施有无磨损冲蚀和淤积情况。

3）工作桥是否有不均匀沉降、裂缝、断裂等现象。

4）出水口水流形态，流量是否正常。

15.4.1.4近坝区岸坡主要检查如下内容：

1）地下水露头及绕坝渗流情况；

2）岸坡有无冲刷、塌陷、裂缝及滑移迹象。

15.4.2监测方法

（1）水平位移观测视现场情况可采用视准线法，视准线两端的延长线处，宜设立校核基准点；视准线应离开周邻障碍物1m以上；各测点偏离视准线的距离，不应大于2cm；基准点和监测点，应采用有强制对中装置的观测墩。

视准线测量，可选用活动觇牌法或小角度法。

当采用活动觇牌法观测时，监测精度宜为视准线长度的1/100000；当采用小角度法观测时，监测精度应按下式估算：

式中：

—位移中误差（mm）；

—测角中误差（″）；

—视准线长度（mm）；

—206265。

当采用活动觇牌法观测时，观测前应对觇牌的零位差进行测定。

（2）垂直位移观测采用几何水准方式，布设二等水准线路，其水准测量的闭合差不得超过规范的要求，测量使用的水准仪、水准尺等分别按有关规范规定进行检验与校正。

基准点应建立在大坝应力影响范围以外，一般在下游1～3km。

（3）渗流监测采用便携式读数仪进行数据采集。

15.4.3观测具体技术要求

（1）每期观测前，应对所使用的仪器和设备进行检查、校正，并做好记录；

（2）在较短的时间内完成；

（3）采用相同的图形（观测路线）和观测方法；

（4）使用同一仪器和设备；

（5）观测人员相对固定；

（6）记录相关的环境因素，包括荷载、温度等；

（7）采用统一基准处理数据；

（8）首期观测必须独立观测两次，独立观测两次分别计算、成果差值应小于2倍中误差，符合要求后,取均值作为基准值；

（9）每期观测结束后，应及时处理数据。

当数据处理结果出现下列情况之一时，必须即刻通知管理单位采取相应措施：

1）变形量达到预警值或接近允许值；

2）变形量出现异常变化；

3）建（构）筑物的裂缝或地表的裂缝快速扩大。

15.5施工期安全监测规程

15.5.1埋设时间

按照安全监测设计图纸、随施工进度进行测压等设备埋设，大坝填筑完成后渗压计和变形观测点埋设。

15.5.2监测周期和方法

仪器埋设初期48小时内，每天测次不低于2次，施工期为每月4次，首次蓄水期每月8次，正常运行期每月1次。

巡视检查：

一般项目检查方法采用人工直观检查或配小型工具检查，特殊部位采用探坑、钻孔、水下摄像等方法。

变形观测：

采用人工监测方法，水平位移用视准线法和垂直位移用水准观测。

渗流监测：

采用便携式读数仪进行数据采集。

15.5.3监测资料的整编

（1）我方使用标准的格式将各项仪器的有关参数、仪器安装埋设后的初始读数和全部仪器设备档案卡等整编成册。

（2）如监测发现可能是建筑物出现异常情况时，我方在1小时内口头通知监理人，并在测读数据后6小时内以快报的方式向监理人和设计单位以及发包人提交书面报告。

（3）我方将按监理人指示，在水库初期蓄水和水库蓄水至规定水位时，或根据工程安全检查的需要，按相关规范的规定和设计要求（包括设计修改通知要求），向监理人报送工程建筑物监测报告。

15.6信息化施工与信息反馈

在本标段的监测工作中，对信息化施工与信息反馈应作为重点对待。

信息化施工是运用系统工程于施工的一种现代化施工管理方法，包括预测、信息采集与反馈、控制与决策等方面的内容。

在监测的各个环节，从各工点基本情况调查，各工点技术方案编制，监测数据采集，监测数据分析上报，应急预案的实施，与业主专家、设计单位、施工单位及时进行沟通，确保情况可靠、方案合理、数据及时、分析正确、措施到位，将施工情况始终纳入有效监测掌控之中。

信息化监测和反馈基本流程包括：

（1）采集数据，对数据进行初步分析，初步判断监测对象安全，如果情况可疑应及时通知监理及施工单位，并做进一步监测验证。

（2）数据录入计算机，进行数据处理。

（3）生成记录成果报告。

（4）如果处理计算过程中发现监测数值过大，达到到警戒值，应加大监测频率，采取控制位移变形的施工措施。

（5）如果监测数值过大，达到了控制值，立即紧急通知施工单位，并启动相关的预案，并上报监理单位会同相关专家制定合理措施，直到措施得当，危险解除，可以施工为止。

根据上述预测对围护结构和周边环境的安全状况进行评估，做到信息化施工。

其监测反馈程序框图。

图15-5自动化系统监测反馈程序图

15.6.1系统功能

（1）系统应具备巡测和选测功能。

应能根据需求采用中央控制方式或自动控制方式进行数据采集；

（2）系统应有显示功能。

应能显示建筑物及监测系统的总体布置，各监测子系统组成、过程曲线、报警状态显示窗口等；

（3）系统应有操作功能。

应能在监测管理站的计算机或监测管理中心站的计算机上实现监视操作、输入／输出、显示打印、报告现在测值状态、调用历史数据、评估系统运行状态；根据程序执行状况或系统工作状况给出相应的提示；修改系统配置、进行系统测试和系统维护等；

（4）系统设备应具备掉电保护功能。

在外部电源突然中断时保证数据和参数不丢失；

（5）系统应具备数据通信功能。

包括数据采集装置与监测管理站计算机之间的双向数据通信，以及监测管理站和监测管理中心站内部及其同系统外部的网络引算机之间的双向数据通信；

（6）具有网络安全防护功能。

确保网络的安全运行具有多级用户管理功能，设置有多级用户权限，多级安全密码，对系统进行有效的安全管理；

（7）系统具有自检功能。

以便能为及时维修提供方便；

（8）系统应配备相应的工程安全监测管理系统软件和水文自动测报系统软件。

软件系统应有在线监测、离线分析、数据库管理、安全管理等功能，应包含数据的人工自动采集、测值的离线性态分析、图形报表制作等日常工程安全管理的基本内容；

（9）除自动采集数据、自动入库外，还应具有人工输入数据功能。

能方便地输入未实施自动化监测的测点或因系统故障而用人工补测的数据；

（10）系统应备有与便携式计算机或读数仪通信的接口。

能够使用便携式计算机或读数仪采集监测数据，以便进行人工补测比测或防止数据中断。

15.5.2系统组成

系统由软件系统和硬件设备组成。

软件系统主要是上位机软件。

硬件设备主要分上位控制微机、现场测控单元（MCU）、通讯介质与设备、传感器等。

各个主要层次的组成、功能及配置分述如下：

a）传感器层

本工程的传感器层主要由渗压计、温度计、量水堰计等组成，可以自动采集相应的数据，不再需要人工进行实地测量，其采集的数据精度高，可靠性好。

b）传感器连接层

连接层主要由专用数据传输电缆及电缆保护管组成。

专用数据传输电缆用于连接传感器与现场采集单元，对采集的数据进行传输；保护管起到保护电缆的作用，采用镀锌钢管，一方面可起到保护电缆的作用，另一方面由于钢管可靠连接并埋在地下，与系统接地网焊接在起，从而形成一个可覆盖大坝的接地网，有效改善了系统的防雷效果。

专用数据传输电缆采用四芯屏蔽铜芯镀锡电缆。

c）现场测控单元层

现场测控单元层主要由12个数据采集装置及相应的供电设备等组成。

由数据采集装置对传感器测量的数据进行集中采集，打包并上传至上位机。

距离较近的数据采集装置相互之间可通过RS-485通讯口连接，形成一个子网。

供电设备可选用市电AC220V电源、太阳能供电电源。

本工程供电设备选用市电AC220V电源，系统提供蓄电池后备电源供电方式，可在正常电源断电情况下，保证数据采集装置正常工作7d以上。

d）通讯层

通讯层主要由通讯介质及通讯设备组成，通讯介质可采用屏蔽双绞线、光纤等，通讯设备可选用光电转换器、通讯转换器等。

从系统成本、传输性能上综合考虑，一般在MCU房与上位机房之间采用四芯单模光纤接入方式。

e）上位机层

上位机层主要由上位控制微机、打印机、UPS电源及上位机软件包等组成。

上位机层对采集的数据进行存储、统计、分析和告警，为大坝安全分析提供数据支持。

本工程的上位机层由一台计算机、一台UPS电源、及在工作站内安装的安全监控管理软件和数据库软件组成。

水库大坝安全自动监测系统要求以windowXP为系统平台的大坝安全信息管理系统，包括教据采集软件、信息管理软件、资料分析软件、远程控制软件。

15.6.3自动化监测系统安装调试

MCU采用密封防水机箱，机箱底部采用塑料密封接头，所有部件固定在机箱安装钢板上，智能数据采集模块安装在不锈钢盒内。

机箱接地线柱应用导线与地网连通；仪器电缆理顺后穿进机箱，尽量避免交叉。

（1）自动化系统的调试步骤如下：

1）仪器接入自动化系统前，对每支传感器的电缆绝缘度进行测试。

2）根据MCU配置表将仪器参数、MCU的通道号进行室内编程，检查无误后下载到MCU。

3）用便携仪表测读每支仪器读数。

4）将传感器接入采集系统。

5）对每支传感器进行调试。

6）对MCU之间通讯进行调试。

7）整个系统的安装调试。

（2）测控装置完成所有的接线后就可以开始调试，其步骤如下：

1）设置

首先用小键盘完成测控装置的地址、测点类型、测点数量的设置，具体设置详见小键盘的使用。

一般根据测控装置的位置从左到右、从近到远按顺序设置数据采集模块的地址，便于查找。

其次根据接八传感器的排列顺序，确定每支仪器在数据采集模块内的编号，其编号由4位数组成，前两位为数据采集模块的地址，后两位为测点接八模块的通道位置。

2）通讯检查

MCU的通讯线接完后，在数据采集计算机上可用数据采集软件或超级终端进行通讯调试，确保每个模块通讯正常。

3）自检

在自检命令中所有模块均对其RAM、ROM、时钟等电路的自检测量MCU内的蓄电池的电压、充电电压和模块上的温度，检测各测量模块的类型、接入监测仪器的数量以及该模块的工作情况。

4）测量

在MCU处先用小键盘对每支仪器进行测量，确定仪器测量正常，记录测量数据；同时通过人工比测接口，利用便携式测量仪表对接入MCU的仪器进行测量，并与MCU测量的数据相比较，测量数据的重复性、一致性满足规范要求。

5）联调

在中央控制装置（监控主机）上，利用数据采集软件控制所有测控装置，进行所有功能检查，如测量（巡回测量、选点测量、选箱测量、自动测量）、时间查询和设置、定时自动测量时间间隔查询和设置、自动测量数据读取等，所有功能运行正常、可靠，自动化测量结果与人工测量结果一致。

6）整理

在完成MCU的调试工作后，对接入MCU的每一根电缆做好标记，顺序整理好；拧紧MCU接线通道的密封端子，对空的通道用电缆头将其堵死；把观测房清扫干净。

把MCU擦拭干净并用专用钥匙锁好；做好相关的调试记录。

15.7仪器设备的检查和交货验收

监测仪器大多在隐蔽的环境下长期运行，一旦仪器安装埋设后，一般无法再进行检修和更换。

大坝工程对监测仪器能够长期、稳定运行的基本要求，决定了用于大坝安全监测的仪器的检测是必须的。

所以应严格按设计图纸和文件以及生产厂家的产品说明书对