一种闸站水工建筑物变形监测及状态预警方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑物变形监测方法，尤其是一种应用于水闸、栗站或者闸站结合布置的水利工程建筑物变形监测、变化趋势预警方法。
【背景技术】
[0002]水利工程是我国国民经济和社会发展的重要基础，在防洪、排涝、防灾、减灾等方面对国民经济的发展发挥了巨大的作用。由于地质、上下游河道水位变化、气温等外部因素对水利工程建筑物变形产生一定影响，从而对工程和设备的安全运行带来影响，甚至造成损坏。根据水利工程相关规程规范要求，在通常情况下，对栗站和水闸工程使用测量仪器开展人工的垂直位移、渗压、伸缩缝等观测，周期较长且由于仪器和人工操作的原因容易带来偶然误差，不能及时可靠掌握水工建筑物的变形情况，一旦发生地质灾害以及上下游特殊水位组合或极端天气极有可能对设备和工程的安全运行带来隐患。实施闸站水工建筑物变形自动监测可动态掌握水工建筑物变形情况，符合闸站工程安全运行的实际需要和实现水利现代化、信息化的需求。
[0003]目前的水工建筑物变形监测方法主要存在以下几个方面问题:
[0004]—、水工建筑物变形监测自动化程度不高。一般的人工观测测次过少，存在偶然误差的概率较大，不能及时准确掌握建筑物变形量。
[0005]二、在水利工程管理中未能及时将建筑物变形监测成果用于判断工程状态，对工程管理、工程检查和工程维修养护提出建议。
[0006]三、通常的水工建筑物自动监测方法不能对建筑物变形趋势进行智能预警，从而可能导致事故或故障扩大。如栗站建筑物的底板不均匀沉降可能会引发栗站机组故障；水闸建筑物的底板不均匀沉降会导致闸室倾斜；变形严重时可能会导致建筑物的底板断裂从而发生事故；闸基及两岸土体的渗透变形会对水闸、栗站的稳定性和强度带来不利影响，且两种破坏都不易直观发现。
[0007]四、通常的水工建筑物自动监测不能根据实际需要自动提高测量频次。
[0008]通过对现有专利技术文献的检索，公布号为“CN104501773A”、名称为“一种水工建筑物竖向变形监测装置及方法”的发明专利申请为最相关的专利文献，其提供了一种水工建筑物的变形监测装置和方法，变形监测装置所有组件便于拆卸，利用传感钻头的灵活升降及通过控制器控制钻头的收缩，增加了装置可重复性使用的功效。该专利文献依然采用人工测量的方式对水工建筑物进行检测，没有涉及到水工建筑物的智能监测及状态趋势预警问题。
【发明内容】
[0009]本发明目的是基于闸站水工建筑物变形自动监测成果，提供一种闸站水工建筑物变形监测及状态预警方法，以判断水工建筑物的运行状态，并对不安全状态进行实时预警，确保工程安全运行。
[0010]本发明方法具体包括如下步骤。
[0011 ] 选定工程监测点的步骤。
[0012]采集监测信息的步骤；在选定的工程监测点布置监测仪器，将监测仪器采集到的建筑物变形信息及对建筑物变形信息有影响的相关信息传送到监测服务器；监测仪器包括静力水准仪、渗压计、测缝计、水位计等感应设备；建筑物变形信息包括垂直位移、测压管中水位及水温(渗压测量)、伸缩缝宽度、裂缝宽度等；对建筑物变形信息有影响的相关信息包括上下游河道水位、天气气温、栗站开机台数、栗站流量、水闸开闸孔数、闸门开启度、过闸流量等。
[0013]分析比对监测信息的步骤；监测服务器将采集到的水工建筑物变形信息进行存储和智能分析处理，将变形数据与同期历史数据进行比较，并结合外部因素采用趋势分析法分析得到建筑物变形趋势值，将该建筑物变形趋势值与预设的警戒值进行对比，判断工程状态并发送信息至工程运行监控和管理平台。
[0014]处理分析结果的步骤；若工程状态被判断为不安全或居于临界值，将结合工程运用情况如水栗开启台数、电动机振动情况、水闸过水流量及闸门开启度等分析建筑物变形超限的原因，同时自动增加监测信息采集的频次，并按照预设的时间间隔向指定人员发布工程状态信息和警示信息。
[0015]状态预警的步骤:工程运行监控和管理平台通过短信系统或无线网络对工程状态信息进行自动发布预警、报警信息至终端设备，直至管理人员解除报警；工程运行监控和管理平台能够实现在线监测、报警、报表制作、数据管理、远程服务，通过终端设备实现查询和智能预警功能。
[0016]进一步，在状态预警的步骤中，在发布预警、报警信息时，在终端设备上显示建筑物及监测系统的总貌和/或各监测断面结构轮廓和/或仪器分布，和/或进行图示化选测和过程曲线显示，和/或报警位置和工程状态信息显示。
[0017]进一步，在分析比对监测信息的步骤中，警戒值预设为:
[0018]垂直位移变化限值:间隔位移量限值为±5mm，累计位移量限值为±150mm，同一块底板不均匀沉降量限值为50mm ；
[0019]测压管管中水位变化限值:非潮水河段的水闸和栗站，上下游水位变化较小，测压管管中水位变化限值设定为全年水位变化量的10% ;感潮河段的水闸和栗站，测压管管中水位变化限值需根据以往同期值及全年水位高程变化量综合而定；
[0020]建筑物伸缩缝宽度或裂缝宽度限值以砼符合气温热胀冷缩变化为正常，反之为异常。
[0021]进一步，采集监测信息的步骤中，对监测信息的采集采用中央控制方式进行，即由监控主机命令所有测量控制单元同时巡测或指定单台单点进行选测，测量完毕将数据存入监测数据采集服务器；或者采用自动控制方式进行，即由各台测量控制单元自动按设定时间进行巡测、存储，并将所测数据传送到监控主机保存、备份。
[0022]进一步，在分析比对监测信息的步骤中，建筑物变形信息的比对是在温度、上下游河道水位组合相同或相近的情况下与其历史情况进行对比，如果有突变应进行复测；此外，对于测压管，若同一组块底板上的测压管管内水位相同或相近时，也应进行复测。
[0023]进一步，在分析比对监测信息的步骤中，建筑物变形趋势的预测方式为:对于垂直位移，计算间隔位移量、累计位移量，绘制位移量过程线，结合上下游河道水位变化趋势预估位移量变化趋势；对于渗压，根据测压管水位、水温和上、下游河道水位，对比历史数据，判断地基渗透压力变化趋势；对于伸缩缝或裂缝，根据气温和上下游河道水位变化趋势预估伸缩缝/裂缝宽度变化趋势。
[0024]通过采用上述技术方案，本发明能够取得如下的技术效果:能够实现水工建筑物监测信息及数据分析结果的发布、工程状态预警等功能，对水闸、栗站建筑物的安全性进行实时分析，使得工作人员及时掌握水工建筑物变形量并分析其变化趋势，并对工程管理、工程检查和工程维修养护提出建议，从而保证工程设备安全运行；具有利用短信系统或无线网络自动发送预警、报警信息的功能，在管理人员收到报警信息得到确认后系统停发信息，否则将间隔一定时间继续重发，从而保证了预警的效果；能够在手机、便携笔记本等移动终端实现对闸站水工建筑物变形的监测查询，从而方便了工作人员对闸站的监测工作；当测值超限或测值变化速率超限时实现自动加密监测，保证监测密度，使得闸站工程的安全监测工作更有安全保障。
【附图说明】
[0025]图1是本发明方法所采用的监测和管理系统组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027]本发明应用的安全监测和管理系统组成结构如图1所示，包括测量仪器、现场采集箱、安全监测系统、数据库、分析处理器、工程运行监控和管理平台；首先选定工程监测占.V.
[0028]垂直位移监测标点设置:根据国家有关水利工程测量规范的要求，水闸、栗站工程按建筑物的底部结构(底板等)的分缝布设标点。一般水闸的垂直位移监测标点埋设在每块闸底板四角的闸墩头部、空箱岸(翼)墙四角、重力式或扶壁式岸(翼)墙、挡土墙的两端，反拱底板埋设在每个闸墩的上、下游端；栗站的垂直位移标点应根据底板的大小，分别在上、下游侧埋设两个以上的标点，底板较大的栗站应在底板中部适当增设标点。栗站翼墙、挡土墙的标点布设与水闸相同。选择在水闸、栗站建筑物单块底板四角布设四个垂直位移监测标点，底板较大时应在底板中部适当增设测点，并在合理位置设置工作基点。
[0029]渗压监测的测压管布置:水闸、栗站渗流观测测点的数量及位置，应根据水闸、栗站的结构形式、地下轮廓线形状和基础地质情况等因素确定，并以能测出基础扬压力的分布和变化为原则，一般布置在地下轮廓线有代表性的转折处，建筑物底板中间应设置一个测点。沿建筑物的岸墙和工程上、下游翼墙应埋设适当数量的测点，对于土质较差的工程墙后测压