大坝安全监测控制管理

1、大坝安全监测控制管理摘 要大坝的安全监测风对于大坝的安全运行起着十分重要的作用。对于不同的建筑物侧重点不同，采用不同的监测方法可以更准确的反应不同建筑物的特性，对于大型工程它的特点是规模大、主要建筑物种类多、地质条件复杂、地下洞室开挖量大、工程重要，监测项目较多，传统的单项监测方式已经不适合工程特点，针对监测来讲必须采用更加先进的管理方式。大坝安全监测包括安全监测设计、仪器设备研制和率定安装、数据观测和整理以及资料分析评价等多个环节，质量管理也主要涉及这些环节要素。本文对大坝安全监测管理方式进行探讨，着重论述了大坝安全监测工程全面过程质量管理的原则、要求和方法（包括安全监测设计、监测仪器、仪埋

2、安装、数据观测分析评价及完工验收移交等各环节的质量管理）。关键词：1、大坝；2、安全监测；3、管理目 录目 录5一、绪 言6（一）研究背景及意义6（二）研究现状7二、大坝安全监测质量管理12（一）大坝安全监测设计管理12（二）安全监测仪器质量管理13（三）底座及仪器安装埋设质量管理15（四）数据资料观测与分析评价16（五）完工验收移交管理17三、某抽水蓄能电站工程安全监测管理现状18（一）某抽水蓄能电站安全监测管理现状18（二）某抽水蓄能电站安全监测特点18四、某抽水蓄能电站安全监测技术管理方式研究20（一）抽水蓄能电站工程安全监测设施研究20（二）抽水蓄能电站工程安全监测数据管理研究23（三

3、）抽水蓄能电站工程安全监测数据分析及信息反馈研究25五、结 论28致 谢29参考文献30一、绪 言（一）研究背景及意义大坝是经济发展过程中的产物，是一个国家的基本建设设施。作为民生工程，在防洪排涝、水力发电及保护人民生命财产安全方面起着非常重要的作用。随着经济的快速发展和水利资源的不断开发利用，我国的水利事业得到了蓬勃发展，取得了举世瞩目的成就。水库大坝建设在人类改造自然的历史中具有重要的意义。随着相关技术的发展，人类修建的水库大坝在数量和质量方面都得到了较高的提升，然而在为人类创造出显著经济和社会效益的同时，不断出现的大坝安全问题也严重影响着人民的生命财产安全。相当大部分大坝存在着某些不安全

4、因素，这些因素不同程度地影响工程效益的发挥，甚至威胁着下游千百万人民的生命财产安全。世界范围内的最新统计结果表明，已建坝总的失事比例约为 1。国内外时有大坝失事的情况发生。其中较著名的有意大利的瓦依昂拱坝、美国提堂坝、法国马尔巴塞拱坝、中国的沟洉面板堆石坝等。上述大坝的失事，主要是未采取相应的安全监测设施或对由相应监测设施所反映的信息未给予足够的重视有关。对大坝进行安全监测，就是通过仪器监测和人工巡视检查来反映大坝的实际工作性态，发现安全隐患，以便及时采取相应的工程措施，确保大坝的安全。大坝安全监测是确保大坝安全运行的必要手段。近年来，国内外都越来越重视该项工作。随着科学技术的飞速发展，相应的

5、大坝安全监测技术也发展很快，各类监测仪器设备趋向先进，精度也随之提高。随着大坝安全监测资料分析研究工作的深入，不断涌现出新的方法和对监测数据处理的新手段，为及时反馈大坝实际工作性态、确保大坝安全运行提供了可靠的保证。大坝安全监测是防止大坝发生灾难性事故的有效手段，是目前能说明大坝实际运行情况唯一可靠的方法。对一座大坝而言，各种影响因素错综复杂，荷载与抗力大小难以准确计算，只有通过有效的安全观测，从采集到的一系列数据中获取运行信息，通过对各种信息的加工处理与分析，认识大坝的运行状态和变化规律，找出它存在的问题，正确判断其安全性，才能最终实现安全监测的目的。大坝安全监测的结果也是对设计数据的验证，

6、为改进设计和科学研究提供资料，同时，大坝安全监测资料不仅能监视建筑物的安全状态，而且对反馈设计、施工起到重要作用。（二）研究现状1、国外研究现状国外大坝安全监测管理状况仅采用 2001 年由全美大坝安全官员协会（ASDSO）提供的美国水坝的安全状况来间接反映美国大坝安全监测管理情况，以及通过意大利、法国近几十年来致力于发展大坝安全监测自动化技术的情况说明国外对大坝安全监测事业的重视。在美国水坝业主要对水坝的安全性、可靠性负责，并负责为水坝的维修、改良和修缮提供财务保障。尽管绝大多数公共设施（公路、桥梁、排水系统等）由公共团体所有，美国的绝大多数水坝却是私人所有。所有权使水坝成为美国基础设施的一

7、个独特部分。按美国水坝的总数来统计，78，240 座水坝中用于娱乐消遣的占 31.3%，用于消防和农耕的占 17%，用于防洪的占 14.6%，用于灌溉的占 13.7%，用于供水的占 9.8%，于储存矿山废水的占 8.1%，用于水力发电的占 2.9%，目的不确定的占 2.3%，用于航运的占 0.2%，矿尾坝或用于其他目的的占 0.1%。美国的水坝由许多不同类型的人或实体拥有并管理。其中私人拥有大约 58%的水坝，其次是地方政府拥有并管理约 16%的份额，归州政府所有的为 4%，联邦政府、公共事业公司和其他利益团体都只占很小的比例。今天，除亚拉巴马（Alabama）州和特拉华（Delaware）州

8、外，美国各州都有了水坝安全管理措施。州政府对美国水坝目录中将近 76，000 座水坝的 95%具有管理责任。各州对水坝的管理措施又各不相同，但都包括： 对现有水坝安全的评价； 对水坝新建工程和主要修缮工程计划书的审查； 对现有和新建水坝的定期检查； 对紧急行动计划的复查和批准。现联邦有几个与水坝安全有关的部门一起负责美国 5%的水坝建设、具有所有权并经营、管理控制或提供技术帮助以及水坝研究。这些部门包括农业部、国防部、能源部、内政部、劳工部（国界和水权委员会）、联邦能源管制委员会、核能管理委员会和田纳西流域管理局。联邦紧急事务处理委员会负责执行美国水坝安全纲要，目的是配合水坝安全机构协调委员会

9、的工作，从财政上帮助各州的水坝安全管理，并提供研究资金和技术转移的州际合作。在美国在大坝安全管理方面尚存在较大的问题，作为大坝安全的耳目，美国大坝安全监测管理工作的现状也是可想而知的。但美国人根据失事后死人的多少划分工程的风险大小，对失事后死人多的高风险大坝则重视程度相对较高，相应的监测投入也会较高，反之，就较少。其大坝安全监测工作一般皆采用自动化系统，以节省昂贵的人工。在精密电子仪器技术、电子计算机技术、电讯传输技术和数值计算技术都比较发达的今天，一些先进的国家已经制成联机实时自动监测系统来满足监测系统对大坝安全监测精度、速度的要求，并对工程建筑物进行及时、全面的安全评价。意大利、法国是最早

10、开发大坝监测数据处理系统的国家，所开发的系统有较长时间的应用实践，在国际上也有较大的影响。意大利近几十年来，致力于发展大坝安全监测自动化技术。经过多年努力，逐渐形成了一套独特的，包括理论、方法和软、硬件等在内的大坝安全自动监控系统，在一些大坝上实现了自动监测和联机实时报警系统，并计划在其他工程上大力推广。意大利的大坝安全监测，自 70 年代以来一直处于国际领先地位。目前意大利大多数坝已实行自动化监测，为了适应自动化监测的发展，意大利结构和模型试验研究所（ISMES）开发了一系列大坝安全监控软件。它包括一整套相互配合的软、硬件，基本构思可明确分为三个层次：（1）安装在大坝上的联机实时监测系统。通

11、过大坝附近建立的主观测站，自动监测大坝及基础的各种效应量，对监测数据进行初步检查、报警、记录和打印，并将监测数据送至地区监测中心和更高层的计算中心。（2）初级脱机处理系统，对所有大坝获得的原因量和效应量都分别进行数据管理和处理，建立数学模型并对监测资料进行分析，使管理及主管当局能依据它们为一个建筑物的安全作出全面评价。DAMSAFE 系统就是其中较为典型的一员，DAMSAFE 系统是一个对结构进行安管理的决策支持系统，系统认为结构安全是一个从设计、施工到运行的连续管理过程，它运用人工智能技术，并综合大坝各类信息（设计报告、图纸、照片、监测及试验数据、专家对大坝的评价）和模型（数值结构模型、数据

12、模型、大坝性态标准模型）对大坝进行安全管理，系统具有多种用途，如对大坝进行在线监控或离线安全管理、在改进大坝安全时协助进行资源优化配置、训练初级大坝安全管理人员等。DAMSAFE 系统基于面向对象的结构，系统内各类知识通过 1 个多层次的模型来综合描述，此模型包括 2 个库和 3 个推理机，这 2 个库为工程数据库、大坝性态库，工程数据库包括所有与大坝监测资料相关的信息，大坝性态库包括所有与大坝物理性态相关的信息，推理机作用于 2 个库，包括 2 个库所需的概念推理的知识，它们实行许多任务，其中最重要的是将工程数据库与大坝性态库联系起来。DAMSAFE 系统开发的目的是既能进行离线分析，进行大

13、坝安全研究和人员培训，同时也能进行在线大坝安全监控，该系统是一个决策支持系统，在某种意义上说并不提供确切的答案，但能帮助工程师处理问题，人与机器之间是交互式协作处理大坝安全信息。系统的一个在线版本（MISTRAL）已于 1992 年安装到意大利的瑞德拉可利拱坝上，它仅实行 DAMSAFE 系统设计的一个子系统的功能，因为它只能处理单支监测仪器的数据并只识别有限的大坝可能性态过程，是一个专门为处理自动化监测超界值（报警）的一个系统，它与大坝的数据采集系统相连接进行实时操作，它对观测数据作检验并建立结构的解释模型，然后对坝的性态作出评价及过滤警报，在 MISTRAL 系统中有通讯模块、评价模块、解

14、释模块、数据库管理模块、人机界面。法国电力公司早期开发的大坝监测数据处理系统管理着 150 多个大坝的实测数据，该系统对监测数据进行检查时采用 MVD 模型方法，将统计模型的剩余量和时效分量合并在一起重新构造一个一元线性回归模型，可直接对监测量的趋势性变化速率进行估计。法国电力公司开发的大坝观测数据处理系统是以发现结构性态异常为主要目的，一旦确定为异常后，短期内集中专家进行现场调查评价以及开展必要的计算分析等工作都在系统外进行。2、国内研究现状我国自 20 世纪 50 年代开始进行大坝安全监测工作，但受当时技术条件和认识的限制，发展较为缓慢，进入 20 世纪 70 年代，特别是 80 年代以来

15、，我国的大坝安全监测工作逐步得到了各级领导及有关部门的重视，与大坝安全监测相关的各项工作均有了明显进展。为了交流信息，1982 年成立了“水工建筑物观测情报网”（后改名为“大坝安全监测情报网”）。1983 年 9 月水电部批准建立了南京大坝观测资料分析中心；1985 年11 月在杭州成立了“大坝安全监察中心”；1989 年 12 月根据中国水力发电工程学会常务理事会决定成立大坝安全监测专业委员会。以上机构在历年来的大坝安全监测工作中，定期或不定期的在全国召开了一系列大坝安全监测学术研讨会，1992 年在杭州举办了大坝安全监测技术国际学术讨论会促进了我国大坝安全监测科学和技术的发展。1986 年

16、水电部发布了混凝土大坝监测仪器系列型谱，1989 年能源部、水利部出版了混凝土大坝安全监测技术规范。除当时的情报网各网长单位轮流出版“观测技术”刊物外，早在 70 年代后期，原水电部南京自动化研究所创办了大坝观测与土工测定期刊物，至今已出版了 19 卷 80 多期，为大坝安全监测工作做出了较大的贡献。目前，我国水电站大坝安全监测管理形成了比较完善的管理模式，一系列法律法规的颁布，完善了我国水电站大坝安全监测标准化体系，使我国水电站大坝安全监测逐渐走上规范化的轨道，开展约每 5 年一次的全国性水电站大坝安全定期检查，以推动大坝安全监测工作开展。在大坝安全监测仪器的研制方面，从监测技术来讲，我国这

17、几十年来有了很大发展，变形监测手段有几何三角测量、水准测量正倒垂线方法、引张线、视准线、大气激光、真空激光管道水准等多种方法。应力应变监测仪器也有差动电阻式发展到比较可靠的弦式仪器，监测数据自动采集系统有许多厂家开发。全国许多科研单位和大专院校作出了很大的努力，特别是电力部自动化研究院（原南京自动化研究所）、北京水科院等研制单位，在内部观测和外部观测仪器方面，推出了许多具有国内国际先进水平的产品，许多院校也在共同合作研制自动化类型的观测仪器。值得一提的是长江勘测技术研究所和国家地震研究所共同研制的 JSY1 型液体静力水准遥测仪已在全国许多混凝土坝的安全监测中应用，其可靠性和有效性受到赞誉。在

18、大坝安全监测资料分析方面，数学模型技术和综合分析技术都得到了广泛的应用。我国大坝安全监测的资料分析工作起步相对较晚，最初只以定性分析为主，通过对实测过程线和简单统计的特征值来分析大坝的运行状况。1974 年后，陈久宇等开始应用统计回归分析大坝安全监测资料，并对分析成果加以物理成因的解释，还对时效变化进行研究，提出了时效变化的指数模型、双曲函数模型、对数模型、线性模型等。自此，资料分析工作在纵深方面不断发展。80 年代中期，吴中如等从徐变理论出发推导了坝体顶部时效位移的表达式，用周期函数模拟温度、水压等周期荷载，并用非线性二乘法进行参数估计；还提出了裂缝开合度统计模型的建立和分析方法、坝顶水平位

19、移的时间序列分析法以及连拱坝位移确定性模型的原理和方法，并在实际工程中得到了成功应用；还通过三维有限元渗流分析，建立了渗流测点的扬压力、绕坝渗流测孔水位的确定性模型，用于分析和评价大坝基础及岸坡的渗流性态。在大坝安全监测信息处理方面，国内从”七.五”国家攻关就开始了大坝监测数据处理系统的开发研制工作，80 年代初期，国内科研院所和高等院校就结合大坝观测数据分析和建立数学模型的需要，开发了有关大坝安全监测计算分析与数据管理的软件。80 年代中期，出现了用于一些水电厂大坝监测的微机数据管理系统，80 年代后期，作为国家水电工程筑坝技术科技攻关的几个子题，完成了大坝观测数据分析方法及软件系统的研究、

20、大坝安全监测微机系统、龙羊峡大坝安全监测微机数据处理系统等成果，使大坝监测数据处理开始形成比较完整的体系。进入 90 年代以来，大坝监测数据处理系统在不少大坝上开发安装、投入使用，如二滩、小浪底水利枢纽工程。我国现有水电站的管理体制一般与建站时间以及投资方式有关。建站时间较早、由国家投资的电站一般采用全传统的管理模式；而近年修建的水电站所采取的管理模式一般较灵活。二、大坝安全监测质量管理（一）大坝安全监测设计管理20 世纪 80 年代末，水利部水利水电规划设计总院正式发文将监测设计列为专项进行审查，为提高监测设计水平和确保监测工程经费提供了重要保证，也说明了审查部门对安全监测工作的重视。根据大

21、坝安全监测项目设计的目的和原则，一般可将监测部位(断面)划分为三个层次：关键监测部位(断面)、重要监测部位(断面)和一般监测部位(断面)。这既有利于快速准确地了解主体建筑物敏感部位的工作状态，又可从宏观上全面掌握整个工程的运行性状。在主体建筑物中，选择地质条件或结构最复杂、对枢纽安全起决定性作用的敏感部位作为关键监测部位(断面)。针对存在的主要安全技术问题综合布置监测设施。由于条件复杂，或建筑物所处位置重要，或在同类建筑物中具有代表性，布设的监测项目和测点数量最多，某些重要监测项目的监测仪器还应设适量备份。重要测点的仪器进入数据自动采集装置(DAU)对某些重要效应量建立监控模型，并实施联机实时

22、监测。原则上，每一主体建筑物选择 1 个、最多 2 个关键监测部位(断面)。在主体建筑物中，选择地质条件或结构比较复杂，对枢纽安全起较重要作用，且便于与关健监测部位(断面)进行比较的部位作为重要监测部位(断面)，针对存在的安全技术问题综合布置监测设施。布置的监圈项目和测点宜相对较多，并选择适当数量的测点进入自动化系统。为了从宏观上全面了解枢纽建筑物的工作性态，除了关键和重要监测部位(断面)外，还布置一定数量的一般监测部位(断面)，有针对性地布置监测项目和测点，以满足监测的需要。设计中不仅应重视工程运行期的安全监测，而且对施工期安全监测亦应作了统筹安排。施工期安全监测目的是，监视永久建筑物在施工

23、期的安全，监视临时建筑物的安全；为运行期安全监控提供建筑物在施工期间的工作性状，以取得建筑物全过程资科；验证设计和指导施工；为科研积累资科。对施工期安全监测的基本要求是，及时埋设仪器、及时观测、及时整理分析资科和及时反馈；永久监测必须从施工期尽早开始，并尽量与施工期监测结合，在永久监测实施条件尚不具备时，可采取一些简易的临时性监测措施。在此，笔者根据以往学者的经验，针对监测设计测点布置提出自己的一点意见。对于水力学压强测点布置应能反映过水表面压强分布特征，满足监测工程安全运行要求。时均压强常用测压管和精密压力表施测，瞬时压强常用脉动压力传感器施测。一般布置在泄水建筑物闸孔中线，闸墩两侧和下游曲

24、线段或不连续部位，如溢流堰的堰顶、坝下反弧及下切点附近以及其相应位置的边墙等处；有压管道进口曲线段、渐变段、分岔段及局部不平整突体的下游壁面，如为测取压力管道的沿程和局部水头损失，则应在管道突变位置的上下游及均匀段分别布设测点；过水边界不平顺及突变等部位，如闸门门槽下游边壁，挑流鼻坎，消力墩侧壁等。此外，在脉动压力周围，应布设 12 个测压管，以便时均、脉动压强互相验证。流速测点布置应根据排漂、旋涡、空蚀、磨蚀、掺气及消能冲刷等需要确定测点部位，一般布置在挑流鼻坎末端，溢流坝面，渠槽底部，局部突变处，下游回流及上下游航道等部位。流量观测测点布置，一般根据测试需要分为固定测流断面和临时测流断面。

25、空化空蚀测点主要布置在边界曲率突变或水流发生分离现象的下游处，包括扩散段、弯道、岔道、消力墩、闸门门槽、溢流面反弧段、坝身底孔与坝面溢流交汇处、不平整处和突体处等。（二）安全监测仪器质量管理1、监测仪器的选型与订货仪器设备的选型是一个较复杂而细致的工作，它不仅应考虑仪器的可靠性、技术先进性和经济上的合理性，还须结合工程的施工和运行实际情况进行综合分析后确定。水力学监测仪器设备选型的基本原则是：（1）传感器的量程、精度、灵敏度、直线性和重复性、频率响应等技术指标必须满足建筑物的监测成果安全可靠性要求；（2）传感器、电缆、电缆接头必须满足防水性要求。其承受水压能力应不低于埋设点水压力的 1.5 倍

26、；（3）量程的选择要求：仪器选型时，应根据仪器所处部位和受力条件进行，仪器的量程应高于可能产生的最大外部荷载；（4）仪器结构简单，牢固可靠，率定、埋设、测读、操作、维修和更换方便；（5）对于大型枢纽工程因建设期长，一方面要考虑仪器、仪表在施工期可能被损坏或失效，且随着科技的进步，可能有更先进的新型仪表出现，因此，要求埋设的仪器、仪表便于更换；（6）在保证稳定、可靠等基本要求的前提下，应尽量选用经过一、二个工程实际考验过的先进仪表；当采用新型仪表时，应先进行现场试验，检验合格后，再在实际工程中应用。更换新型仪表时，须考虑与原有仪表的兼容和配套；（7）在保证满足技术要求的前提下，仪器设备的品种应尽

27、量少或单一，并优先考虑选用国产仪器；（8）仪器设备选型时，应从技术先进、可靠实用、经济合理等方面进行综合分析，然后确定。水力学监测传感器和配套仪器因性能要求特殊，种类多而需求量少，通用产品不能全部满足要求，国内目前的市场开发服务能力低，电子仪器研制水平也不够，因此一些传感器需要委托有关科研单位研制或定制，部份仪器可依据本单位多个工程监测中的成功经验，自行设计制作或组装。仪器订货之前，应充分了解设计对仪器提出的各项技术要求，包括；仪器工作的温湿度条件；仪器耐水压、耐酸碱的要求以及埋设安装对仪器有无特殊要求等，依据设计要求订货，所选用的产品必须技术先进、经济合理。在订购仪器时，应先对各有关仪器生产

28、厂家的产品进行技术经济比较，从中优选；仪器订货应满足工程监测系统设计选型的基本技术要求，一般均应选用设计规定的型号。若因情况变化需要选用代替产品或因技术进步而选用更新型的产品时应经业主、设计、监理各方审定认可；选型订购的产品必须具有完整的技术文件（技术标准）及出厂检验合格证书；选型订购的产品应通过部级鉴定并有 23 个工程两年以上的正常运行经验；订货时应注意配备适当的配套、零配件、电缆。当对仪器有特殊要求时，应与生产厂家协商求得妥善解决。2、仪器设备的采购、率定及检验在安全监测工程中，仪器的采购与供货是非常重要和特殊的环节，由于采购具有一定的利润空间，所以目前监测仪器的采购主要有三种方式：业主

29、根据技术要求采购；业主根据技术要求指定厂家由承包商采购；承包商根据技术要求自行采购。业主自己采购会减少成本但风险较大，出现设备延误的情况传导致承包商的索赔，指定厂家则可能造成设备选择没有余地，有时也会因此发生争执，所以越来越多的工程选择由承包商根据技术要求提出采购清单，报业主和工程师批准的方式。承包商在确定仪器设备型号和生产厂家后，根据仪埋施工进度制定采购计划。采购前与厂家签定正式合同，合同明确规定仪设的技术指标、时间要求和送货地点。提货时当场按合同内容清点仪器数量，查验仪器的规格、型号、量程及外部质量，作为初步验收。仪器采购后应及时向监理人员提交仪器使用说明书（包括仪器型号、规格、技术参数及

30、工作原理）和国产监测仪器设备制造厂家持有的国家技术监督局颁发的生产许可证或 ISO9001 质量体系认证证书。仪器安装前应进行检验并提出检验报告。仪器检验包括实施单位自检和监理单位抽检两种。各种仪器的检验项目及检验方法应根据该产品的技术条件（技术标准）确定，监测仪器设备的检定应遵循或参照国家标准、行业标准规定的检定办法进行。仪器设备的检验率定可分为送检和自检，送检又可分为送国家专门的计量检测机构检测和送专门科研机构检测。其目的是：检定仪器是否满足国家计量有关规程规范要求；校核仪器出厂参数的可靠性；检验仪器工作的稳定性；检验仪器在搬运中是否有损坏；计算仪器灵敏度或频响。（三）底座及仪器安装埋设质

31、量管理1、仪埋安装基本要求埋设安装仪器的部位和方向必须准确，必须按设计要求精心施工、确保质量，安装和埋设完毕应绘制竣工图和填写考证表。仪器的埋设安装必须随着工程的施工进度及时进行，经检验合格的仪器埋设安装前须经监理的审查认可。安装过程中，应经监理检查允许后才能浇筑或回填混凝土。埋设安装过程中，所有仪器、电缆和附件应妥为保护，避免损坏。土建施工应为仪器安装创造条件，积极配合，保证安装的顺利进行。仪器与测站之间的电缆可根据实际情况埋设在混凝土中。每个观测站都应提供照明、电源、通道等，所有安装埋设记录都应由实施单位有关人员和监理签字。实施单位向监理提供下列细节：仪器位置、型号、类型、高程；安装日期；

32、埋设安装竣工图。埋设安装过程中已损坏的仪器需立即更换，以保证其完好。2、底座安装项目部应时刻紧密跟随土建主体工程施工进度，当现场浇筑到测点设计部位时，先用经纬仪、水准仪和钢尺等仪器确定每个测点的准确位置，待砼模板固定后再安装底座。对于安装于金属结构（如钢管、钢板）上的底座，一般须在加工车间，在金属结构组装前定位安装。将底座过流面贴紧混凝土模板，并牢固焊接在附近的钢筋网上对安装于金属结构上的底座，须在焊接时使底座过流流面与金属过流面平齐。电缆两端编号后一端插入仪器底座，预留约 1.5m，密封插孔；用水带和铅丝包扎电缆；电缆在按设计图纸牵引过程中牢固地绑扎于附近的钢筋网上；电缆最终引入观测站内的集

33、线箱中。钢管用直接头与测压管底座连接，编号并按设计路线引至压力观测站，在进入压力观测站混凝土壁面前 50cm 改用不锈钢管。3、仪器安装与保护仪器安装的一般程序是：检查待装仪器的性能指标并作好纪录打开底座盖板，取出电缆头并进行干燥处理检查电缆的编号、通断及绝缘度将检验合格的仪器与电缆连接并硫化对连接后的仪器性能再次进行检查并做记录将仪器安装固定在底座上。水力学安全监测主要是监测建筑物在建成过水运行时建筑物的运行状态，及时发现异常现象和工程隐患，以便采取措施尽可能避免或减小工程破坏。为了延长水力学埋设仪器的使用寿命，降低仪器更换成本，需在仪器埋设后定期检查和维护:测压管应定期用高压水疏通；压力传

34、感器应定期检测，有条件时可定期在引孔内滴灌硅油；水听器的吸声橡胶下是敏感元件，不允许硬物碰撞，须经常提醒施工和管理人员避免因其他工作将其损坏，有条件时，可在非观测期加保护层；流速仪测孔易于堵塞，要定时疏通；施工期间，过流面上的测量仪器和观测站内的管线输出端附近均须做醒目标识，以防土建人员粗心损坏；加强各有关部位的巡视检查，发现问题及时纠正。（四）数据资料观测与分析评价大坝安全监测在施工期要为施工建筑物的安全及工程质量评价提供依据，在运行期要为建筑物的正常安全运用提供依据，并为水利枢纽各种部位实际工作性态的研究提供资料。对监测资料整理、整编和分析的基本要求是：能正确反映监测对象的实际情况；能及时

35、完成整理、整编和分析工作，保证成果和报告的质量；发生异常情况时，能及时发现并立即报告监测归口部门，不漏误重大险情。项目部应在过流观测前精心准备，编制观测大纲，一般可按以下程序进行：（1）观测前制定详细的观测大纲，每个建筑物观测制定统一观测组次表。水力学观测将按相关建筑物建成时间和来流条件确定，须尽可能满足设计要求的库水位条件。（2）同一建筑物的全部测点和测量项目在同一时段同步采集，以便进行相关分析。在正式观测前须进行有关测点的零点校正（如压力初值、水下噪声背景等）；各套仪器系统须进行配接和统调，并具有统一同步信号及相应观测记录表；观测时按设计要求作非稳态和稳态全过程的完整的观测记录，根据信号频

36、率和测量精度确定总样本长度。对人工测读项目，应多次读数，一般 35 次，记录平均值、最大值和最小值；根据不同信号特性取不同的采样和分析频率。对于水下噪声，分析频率不低于100kHz，对脉动压力、流速和风速，分析频率可不大于 100Hz；对原始记录严格进行检查校核，对超限误差和较大系统误差，尽快查明原因，予以消除，并且重测。（3）及时进行观测资料的数据处理并绘制图表等。对水下噪声需作 1/3 倍频程功率谱分析和时间波形分析，在必要时须作不同测点信号的相关分析；对动水压力作时均值、标准差和功率谱分析、对水流速度和风速可作时均值和标准差分析。水沙特性方面要作水流含沙量、泥沙颗粒级配和比重分析。（4）

37、在初步分析基础上还应进行综合分析，包括同一参数在不同工况时的特性；同组次不同部位测点信号的横向比较分析（包括相关分析）；与设计、试验和有关规范及理论计算结果作对比分析；综合分析基础上对建筑物的安全度作出分析和评估，对运行规程提出评价和建议，最后形成观测分析报告。（五）完工验收移交管理在项目执行到最后，承包商应按合同条款有关规定，申请对本工程监测项目进行完工验收移交，并按有关技术条款的规定向监理工程师提交完工资料。监测成果的验收和安全评价执行发包人的有关管理规定。完工验收移交是指合同范围内的所有监测仪器设备和原始监测资料的移交，为发包人（项目业主）永久监测人员接收以后监测工作提供必要的条件。项目

38、承包商应与监理工程师（或接管方）一道，根据设计图纸及设计、施工变更通知或合同，检验安全监测测点的设计编号、数量、类别、规格型号是否与合同一致，安装质量是否满足有关技术要求，仪埋完好率是否满足合同要求。承包商应连同施工仪埋原始记录、管线竣工走线图、仪器设备说明书、检验率定证书、观测数据资料、监测分析综合报告等一切技术资料文件完整移交业主方，为下一步长期永久监测提供必要技术数据信息，也是合同完成最终结算的的一个必要前提。承包商根据合同实施过程中出现的问题可提出具体的意见与建议，如某些类别测点的增减，某些监测仪器设施的维护甚至拆除等。当然，业主有时也会对承包商在履行合同过程中表现出的专业技能或管理技

39、能提出一些褒奖或批评的意见，可做为承包商今后工作的借鉴，使监测工作更进一步。三、某抽水蓄能电站工程安全监测管理现状（一）某抽水蓄能电站安全监测管理现状惠州抽水蓄能电站大坝目前已经完成了 A 厂厂房输水系统以及上下库坝体及坝区的建设，整体虽未完工，但已经具备了 A 厂机组独立运行能力。监测自动化及其采集系统也逐步完工，并验收交付使用，主要数据皆反应了施工期的监测数据变化。能基本准确反应建筑物的性态变化，对于施工起到了积极因素，在过去以及现在的安全监测过程中发挥了积极有效的作用。但存在如下问题：（1）从监测设施来看，工程的分项建设项目众多，除了传统的大坝坝体之外，还包括地下厂房，输水系统等重点建设

40、部位，监测仪器数量和种类很多，几乎囊括了目前所有的监测仪器，因此管理及分析有一定难度。由于施工期现场工作环境复杂，同期埋设的监测仪器也有些微差异，因此如何准确把握及分析监测数据反应的建筑物性态是一个重要课题，作为一些坝内埋设的应力应变监测设施则也存在的一些问题，如何解释一些监测设施反映的监测成果，仍有许多工作要做。（2）从从事安全监测工作的人员来看，目前监测人员仍为监测实施单位，工作方式不固定，同时由于受到施工干扰，譬如洞室爆破等因素，人员无法按时测量等因素，因此，建立一个适合惠州抽水蓄能电站的安全监测人事管理也尤为重要，监测是一种枯燥工种，由于数据的微变性，长期固定地重复着同一种单调的、有时

41、在短期是繁重的工作，很难说长期以往不会成为一种机械的活动，而要改变这种情况有着来自观念、习惯等多方面的阻力，并且有着较大的风险。（二）某抽水蓄能电站安全监测特点惠州抽水蓄能电站工程规模大、主要建筑物种类多、地质条件复杂、基础多变、工程重要，为了监测各主要建筑物极其基础结构的运行状态，检验科研和设计对建筑物及其基础结构的主要性状的预测，积累复杂工程基础上建坝的经验，工程设置一整套安全监测系统。工程设计中，针对基础和建筑物的特征与结构特点，明确了监测系统的重点部位和重点项目。惠州抽水蓄能电站地下厂房处于裂隙发育区，有多条大的断层和节理，特别是 f304 断层，横穿过输水系统，对整个输水系统的渗透处

42、理带来困难。同时在长期运行中是否会发生不利于安全的变化趋势，是一个事关工程安危的关键问题，因此对基础岩体的变形和渗水水质监测，被列为重点监测项目。设计中在整个厂房及输水系统之间设置了帷幕灌浆，在帷幕前后设置了两排渗压监测点，上下库有多个粘土心墙坝，采用了目前较先进的变形监测方法，采用前方交会测量方法，利用倒垂校核。整个厂房开挖区的围岩采用四点位移计和锚杆应力计进行控制监测，准确反应了施工期的整个围岩变化过程。总之，惠州抽水蓄能电站工程监测系统项目设置全面、重点突出、针对性强。监测设施的施工安装是伴随着工程施工同步进行的，在设计和施工的协同配合下，惠州抽水蓄能电站工程的安全监测系统基本上按设计要

43、求安装完毕。目前工程实施大部分已经结束，上下库坝体及输水系统已经完工，上下库完成下闸蓄水和整体水工建筑物验收；输水系统完成整个隧洞的开挖和衬砌，A 厂房完成机组的安装调试，1#机组完成试运行发电。在施工的整个过程中，安全监测施工和观测工作主要由施工和设计单位负责，积累了相应的监测资料。运行单位参与了监测项目的管理，但目前还未参与监测资料的采集和整理。预计惠州抽水蓄能电站电厂在接管工程的监测工作后，针对监测系统的项目设置，成立了水工观测班。观测班下设 3 个组：上库观测租负责上库主副坝以及上库单薄山体的渗流和垭口渗流的监测工作，下库观测组负责下库主副坝体的观测设施维护和日常观测工作，厂房观测组负

44、责输水系统和厂房内的监测一起的维护和日常监测工作。各组并负责整体数据的初步分析工作。四、某抽水蓄能电站安全监测技术管理方式研究（一）抽水蓄能电站工程安全监测设施研究惠州抽水蓄能电站工程是惠州大亚湾核电站配套工程，工程规模巨大，施工分块多，工期长达 8 年。工程主要建筑物由上库一座混凝土重力坝，四座粘土心墙坝；下库一座混凝土重力坝，一座粘土心墙坝；输水系统及 A、B 两个地下厂房和配套交通洞等设施构成。为了掌握和了解建筑物及其基础在施工和运行过程中的性状变化，并对其安全状态作出及时准确的判断，保障建筑物的安全，必须建立安全监测系统。工程安全监测系统的特点是系统庞大，监测项目多，监测范围广，技术要

45、求高，建设周期长。系统的建立穿插于整个施工过程，在一个很长的时期内处于边设计、边布置、边监测、边反馈的状态。为了使该系统高效、经济、实用，有必要开展安全监测系统仪器布置优化研究工作。（一）监测仪器布置优化（1）仪器布置优化的必要性设计部门一贯对大坝安全监测系统的布置优化非常重视。一方面是因为监测系统对保证大坝安全至关重要，另一方面是因为按目前的监测技术水平，监测仪器的布设和量测频度很难做到空间和时间的连续性(特别是空间的连续性)，这就要求有针对性地选择监测部位(或断面)，选择监测项目，精选出少量的仪器设备，布置在最合理的位置上，以利用有限的监测经费，获取最多最有用的资料。反过来说，如果仪器布置

46、不当，测点少，观测频度低，一些对于大坝安全十分重要的先兆信息或异常迹象有可能被遗漏。此外，有些传感器的精度、量程、灵敏度由于选择不当，其稳定性、耐用性和可靠性比较差，不合要求，以致得不到可靠的监测数据，使监测系统起不到应有的作用。这些都对监测仪器的布置优化提出了较高的要求。（2）仪器布置优化目标借鉴国内外在监测仪器布置优化方面的经验，从工程的实际情况出发，仪器布置优化的目标应按以下原则确定。1）精选监测断面(或部位)，严格按关键断面、重要断面、一般断面 3 个层次布置仪器。关键断面是同类建筑物中具有代表性的坝段，如坝的高度最大，地质和结构最复杂，运行性状和安全状态最有代表性，对安全隐患的前兆信

47、息最敏感等部位。在这种部位应布置比较齐全的监测项目，并能满足建立安全监控数值模型的需要。重要断面是指基础地质条件或建筑物结构较复杂，对建筑物安全也较重要的部位，或对某些关键或重要部位的监测资料分析有参照或对比作用的部位。重要断面的仪器布置，不能象关键断面那样多而全，但必须保证重要项目和重要位置都有监测仪器。除上述关键、重要断面(部位)外的其它监测部位都列为一般监测断面(部位)，其仪器或测点布置的原则是保证监测系统的整体性，以便取得完整的监测数据，掌握监测资料的空间分布规律。因为关键断面布置的仪器比较多，因此选取关键断面要严格控制，不宜过多，原则上 1 个建筑物(或1 个部分)选取 12 个断面

48、即可。2) 除关键部位或重要监控项目外，一般不要对同一部位或同一项目布置多种监测仪器。3) 工程施工期长，开挖量大(地下洞室开挖)，大体积混凝土浇筑工艺复杂(要进行严格的温度控制)。整个施工期的监测项目比较多，而此间又要确定和布置很多属于永久性观测的项目和仪器，如果能将两者统一考虑和布置，将会减少一部分仪器及工作量。4) 对于整个监测仪器量测系统，要尽量减少监测仪器的种类，减少测读仪器(二次仪表)的类型和数量，这对于量测系统的维护、更新改造有利。5) 减少中间测站(如数据采集装置 DAU)的数量，增加其控制仪器的路数，使监测网络结构紧凑。6) 监测仪器的选型除考虑量程、精度、稳定性、可靠性等技

49、术指标外，还要考虑将来实现自动测读的要求和自动化系统布置的需要，避免因先后不一致而造成的损失。7) 在保证监测系统功能的同时，应减少监测仪器设备的成本费用。8) 对关键部位的重要测点可采用多种监测手段，各种监测仪器所获取的监测资料可以相互验证彼此的正确性，提高监测仪器的使用效率。9) 针对某些部位监测项目重复、范围偏大、部分监测仪器布置偏多、个别监测方法不合理等情况，应剔除多余的或不在本专业范围内的项目，适当缩小监测范围，减少监测项目和仪器、设备。同时在仪器、设备比选论证的基础上，采用先进可靠的监测手段。10) 以较小的投资获取最全、最详尽的监测资料，为工程安全、设计验证、施工指导及管理决策提

50、供依据，争创国际、国内一流的水工建筑物安全监测设计。（二）监测仪器布置概况安全监测的对象包括：上库主坝和副坝、输水系统建筑物、地下厂房（A 厂和 B 厂）、下库主坝和副坝等建筑物。本节叙述各建筑物的监测项目设置、观测断面和测点布置。（1） 地下厂房监测地下厂房主要监测项目包括以下几个组成部分。主厂房主变洞室：围岩变形、锚筋应力监测；岩壁吊车梁：锚筋应力、梁与围岩间缝隙监测；蜗壳：钢筋应力、钢板应力、钢板与砼缝隙、温度监测；集水和排水廊道：渗流量监测；球阀上游：内水压力。（2） 输水系统监测输水系统主要监测项目包括以下几个组成部分。输水系统沿线：上平洞地下水位、施工期收敛监测；A、B 厂高压隧洞

51、、高压岔管、高压支管及厂房区域，和 f304、f65 及其它断层裂隙区域：渗透压力；上游调压井：水位；高压岔管：钢筋应力；引水支管：钢板应力；尾水调压井：围岩变形、水位；施工洞堵头：堵头变形、渗流监测、内水压力；支岔管排水廊道监测：渗流监测。（3） 上库主坝监测惠州抽水蓄能电站上库主坝碾压混凝土重力坝段长 156m，左岸堆石坝段长 35.04m，主要监测项目有：坝顶水平位移和垂直位移；坝体水平位移；接缝和裂缝开度；坝体渗流和坝基扬压力；混凝土应力应变；温度；渗漏；水库水位。（4） 上库副坝及右岸垭口监测惠州抽水蓄能电站上库副坝一为砼挡墙(上游碾压堆石护坡)，主要监测项目有：水平和垂直位移；渗流

52、。惠州抽水蓄能电站上库副坝二、副坝三和副坝四均为粘土心墙堆石坝，主要监测项目有：巡视检查；渗流量；渗水水质；绕坝渗流；浸润线；心墙内渗水压和接触面渗水压；土压力。水平位移和垂直位移；心墙的沉降和水平位移。右岸垭口主要监测项目为渗流。（5） 上库环境量监测上库环境量监测包括库水位、库水温、大气温度、大气压、蒸发量、风速风向和降雨量。（6） 下库主坝监测惠州抽水蓄能电站下库主坝为碾压混凝土重力坝，长 420m，主要监测项目有：坝顶水平位移和垂直位移；挠度和倾斜变形；接缝和裂缝开度；坝体和坝基扬压力；混凝土应力应变；坝体温度；渗流；水库水位。（7） 下库副坝监测惠州抽水蓄能电站下库副坝为粘土心墙堆石

53、坝，主要监测项目有：巡视检查；渗流量；渗水水质；绕坝渗流；浸润线；心墙内渗水压和接触面渗水压；土压力。水平位移和垂直位移；心墙的沉降和水平位移。（8） 下库环境量监测下库环境量监测包括库水位、库水温、大气温度、大气压、蒸发量、风速风向和降雨量。（二）抽水蓄能电站工程安全监测数据管理研究1、观测资料的误差处理与分析在利用大坝安全监测资料进行正反分析前，首先应对原始测值资料进行误差处理与分析，一般可将大坝安全监测数据的误差分为系统误差、随机误差和粗差三类。在测量过程中，应当剔除粗差，消除或削弱系统误差，使观测值中仅含随机误差。测量误差分析的方法一般有测值范围检验分析法、数学模型分析法及统计检验法等

54、。系统误差可分为定值系统误差和变值系统误差。定值系统误差只引起随机误差在分布曲线位置上的平移，而不改变随机误差的分布规律，一般只能通过分析或试验的方法予以发现和消除。变值系统误差的发现、分离和消除方法与变值的规律有关，常见有残差代数和法、符号检验法、序差检验法等。系统误差一般通过数学模型结果进行判别，通常的处理方法是设法找出系统误差的函数表达式，然后在观测结果中加以扣除。随机误差由随机因素造成，其符号和绝对值大小无规律且不可预料，但随着测次增加，一般认为随机误差呈正态分布，具有零均值。粗差(过失误差)是由某些不正常因素所造成的与事实明显不符的一种误差，通常属于测量错误，这种误差较易发现，应予以

55、剔除。2、大坝安全监测数据处理系统1）系统总体设计与开发原则大坝监测数据处理系统应尽量做到以下几个要求：A全面性系统应能够完成大坝安全监测信息管理和建模分析的各项工作，包括观测数据的输入、修改、删除和查询，特征的统计，导入电桥所测到的观测仪器资料，绘制和打印任一时段的测值变化过程线、同一观测项目日分布图，建立统计模型，计算出拟合值、各影响分量以及各分量的变幅值，绘制和打印拟合分析结果图，制作和打印年、月报表，并能将各类报表文件和数据文件保存，以便用户可以编辑。B可靠性系统不仅要求实现各项功能，而且要求性能可靠、可维护性好。系统采用集成化模块式结构，这为系统的维护提供了方便，开发时每个模块都进行

56、单独调试，然后才将调试好的模块组装起来再进行调试，确认合格后才交给用户使用。C易扩展性根据系统应用的需要，系统采用 Windows 图形操作界面和标准化、模块化的设计思想，每个模块为一个相对独立的结构，模块下面可有一个或多个子模块，每个模块具有一种或多种功能，这使得系统升级时，只需更新部分模块；同时，预留与外部应用程序的接口，使系统的扩充更加容易。D简便性系统内尽量避免操作人员重复性的工作。例如：建立模型时的因子选择、固定的图形和表格输入时测点选择。系统内设置相应的功能，将这类工作固定化、程序化。此外，对有些操作采用批处理的功能，如应变计组应力的计算，计算一次即把所有的应变计组计算完，省去了选

57、择一组应变计组，算一次的麻烦。2）开发步骤系统的设计属于专项设计，一般要经过系统分析、系统总体设计、系统详细设计等阶段。A.系统分析系统分析中要进行现状调查、需求分析、制定系统总体规划方案、进行可行性分析等；只有通过需求分析才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发的基础，软件需求分析工作是一个不断认识和逐步细化的过程，该过程将软件计算阶段所确定的软件范围逐步细化到可详细定义的程度，并分析出各种不同的软件元素，然后为这些元素找到可行的解决方法。B.系统总体设计系统总体设计中要明确系统的目标、功能、结构、组成、硬软件平台、进度计划等，还要确定总体功能结构、划分子

58、系统和模块，选定系统的环境配置，设计信息的流程、转换和处理过程等；在软件需求分析阶段已经完全弄清了软件的各种需求，较好地解决了要让所开发的软件”做什么”的问题，并已在软件需求说明书和数据要求说明书中详尽和充分地阐明了这些需求以后，下一步着手实现软件的需求。在设计步骤中，根据软件的功能和性能需求等，采用某种设计方法进行数据设计、系统结构设计和过程设计。C.系统详细设计系统详细设计中要进行系统编码设计、输入和输出设计、各具体子系统和模块的设计、数据库设计、算法设计、程序的编写、调试和编制系统的帮助系统等。（三）抽水蓄能电站工程安全监测数据分析及信息反馈研究1、监测数学模型80 年代以来，模糊数学、灰色理论、神经网络、滤波法、小波分析、混沌动力学等各种理论和方法也纷纷被引入大坝安全监测资料分析中来，并取得了一定的成果。我国邓聚龙于 80 年代首次在国际上提出灰色系统(GS，GreySystem)理论；李珍照等于 1991年最早将 GS 理论引入到大坝安全监测资料分析领域；