[发明专利]大坝内观磁惯导监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及土木与水利工程测量装置领域，特别是一种大坝内观磁惯导监测系统。本发明尤其适用于各种类型的超高堆石坝，如心墙堆石坝、混凝土面板堆石坝等工程的内观磁惯导监测，也可用于道路和桥梁等工程。

背景技术

随着水利工程的建设及发展，大坝安全监测这一领域已成为大坝建设不可或缺的一部分。大坝安全监测是了解大坝运行状态和状况的有效手段，同时也是保证财产安全和生命安全的重要手段。小巧简单、抗干扰能力强、耐久性好、精度高且测量范围广的监测仪器是大坝安全监测未来的发展趋势。

国内目前针对面板堆石坝体沉降，常采用水管式沉降仪观测，该方法是基于连通器的原理。在国内的众多土石坝和面板堆石坝沉降观测中，都有水管式沉降仪成功应用的实例。如天生桥一级水电站、水布垭水电站等大坝工程中都用到水管式沉降仪观测坝体内部沉降（弗莱塔斯，2000；李金凤，2006），在小浪底大坝中则使用钢弦式沉降计和沉降盘作为内部沉降监测体系（李珍，2004）。水管式沉降仪的观测原理简单，可操作性强，工程应用实践丰富，且结合现代传感技术可实现自动化检测。传统式沉降仪不足之处在于观测结果受气压、温度等环境因子的干扰影响较大，且沉降监测是点式观测，一个断面布置数量大概为4个/100米，对施工干扰很大，费用较贵。传统沉降仪存在一个致命性缺点，即耐久性问题，大坝安全与运行年数往往是成反比的，埋设在坝体内部的沉降仪在监测初期的运行效果一般较好，但在后期会出现仪器设备损坏而无法维修更新的问题，因为不可能为了维修或更换零部件而掏空坝体。如在小浪底大坝沉降监测中，沉降计因坝体沉降量超出仪器设定量程而致使其失效，失效率达70%，沉降盘因测斜管管体挤裂或弯曲变形造成管体不畅，使得82%的仪器无法进行正常的观测（李珍，2004）。

对于面板堆石坝而言，面板变形是坝体变形观测中最主要的一部分，面板变形的常规观测仪器为电平式测斜仪，它克服了机械式、力平衡式、液体静力式等探头式测斜仪在高水压和路线长的限制。在目前国内两大最高的面板堆石坝中，都使用的电平器观测面板变形，其中天生桥一级水电站中有三个观测断面60个点位布置了固定式测斜仪即电平器，电平器在观测初期的读数较准确（彭柏荣，2000）。在世界最高的水布垭面板堆石坝中，同样在三个断面布置了固定式倾斜仪，在最大断面0+212桩号共埋设了45支测斜仪观测面板变形。这种固定式倾斜仪克服了高水压的环境，结构简单、性能稳定、价格适宜（天生桥一级水电站总价在100万美元以下），并且安装方便，在初期读数准确（彭柏荣，2000）。但是电平器的电极受到电解作用和电解液性能变化等影响，仪器的长期稳定性不好，电解液渗漏和液体变质也会造成观测误差。在水布垭0+212断面，测斜仪损坏率为54%，且电解液倾斜仪（电平器）测值稳定性很差（黎佛林，2013）。固定式倾斜仪观测的是部分点位的倾角，平均密度为1个/10米，换算成面板挠度值误差较大，致命性缺点是无法对固定式倾斜仪进行维护和更新，使得连续观测存在困难，特别是坝体长期运行观测无法保证。