水利水電工程錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

范 雄 安， 龔 澤 鵬， 蔣 小 春， 李 果

(1.華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041；2.成都中大華瑞科技有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

預(yù)應(yīng)力錨索是指采取預(yù)應(yīng)力方法把錨索錨固在巖體內(nèi)部的索狀支架，常用于加固邊坡。錨索靠錨頭通過巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的孔錨入巖體內(nèi)，把易滑體與穩(wěn)固巖層聯(lián)在一起，從而改變邊坡巖體的應(yīng)力狀態(tài)，提高邊坡不穩(wěn)定巖體的整體性和受力強度。

錨索張拉施工技術(shù)是預(yù)應(yīng)力錨索施工中最重要的一環(huán)，其施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。由于張拉的質(zhì)量和效果難以直觀檢查，需通過對張拉過程的記錄和分析來反映張拉情況。錨索張拉需按照錨索施工規(guī)范進(jìn)行施工作業(yè)，在施工過程中記錄張拉的油壓值、張拉力、伸長量、升壓時間、持荷時間、偏差率等參數(shù)，以此數(shù)據(jù)作為評判張拉質(zhì)量的依據(jù)。

自20世紀(jì)60年代起，我國開始發(fā)展預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)，在水利水電工程中對錨索加固技術(shù)及應(yīng)用方面有很多研究。2001年，黃河設(shè)計院[1]在小浪底工程中詳細(xì)研究了雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索的特點、錨索體設(shè)計、錨索構(gòu)造、施工技術(shù)要求等；2005年，小浪底建管局對預(yù)應(yīng)力錨索錨固效果、抗滑力最優(yōu)化和耐久性等3個關(guān)鍵問題進(jìn)行研究[2]；2016年，華東院進(jìn)行了無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索孔摩阻力及錨索結(jié)構(gòu)改進(jìn)的試驗研究[3]；2021年，水電十一局對深預(yù)應(yīng)力錨索在深基坑支護(hù)工程當(dāng)中的施工工藝和重點開展了研究[4]。

由于水電工程存在濕度高、空間狹小、設(shè)備轉(zhuǎn)運困難等一系列問題，目前水利水電錨索施工普遍采用人工采集、記錄張拉數(shù)據(jù)，人工控制油泵張拉的施工形式。人工記錄存在記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、人為介入可操控性大、記錄時效性不高、工作強度大等多種問題，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量受外因影響程度大，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化急需提升。2005年，水電七局錨索張拉自動監(jiān)控系統(tǒng)[5]在紫坪鋪水利樞紐引水洞邊坡支護(hù)錨索工程中進(jìn)行了多次現(xiàn)場實驗，采用計算機監(jiān)控張拉數(shù)據(jù)的方式，數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，但后來并未在水利水電工程中實際應(yīng)用。錨索施工信息感知不全面、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、及時性差等問題亟待解決。利用計算機技術(shù)自動監(jiān)測張拉過程、傳輸數(shù)據(jù)、形成成果，是錨索張拉技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

1 錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)特點

錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)是針對傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工存在的問題，對水電工程施工特點研發(fā)出的錨索施工監(jiān)測系統(tǒng)，對錨索施工現(xiàn)場的張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲、上傳，實現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力錨索張拉作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和在線記錄，達(dá)到提高測量精度和保障施工質(zhì)量的效果。設(shè)備輕巧便攜，操作簡單，易于裝配，適用于水電工程復(fù)雜的張拉施工作業(yè)環(huán)境。錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點：

(1)數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)化，記錄過程自動化，張拉數(shù)據(jù)連續(xù)化。錨索張拉記錄儀自動采集錨索張拉過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，保證錨索施工質(zhì)量。人工采用鋼尺測量張拉位移，分辨率為毫米級，并存在讀數(shù)誤差。記錄儀測量分辨率為0.1毫米，采集頻率達(dá)到10次/秒，連續(xù)實時測量，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，報表格式規(guī)范統(tǒng)一，節(jié)省人工資料整編時間，解決了現(xiàn)場人工操作水平參差不齊，施工規(guī)范性不高、數(shù)據(jù)不連續(xù)、資料整理滯后等問題。

(2)以在線集中式記錄與存儲模式替代現(xiàn)場分散記錄，保障數(shù)據(jù)真實可靠。傳統(tǒng)模式使現(xiàn)場各作業(yè)面分散，每個部位設(shè)備的故障，都會導(dǎo)致錨索數(shù)據(jù)的丟失，且存在人為篡改的風(fēng)險。錨索張拉云監(jiān)測改變了傳統(tǒng)的現(xiàn)場記錄模式，所有數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)器，在網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行集中記錄與存儲，數(shù)據(jù)不可變更，減少人為篡改的可能性，有效地保證了數(shù)據(jù)的真實性和安全性。

(3)通過無線技術(shù)使整個錨索工作流程的前方與后方進(jìn)行緊密聯(lián)系，提高了錨索施工的管理水平和智慧施工水平。施工前方，通過記錄儀進(jìn)行自動記錄，數(shù)據(jù)無線實時上傳，生成符合規(guī)范的報表；施工后方，施工管理者可通過登錄云監(jiān)測系統(tǒng)，實時查看張拉數(shù)據(jù)，及時了解張拉進(jìn)展和張拉成果，以便調(diào)整施工策略，指導(dǎo)前方施工，有利于提高工程智慧施工水平。

(4)擁有配套的云監(jiān)測APP，與云監(jiān)測系統(tǒng)共用一套用戶管理權(quán)限和數(shù)據(jù)庫，云監(jiān)測APP突破了時間和地域的限制，可隨時隨地監(jiān)測現(xiàn)場張拉情況，很好地解決了錨索監(jiān)測設(shè)備場地限制的缺點，方便了施工管理者監(jiān)管錨索張拉現(xiàn)場的情況。

2 錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)的組成

錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)由錨索自動記錄儀、云監(jiān)測系統(tǒng)、云監(jiān)測APP構(gòu)成。

錨索記錄儀自動記錄整個張拉過程的張拉數(shù)據(jù)，并通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備與中央服務(wù)器之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸采用定制數(shù)據(jù)通信協(xié)議，對錨索張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、高效性。用戶可通過手機或PC端登錄系統(tǒng)，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)查看和報表查詢，把握工程進(jìn)展和質(zhì)量。本項目可使現(xiàn)場錨索張拉施工作業(yè)規(guī)范化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高張拉作業(yè)的技術(shù)水平和管理水平，保障施工質(zhì)量。

2.1 錨索自動記錄儀

錨索自動記錄儀綜合運用了電子信息、傳感、檢測和通信技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集、信息自動上傳、報表自動保存、歷史數(shù)據(jù)追溯、報表曲線打印。該儀器具有以下功能：

(1)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、顯示及記錄。采用高精度位移傳感器測量錨索伸長量，高精度數(shù)顯示數(shù)字油壓表測量油壓值，避免人工記錄產(chǎn)生的誤差，確保數(shù)據(jù)真實性，提高施工效率。錨索記錄儀能實時顯示錨索伸長量、張拉力、偏差率等數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)生成實時曲線，自動判斷當(dāng)前張拉狀態(tài)并生成報表。每秒可采集10次錨索伸長值與油泵油壓值數(shù)據(jù)，其曲線更加連續(xù)平滑。報表中記錄了報表生成時間、油壓值、張拉力、伸長量、偏差率、升壓時間、穩(wěn)壓時間、張拉狀態(tài)等信息。

(2)實時數(shù)據(jù)上傳。利用4G網(wǎng)絡(luò)，記錄儀可實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，將張拉現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)、實時報表、實時曲線和完整報表通過HTTP協(xié)議上傳至云監(jiān)測系統(tǒng)。無線傳輸數(shù)據(jù)通過加密解密處理，保障數(shù)據(jù)安全性。施工管理者可第一時間獲取最新成果數(shù)據(jù)，有效提高施工管理效率及施工質(zhì)量。設(shè)備具備斷網(wǎng)續(xù)傳功能，以適應(yīng)施工現(xiàn)場較弱網(wǎng)絡(luò)條件的使用環(huán)境，在網(wǎng)絡(luò)通暢時實現(xiàn)數(shù)據(jù)續(xù)傳。

總而言之,前S1蛋白氨基酸完好,則變異的乙肝病毒就能夠在人體內(nèi)保留傳染的特性,所以,對前S1蛋白進(jìn)行分析,抗原了解乙肝病毒的傳染情況,前S1抗原可以反映病毒的感染率、復(fù)制率和清除率,其敏感性很高,尤其在乙肝病毒檢測上使用,能夠提升治愈率。

(3)報表打印和曲線打印功能。在完成張拉后，可打印當(dāng)前張拉的施工報表和曲線，避免人工記錄產(chǎn)生的誤差，確保數(shù)據(jù)真實性，提高施工效率。

(4)本機歷史報表查詢功能。設(shè)備可查詢及打印本機張拉過程的歷史報表和曲線。設(shè)備在張拉完成后會生成并存儲完整報表，便于歷史張拉報表的資料查詢。

(5)數(shù)據(jù)掉電保存功能。施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)斷電情況，設(shè)備會保存當(dāng)前張拉數(shù)據(jù)和張拉狀態(tài)，在電源恢復(fù)后仍可繼續(xù)完成數(shù)據(jù)記錄上傳等工作，數(shù)據(jù)不會因斷電而丟失。

(6)設(shè)定張拉參數(shù)功能。根據(jù)具體工程要求結(jié)合水電工程錨索施工規(guī)范設(shè)定張拉參數(shù)，包括各級持荷時間、各級張拉系數(shù)、錨索橫截面積、錨索彈性模量、錨索根數(shù)、千斤頂率定方程等。

2.2 云監(jiān)測系統(tǒng)

云監(jiān)測系統(tǒng)與錨索自動記錄儀是相輔相成的，具有以下功能：

(1)實時獲取錨索記錄儀上傳的實時數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)以及報表數(shù)據(jù)。用戶登錄系統(tǒng)后可實時查看每個錨索記錄儀的實時數(shù)據(jù)、曲線以及報表。其實時的數(shù)據(jù)、報表、曲線均與現(xiàn)場錨索記錄儀數(shù)據(jù)一致。

(2)張拉數(shù)據(jù)實時匯總分析。施工現(xiàn)場的錨索張拉數(shù)據(jù)可以及時匯總到云服務(wù)器，并進(jìn)行錨索張拉資料整理，生成報表及曲線圖，能及時分析和掌握錨索張拉施工完成情況。

(4)用戶信息及權(quán)限管理。云監(jiān)測系統(tǒng)可根據(jù)不同用戶的身份和管理職責(zé)，設(shè)定不同的權(quán)限，使用戶只能執(zhí)行權(quán)限內(nèi)的操作。

(5)數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)功能。云監(jiān)測系統(tǒng)自動備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，并支持手動備份與恢復(fù)功能。當(dāng)用戶誤刪數(shù)據(jù)時，可通過數(shù)據(jù)庫恢復(fù)功能恢復(fù)數(shù)據(jù)。

2.3 云監(jiān)測APP

云監(jiān)測APP與云監(jiān)測系統(tǒng)共用一套用戶管理權(quán)限和數(shù)據(jù)庫。施工管理者可通過手機APP連接云服務(wù)器，隨時隨地遠(yuǎn)程監(jiān)測各錨索張拉施工作業(yè)面的張拉數(shù)據(jù)，降低了設(shè)備使用限制，為施工管理者帶來了極大的方便。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

3.1 總體應(yīng)用情況

2022年3月，在電站左、右岸壩肩，開展了錨索云監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場張拉試驗。錨索自動記錄儀體積小，易部署，操作簡單，相比傳統(tǒng)記錄張拉設(shè)備效率更高?，F(xiàn)場完成了4個錨孔的張拉試驗，錨索記錄儀與云監(jiān)測系統(tǒng)Web端界面顯示數(shù)據(jù)一致，錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了現(xiàn)場記錄與在線記錄的雙重記錄，取得了良好的試驗成果。

3.2 應(yīng)用效果分析

(1)錨索云監(jiān)測系統(tǒng)使用傳感器技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測量，保障數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、連續(xù)性，使用計算機技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保障資料的安全性和實時性，便于專家和管理者實時把控現(xiàn)場張拉情況，保證張拉質(zhì)量。

(2)現(xiàn)場錨索記錄儀體積小，重量輕，便于部署和移動，可在邊坡、高架等極端施工環(huán)境下工作，解決了傳統(tǒng)錨索張拉記錄設(shè)備安裝難、轉(zhuǎn)運難、拆卸難的問題，具有很好的適應(yīng)性。

(3)以往現(xiàn)場錨索張拉機具轉(zhuǎn)移、油壓控制和數(shù)據(jù)記錄往往需要5人配合施工，錨索云監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)自動記錄伸長值、油壓表讀數(shù)等數(shù)據(jù)，減少儀表觀測和記錄人員，現(xiàn)場只需2人就能完成錨索張拉作業(yè)，極大地減少了施工作業(yè)人員，控制了工程投入成本。

4 結(jié) 語

錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)專為水電工程錨索施工研發(fā)，對現(xiàn)場多個錨索記錄儀進(jìn)行集中管控，所有錨索張拉站的數(shù)據(jù)在云監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行匯總，便于施工管理者對現(xiàn)場張拉情況的全面掌控并快速做出決策。

錨索張拉云監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用，消除了人為性因素，解決了傳統(tǒng)人工操作水平參差不齊、施工規(guī)范性不高等問題，也保證了張拉質(zhì)量，避免了人為質(zhì)量事故的發(fā)生。同時，降低了人員勞動強度及人工投入。該水電站錨索張拉工程量巨大，以錨索記錄儀替代常規(guī)人工測量，實現(xiàn)張拉過程物聯(lián)化，對控制工程投資、保障工程質(zhì)量以及提升智能建設(shè)水平具有重要意義。