黄全福

（福建省泉州市金鸡拦河闸管理处 362333）

浅谈垂线—引张线技术在金鸡拦河闸水平位移测报中的应用

黄全福

（福建省泉州市金鸡拦河闸管理处 362333）

本文对金鸡拦河闸水平位移测报系统建设情况作了介绍，通过测报数据有效地跟踪了水闸的水平位移，为水闸安全监测提供保障。

垂线—引张线 水闸 水平位移

1 工程概况

泉州市金鸡拦河闸是是一座集防洪、灌溉、供水等效益于一体的大（1）型水利枢纽工程，工程于2005年4月6日正式动工建设，2007年4月29日正式下闸蓄水并试运行。鉴于金鸡拦河闸牵涉当地大部分领域的经济活动，保障其安全运行是十分必要的。根据福建省水利厅《泉州市金鸡拦河闸改（重）建专题论证报告》，同意在金鸡拦河闸工程中建设安全监测系统。

2 垂线、引张线系统

2.1 垂线系统

垂线系统包括正垂线系统和倒垂线系统。正垂线系统其固定点悬挂于欲测部位的上部，垂线下部设重锤，使该线体始终处于铅垂状态，作为测量的基准线，垂线坐标仪则设置在沿线体布置的监测点上。正垂线可测量相对于顶部悬挂点的位移变化。

倒垂线系统的锚固点设在基岩下一定深度，线体上引至地面，利用浮筒的浮力将线体拉直并保持一定的张紧力，浮筒置于被测对象上并随其一起位移，但垂线借助于浮子仍始终保持为铅直，故该垂线可认为是基准线。倒垂线锚固点的深度通常要求达到基岩的不动点，因此倒垂上部测点的位移可认为是绝对位移。正垂和倒垂常组合使用，再配以人工或者自动化观测设备，可求得建筑物整个高度各测点的绝对水平位移量（见图1）。

2.2 引张线系统

引张线法是观测直线型或折线型大坝水平位移的常用方法。引张线系统结构简单，适应性强，可布置在坝顶，坝体廊道或坝基廊道中。其端点和正、倒垂线相结合，可观测各坝段的绝对位移，实现大坝位移的自动化监测。

图1 垂线测量系统结构示意图

引张线法的原理是利用在两个固定的基准点之间张紧一根不锈钢丝作为基准线，用布设在大坝的各个观测点上的引张线仪或人工光学比测装置，对各测点进行垂直于偏离基准线的变化量的测定，从而可求得各观测点的水平位移量。

引张线系统通常由张紧端点、测点、引张线、引张线保护管、固定端五大部分组成，见图2。

3 垂线—引张线系统建设

监测设备与主体工程同步施工。闸体位移观测采用的是倒垂线与引张线相结合的方法，工程中安装应用了两根倒垂线，分别安装在闸体左右侧边墩上，在沿坝轴线方向的闸顶上游侧共设置9个测点（每个伸缩段设1个测点），分别观测各个闸墩的水平位移量（见图3）。

图3 金鸡拦河闸垂线—引张线监测测点平面布置示意图

4 信息管理系统

闸坝安全监测自动化系统由分布式数据采集系统和安全信息管理系统两部分组成。分布式数据采集系统的测控装置及传感器布置在水闸现场，整个数据采集网络由设置在岸边的金鸡拦河闸管理处的闸坝安全监测工作站进行控制。闸坝安全信息管理系统由信息管理主机、信息管理软件和资料分析软件等组成。

闸坝安全监测的日常操作都在安全监测工作站上进行，工作站通过光纤与现场的测量控制装置（MCU）联接，光纤通讯可以提高系统的防雷抗干扰能力，保证系统的可靠性。每个MCU可以就近接入闸坝上的监测仪器，根据仪器的种类配置不同的模块。工作站上安装有闸坝安全监测自动化系统的采集软件，通过该软件可以实现自动化系统的所有功能，或设置MCU自动测量的周期。

5 引张线仪与垂线坐标仪基准长度

安装的步进电机式引张线仪和垂线坐标仪，每次采集数据时都测量与坝体固定在一起的两个基准杆之间的长度，称之为基准长度，它是一个永久不变的一个数值，根据它可以判断仪器及系统的测量是否正常。每台引张线仪及垂线坐标仪的基准长度统计情况见表1。从表1中可以看出，10台引张线仪及2台垂线坐标仪的均方差的平均值为0.08，小于《混凝土大坝安全监测技术规范》关于大坝变形监测精度小于1mm的要求，表明引张线仪在整个量程范围内基本满足规范要求的测量精度，能正确反映大坝的变形规律。

引张线仪及垂线坐标仪的基准时间为2007年8月30日，基准值统计见表2。

表1 引张线仪及垂线坐标仪基准长度统计（2007年8月30日～2008年4月） 单位：mm

表2 引张线仪及垂线坐标仪基准值统计（2007年8月30日） 单位：mm

图4 垂线—引张线水平位移过程线

6 运行期监测数据分析

泉州金鸡闸自2007年7月28日正式下闸蓄水至2008年5月，测值变化趋势连续有规律，观测数据基本正常。

从左、右岸边墩的倒垂线观测成果看，沿坝轴线方向的变形比顺水流方向的变形要大，两者的年变幅（2007年7月～2008年5月）分别为12.5mm、11.7mm；边墩在气温较低的1～2月向两岸变形到最大值，在气温较高的7～8月向河床变形到最大值。左、右岸边墩顺水流方向变形的年变幅在3.2mm、3.3mm左右，在气温较低的2月达到向下游变形最大值，在气温较高的7～8月向上游变形达最大值。左、右边墩的变形主要受气温影响，从变形幅度和方向上看，其变形规律是一致的，间接表明边墩的变形是正常的，这也符合类似项目的变形规律。

从引张线测点的观测成果看，大坝变形主要受气温响，呈年周期变化。从2007年8月30日以来，随着气温的降低，大坝逐步向下游变形（正方向），总体表现为河床中部坝段变形量大，两岸变形量小；从2008年2月中旬开始，随着气温的升高，大坝逐步向上游变形（负方向）。2008年2月中旬各个坝段均达到向下游变形最大值，基本都有4～5mm的变形量，最大变形为5.5mm，发生在5号闸墩的EX5处。

总体来看，左右边墩的变形主要受气温影响，从变形幅度和方向上看，其变形规律是一致的，其左右岸方向的年变形幅度为11～12mm，顺水流方向年变形幅度为3mm左右。水闸顺水流方向水平位移主要受气温响，呈年周期变化，年变幅有5mm左右，河床中部变形量较两侧要大。其变化规律为气温降低，大坝向下游变形；反之，向上游变形，符合一般规律（见上页图3）。

7 结语

金鸡拦河闸工程的水平位移测报系统是一项十分重要的非工程措施，它对水闸的工程安全、防洪安全、供水安全起着重要作用。该系统的投入运行为水闸的工程安全管理提供了科学、可靠的依据，充分发挥了现代化管理的优越性，提高了工程安全的保障性。