关于gps监控技术在糯扎渡水电站大坝施工中的应用

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西北水电·2012年·第3期39文章编号：1006-2610(2012)O3—o39—04GPS监控技术在糯扎渡水电站大坝施工中的应用李时征，姚亚军，刘宁(1．中国人民武装警察部队水电第一总队，南宁530028；2．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072)摘要：对GPS监控技术的研究运用，全面实现了运输车装料、运输、坝面卸料、压实厚度、碾压遍数、碾压机械行驶速度及激振力大小等主要施工参数的实时、自动、连续、高精度监控，全面提升了堆石坝工程的施工管理与质量控制水平。关键词：GPS；监控技术；大坝；填筑；施工管理；质量控制中图分类号：，I’、，52文献标识码：AApplicationofGISMonitoringTechnologyinDamConstructionofNuozhaduHydropowerProjectUshi—zheng。YAOYa—jun。，LIU’Ning2，(1．TheNo．1GeneralTeamofArmedPoliceHydropowerTroops，Nanning530028，China；2．TheStateKeyLaboratoryofSimulationandSafetyofHydropowerEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：ApplicationofGPSmonitoringtechnologyfullyrealizesreal—time，automatic，continuousandhigh-precisionmonitoringofmainconstructionparameterssuchasmaterialloading，transportation，compactionthickness，compactionpass，compactionmachinetrav—clingspeedandexcitingforce，etc，andcompletelyimprovesconstructionmanagementandqualitycontrolofrockfilldamproject．Keywords：GPS；monitoringtechnology；dam；embankment；constructionmanagement；qualitycontrol下式引水发电系统及导流工程等建筑物组成。水库1工程背景库容为237．03xlOm，电站装机容量5850MW(9x以往中国国内土石坝填筑施工中一般采用人工650MW)。电站心墙堆石坝由砾质土心墙区、上下现场管理运输车辆和控制碾压机碾压参数的方式，游反滤料区、上下游细堆石料区、上下游粗堆石料区其工作效率难以适应大规模机械化施工的需要，也和上下游护坡块石等组成。最大坝高为261．5in，制约了施工进度。随着GPS技术、无线通信技术及坝顶长630．06in，大坝填筑总量3300万in。大坝计算机技术的发展，中国的科研单位已将GPS技术各料区施工工艺要求严格，质量要求高，相互影响与无线网络集成，构建针对大坝填筑的施工质量实大，GPS监控技术的应用有效提升了糯扎渡水电站时监控系统l】，并将该技术成功应用于糯扎渡水心墙堆石坝大规模机械化联合施工管理与质量控制电工程大坝填筑施工过程中。水平。糯扎渡水电站位于云南省普洱市翠云区和澜沧2GPS数字监控技术介绍县交界处的澜沧江下游干流上，是澜沧江中下游河段8个梯级规划的第5级。该工程由心墙堆石坝、根据糯扎渡水电站大坝填筑施工管理和质量要左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地求，采用GPS监控技术对大坝填筑施工全过程进行精细化、全天候的实时监控；整个监控系统分为监测收稿日期：201l—D4-24硬件、监测软件和监测指标体系。其系统运行方案作者简介：李时征(1986-)，男，贵州省遵义市人，助理工程师见图1。从事水利工程机械运用与管理工作． 40李时征，姚亚军，刘宁．GPS监控技术在糯扎渡水电站大坝施工中的应用信基础。由于大坝填筑是全天候24h不间断施工，监控多台车辆和碾压机械，选择无线通信网络为核心来构建通信网络结构，实时利用系统总控中心的软件平台进行质量管理和分析。2．2监测软件监测软件包括大坝填筑质量GPS实时监控软件、料场料源及上坝GPS实时监控软件和总控分析软件，是数据记录、分析和评价的自动化系统。大坝填筑质量GPS实时监控软件和料场料源及上坝GPS实时监控图1糯扎渡水电站大坝填筑GPS数字监控系统运行方案图软件是为车辆驾驶员和碾压机2．1监测硬件械操作手提供辅助导航，引导辅助其正确按照施工整个监测系统由GPS基准站、总控中心、流动要求作业；总控分析软件则负责对监测数据进行分监测站、无线通信设备组成，是完成监测数据的采析，对监测效果进行评价。集、传输、处理和可视化的硬件装置。通过监测软件，管理者可以方便查看车辆及碾2．1．1GPS基准站压机械的现场信息。车辆信息包括车辆的位置、速GPS基准站是为差分GPS技术的应用而建立度及密度；碾压机械的信息包括碾压轨迹、碾压遍的，将其差分数据传递给流动监测点，实现对流动监数、碾压厚度、碾压高程等指标。系统会利用不同的测点监测数据的修正，从而提高GPS系统的监测精颜色进行标示，直观明晰地反应大坝填筑情况，处理度。基准站实时平面位置精度可达1cm+1ppm，高后的最终结果按要求输出。程精度为3cm+lppm，输出更新率为1Hzl4J。2．3监测指标体系2．1．2总控中心监测指标体系包括车辆行驶位置、速度和路段总控中心是整个监控系统的中心，其系统服务行车密度，碾压机械行驶位置、碾压行驶速度、碾压器负责监测点数据管理和用户管理，同时提供网络行驶方向、碾压轨迹、碾压遍数、碾压厚度、碾压高程服务功能；总控中心通过计算机实时显示大坝各施等几方面，是整个系统提供的主要监测数据。工面上运输车辆和碾压机械的精确位置、速度和运行方位等信息，同时可以查看整个大坝各施工单元3GPS监控技术在大坝填筑施工中的的压实厚度和碾压遍数，并做好实时记录，为施工质应用量控制和研究技术措施提供了宝贵依据。2．1．3流动监测站GPS监控技术应用于糯扎渡水电站大坝填筑施GPS流动监测站主要由上坝运输车载GPS系工过程中，有效提升了糯扎渡水电站心墙堆石坝大统和碾压机械GPS集成系统组成，负责实时采集车规模机械化联合施工管理与质量控制水平。辆运输信息和大坝碾压全过程的碾压参数。主要硬3．1GPS监控技术在料场料源及上坝实时监控中件有车载GPS主机和PDA(PersonalDigitalAssis—的应用-隋况tant)数据采集器；碾压机械GPS集成机箱、GPS卫各种上坝运输车辆配备GPS设备，由施工管理星天线、驾驶室报警系统、激振力监测装置和速度显人员通过PDA采集每辆车的料源名称、车辆型号、示装置。编号和车主姓名等调配信息，进而实时动态监测车2．1．4无线通信网络结构辆状态，在以下几方面效果明显。无线网络是为整个大坝施工监控平台构建的通(1)科学有效地对各种料源上坝量进行了统 西北水电·2012年·第3期41计，解决了以往工程量需要人工统计的问题，节约了～0．5ITI；顺碾压方向为1．0～1．5m。人力资源，确保了统计的准确性。糯扎渡水电站大坝心墙堆石坝目前已填筑至(2)严格进行料源运输管理。车辆在料场装满775In高程，碾压合格率99％以上，保证一次验收合料后启动前按要求按一次满载按钮，进人相应填筑格率100％，单元工程合格率100％，优良率95％以区后卸料完再按一次按钮，有效监控了车辆卸料的上。位置是否正确，发现有车辆违规操作时，系统及时弹GPS监控技术在大坝填筑过程实时监控中，在出重要提示，反馈给车主和车队管理人员，以便及时以下几个方面效果突出。进行整改，科学地解决了以往车辆乱装料乱卸料的(1)GPS监控技术的应用提高了施工的程序问题，使工程管理更加科学化。化、标准化、规范化控制。心墙填筑施工中采用GPS(3)科学进行车辆调度管理。糯扎渡大坝工程监控给碾压机械定点定位，每仓顺碾压方向按照长填筑总量达3300万m，上坝车辆达200多辆，各施为1001TI、宽不大于10in的要求进行分仓分条带划工环节相互制约紧密。GPS监控技术在监控车辆道线碾压，控制每仓碾压时间在1．5h内，使碾压仓路行车密度上作用显著，特别是在车辆拥堵路段或面、备碾仓面与填筑仓面合理衔接，见图2。工作面，及时反馈信息给现场管理人员进行车辆的科学调度，确保各工作面有序施工，保证工程进度。(4)对一定周期内所采集的数据进行分析，科学地总结类似工程的资源配置，使资源得到最大化利用，降低了投标过程中的不准确性。表1所示为糯扎渡水电站大坝心墙填筑工程投标资料与实际施工过程的车辆配置对比，由于32t车辆将对心墙掺砾土造成严重的过碾剪切破坏，需选择较轻车型，经分析20t车辆能够满足施工要求，数量45台为合理配备。图2心墙分仓分条带碾压施工图表1心墙填筑工程投标资料与实际施工车辆配置对比表(2)施工中现场分控站实时监控施工全过程。设备名称备注监测碾压机械的碾压轨迹、行车速度、压后高程、碾塑堡塑鱼塑壅主以工程行车密度为依据，结合压厚度和激振力大小等碾压参数，监测软件通过计实际施工自卸汽车20t45现场装车设备进行资源配置。算机输出参数图形，按不同的颜色区分，模拟工作面3．2GPS监控技术在大坝填筑过程实时监控中的面貌，形象直观地反应碾压存在的问题，方便工程管应用情况理。糯扎渡水电站大坝心墙堆石坝填筑以心墙填筑1)心墙掺砾土料碾压激振力需大于300kN，控为中心，心墙的施工质量与进度是整个大坝填筑的制压实标准为585kJ／m击实功，控制压实度≥核心。按照设计要求，心墙填筑采用20t自卸运输0．98。本工程所用三一重工YZK20C型20t自行凸车运料，反滤料采用后退法卸料，掺砾土料采用进占块振动碾激振力有两个档位，分别为高频低振和低法卸料，推土机配合反铲平料，推平后反滤料厚度为频高振，碾压作业选择低频高振以确保激振力大小52cm；掺砾土料厚度控制在27cm以内，碾压合格满足要求。当操作手出现疏忽大意开错档位时，监层厚为24(3m，人工辅助机械进行料源清边。掺砾控系统将显示出问题机械的详细信息，工作人员利土料采用三一重工YZK20C型20t自行凸块振动碾用对讲机将存在问题反馈到现场管理人员和操作按进退错距法碾压，碾压遍数为10遍，碾压机速度手，及时进行整改。控制在3km／h以内，激振力大于300kN，控制压实2)心墙掺砾土料设计碾压遍数为10遍，碾压标准为585kJ／in击实功，控制压实度≥0．98。机速度控制在3km／h以内。当碾压机械未按分仓分段碾压碾迹搭接宽度应满足：垂直碾压方向为0．3条带进行碾压或超速碾压时，系统会立即报警进行 42李时征，姚亚军，刘宁．GPS监控技术在糯扎渡水电站大坝施工中的应用反馈，本项技术严格规范碾压机械按标准速度和行一般通过人工与机械相结合的方式排出积水，对含驶方向进行碾压，方便管理人员及时进行施工质量水超标部位采取挖掘机挖除后置换合格料源，并用管控，也为机械设备管理提供了准确数据资料，有利推土机找平翻晒，使工作面的含水达到被复工工序于加强操作手的管理。破坏了的之前的正常参数。当含水率、干湿密度等3)心墙分段碾压碾迹搭接宽度应满足：垂直碾基本复工指标达到要求后，再经GPS监控系统定位压方向为0．3～0．5m；顺碾压方向为1．0～1．5m。分仓线进行全仓补碾，补碾合格后开始正常施工，有当碾压机完成一个条带的碾压要进人下一条带时，效地保证了复工质量和资料的连续性。分控站工作人员将与现场施工管理人员紧密联系，4结语按照系统显示，调整碾压机械到新的作业条带，科学地降低了漏碾和过碾区域的出现。GPS监控技术成功应用于糯扎渡水电站大坝填4)平整度是心墙填筑施工的一项重要指标。筑施工过程中，全面实现了大坝施工的宏观调控与平整度误差不能超过3cm，工程施工中结合GPS监质量控制管理，其对运输车辆的行车密度统计有效控的高程输出图形报告，对平整度不满足要求的区改进了施工现场调度管理，对填筑施工中的运输车域采用湿地推土机重新找平的方式平整，对于问题装料、运输、坝面卸料、压实厚度、碾压遍数、碾压机比较严重部位，一般采取挖掘机挖除或者新料补填，械行使速度及激振力大小等主要施工参数的实时、达到标准后方可启动碾压。其碾压厚度和碾压高程自动、连续、高精度监控，有力保证了工程质量，对特图与测量技术相融合，使验收仓面的评定资料更加殊部位和特殊时期的施工提供了科学的数据保障。真实、准确和完整。GPS监测技术在本工程中的应用从“无损性检(3)对特殊工作面的监控技术有效提高了局部测”方面加强技术改进，避免传统试坑法试验对心质量墙局部范围的破坏，这将是一种更加科学、便捷、全1)施工过程中机械设备难免发生故障，当机械面的检测方法。故障无法在短时间内排除，机械停机面无法正常施GPS监控技术的应用有效提升了糯扎渡水电站工时，GPS监控技术应用显得尤为重要。面对这种心墙堆石坝大规模机械化联合施工管理与质量控制情况通常采取划定监测空白区，监测分控站及时记水平，是同类型工程施工管理水平的一大创新和进录空白区坐标存档。当机械修复开出空白区后，此步，将提高中国土石坝填筑施工管理的科学化和规区域立即施工，按照填筑层厚标准进行铺填，由GPS范化水平。监控系统指定碾压区域，利用碾压机进行补碾压实。参考文献：2)心墙埋设监测仪器的周边部位是无法用大型机械施工的，本工程在局部压实处理上采取人工[1]崔博，胡连兴，等．高心墙堆石坝填筑施工过程实时监控系统研发与应用[J]．中国工程科学，2011，13(12)：91-96．持打夯机进行压实。在以往，压实区域一般靠技术[2]ZhongDH，CuiB，LiuDH．Theoreticalresearchonconstruction人员的多次试验和经验来判断压实是否合格，GPSquali~real—timemonitoringandsy~emintegrationofcorerockfill监测技术可以直接提供准确的数据指导施工，提高dam[J]．SciChinaSerETechnolSci，2009，52(11)，3406—了工作效益和工程局部质量。3412．3)本工程雨后复工中GPS监控技术能够科学[3]ZhongDH，LiuDH，CuiB．Real-timecompactionqualitymoni—totingofhighcorerockfilldam[J]．SciChinaTechSci，2011，54地衔接前后数据，并保证复工的质量控制。本工程(7)：1906-1913．施工受雨季干扰大，一般降水量达到5—10mm时[4]马芳平，吴浩．GPS实时监控系统在瀑布沟水电站大坝心墙填将暂停施工，长时间降雨需对心墙采用覆盖塑料薄筑施工质量控制中的应用[G]／／高堆石坝筑坝与工程安全技膜的方式防止水分过量沁人心墙，但面对特大暴雨术研讨会论文集(下册)．2011，11：821—825．时，心墙部位往往积水较多，给复工增添困难。雨后