[实用新型]大坝内部变形的机器人监测系统

说明书

技术领域

    本实用新型涉及岩土工程安全监测技术领域，具体而言涉及一种大坝内部变形的机器人监测系统，适于对大坝内部的垂直位移和水平位移变形进行监测。 

背景技术

    水库大坝内部变形是指坝体内部的垂直沉降和水平位移，这种变形超过正常范围时，直接影响大坝的安全性，甚至造成大坝毁损。根据《土石坝安全监测技术规范》SL551-2012（以下简称《规范》），在坝体内部选择变形监测断面，布置观测仪器进行监测。目前国内外面板堆石坝内部变形监测通常采用“水管式”沉降计测量垂直变形，和采用“引张线式”位移计测量水平变形方法。这两种方法是在大坝填筑到设计规定的监测高程时，预先在大坝内部从上游到下游设置一条垂直于坝轴线的监测管道，在这条管路中同时安装埋设“水管式”沉降计和“引张线式”测量计，具体工作原理和测量方法简述如下。 

    （1）“水管式”沉降测量方法（参见图1a） 

    水管式沉降测量方法是基于“连通管”原理。其中：100为连通水管，101为刻度尺，102为测量管，103为沉降测头，连通管的一端位于被测位置（随坝体沉降），另一端位于观测房（基准端），测量时将连通管内充满液体（水）直至被测端溢流，此时观测房内水管水位与被测点在同一水平位置，只要测量观测房内水管水位，即可换算出被测点位置高程。

    （2）“引张线式”水平位移测量方法（参见图1b） 

    引张线式水平位移计是由受张拉的铟瓦合金钢丝构成的机械式测量水平位移的装置，铟瓦合金钢丝是一种变形很小的材料，直径2mm左右，钢丝牵引系统的保护管直径在200mm左右，管路越长、测点越、多钢丝越多，保护管直径增大。如图1b所示，其中200为水平位移测点，201为伸缩管头，202为保护管，203为平衡锤，204为卡尺，205为导向轮，206为铟瓦钢丝。坝体水平位移测点（随坝体水平位移）通过一个装置与保护管内钢丝的一端连接，钢丝另一端位于观测房，观测房一端作为基准点。测量时采用固定重量的砝码给钢丝施加恒定张力，测点的水平位移通过这根钢丝传递到观测房，使用游标卡尺或位移计测量钢丝的位移，即可换算出测点位置的水平位移。

    一条测量管路可以布置多个测点，《规范》规定测量管路上每隔20~40m布置一个测点，每一个测点包括了“沉降”和“水平”两个测头。测量管路长度在200~300m范围之内，测量精度基本可以满足规范要求。 

    然而目前使用的水管式沉降计和引张线位移计所采用的是一种“间接测量”方式，将将大坝内部的变形通过一定方式（水管或引张线）传递到大坝外部的观测房进行测量。对于坝高200m测量、管路长度超过300m时，由于管线太长使得仪器的灵敏度降低，误差大大增加。 

    （1）对于水管式沉降计，超过300m长的水管由于管壁阻力加大、水管中液体夹有气体，使得液体流动滞后、加水后水位平衡困难、测量等待时间长，误差增大。 

    （2）对于引张线位移计，线路太长，需选用粗直径钢丝，钢丝自重增加、引导装置增加、位移传递阻力增大、误差增大。不能无限制增加钢丝张力，任何一条钢丝断裂、缠绕，可以影响到管路中其他引张线的测量工作。另外，一条管路中引张线钢丝超过10根以后，这种机械结构十分复杂，现场安装非常困难，观测房测量装置同样很庞大、复杂。 

    近来我国面板堆石坝建设水平有了很大提高，随着西部水电开发进程的加快，开展了300m高级面板堆石坝筑坝技术和大坝安全监测技术研究。这种超高大坝的底部横断面长度超过800m，对于坝体内部800m一条测量管路上需要布置几十个测点，显然无法沿用传统的水管式沉降计和引张线位移计方法监测坝体内部变形。针对这种超长的测量范围，国内外目前尚无有效的监测手段和方法，急需开发研制监测坝体内部变形的新型测量仪器。 

实用新型内容

    本实用新型目的在于提供一种大坝内部变形的机器人监测系统，利用测量机器人直接进入埋设于大坝内部的专用测量管道内进行测量，保证监测的准确性、及时性，克服间接测量带来的误差。 

    本实用新型的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。