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1、宁波市周公宅、皎口水库引水及城市供水环网工程自动化监测系统技术方案南京南瑞集团公司2006年3月1 工程概况1.1 工程概况宁波市周公宅、皎口水库引水及城市供水环网工程是周公宅水库和皎口水库联合调度向宁波市供水的重要工程项目。本工程采用隧洞引水方案，引水系统由取水口、隧洞、埋地钢管和调压井组成，其中隧洞全长9537m，开挖洞径为3.6m，喷砼厚0.15m，素砼衬砌厚0.3m，砼衬砌厚0.4m。引水隧洞进口位于皎口水库左岸，大坝上游约1km处，隧洞出口位于鄞江镇梅园大桥的毛家坪水库旁。1.2 水文气象和工程地质条件宁波市地处亚热带季风气候区，冬夏季风交替显著，年温适中，四季分明，雨量充沛，日照充
2、足。流域内降水主要为春雨、梅雨和台风暴雨及局部雷阵雨，其中台风暴雨是形成流域大洪水的只要因素，降水主要集中在49月，占全年总降雨量的70。多年平均气温16.3，极端最高气温38.6，极端最低气温-8.5。皎口水库位于宁波市鄞州区章水镇密岩村附近，总库容1.198亿m3，坝址集水面积259km2。鄞州为浙东盆地低山区，海拔一般在100450m，位于四明山区，本区以低山丘陵为主，厂房后为平原区，地面较平坦，海拔一般小于10m，平原区河网密布。进口山坡坡度3040度，地表基岩裸露，局部第四系全新统坡积（diQ4）含碎石粉质粘土厚13m。分布高程一般在库水位以上山坡，高程约6590m。洞线跨越得主要沟
3、谷有江岙、汪夹岙、大岙冲沟，沟底高程一般5060m。隧洞上覆岩体厚度一般50350m。平距03400m为侏罗系上统高坞组（J3g）青灰色英安质晶屑玻屑熔结凝灰岩为主，岩石块状，坚硬，局部含集块砾及岩屑，偶夹沉凝灰岩、粉砂岩、硅质岩薄层。平距3400m6000m为白垩系下统馆头组（K1g）紫灰色砾岩，长石砂岩，含砾玻屑凝灰岩、含砾粉砂质泥岩互层。平距60009600为白垩系下统朝川组（K1c）霏细岩、泥质砂岩、砾岩、泥岩，玻屑凝灰岩、沉凝灰岩等。 1.3 对外交通条件本工程位于宁波市鄞州区，对外交通十分便利。公路有杭甬、甬台温高速公路、329国道均通过宁波市鄞州区；铁路：宁波火车站可卸货100吨
4、以下单件货物，水运有北仑港、镇海港和宁波港，为我国四大国际中转港之一，年吞吐量能力超过5000万吨，能满足工程的转运要求。该工程具有公路、铁路和水运的联运条件。整个输水系统沿鄞江镇周公宅（皎口）水库县道右侧布置，各段隧洞进出口、每个支洞口附近都有简易公路通过，对外交通便利。2 设计依据本技术方案及施工组织设计的主要依据为：(1) DL5178-2003混凝土坝安全监测技术规范。(2) SL6094土石坝安全监测技术规范。(3) SL16996土石坝安全监测资料整理规程。(4) DL USBR混凝土大坝观测仪器手册。(5) GB138-93 水位观测标准。(6) DL500692水利水电工程岩石
5、试验规程。(7) 本项目的施工设计图纸及技术资料。(8) 监测仪器生产厂商提供的技术规范和说明书。(9) 5013-92水利水电工程钻探规程(10) 其它相关的有关规程规范及国际标准。3 安全监测设计3.1 监测断面的选择根据本工程的运行性质、地质条件和工程结构特点，结合影响工程安全的因素，本方案选择进、出水口，应力集中处等重要部位进行监测布置，观测断面选择如下：测站位置监测断面位置监测断面桩号(m)皎口大坝左岸竖井下游0+020.0江岙隧洞出口江岙隧洞出口0+730.0附近大岙隧洞出口大岙隧洞出口4+530.000大岙隧洞进口4+840.000调压井调压井上游9+335.000附近3.2 监
6、测仪器的布置本工程拟进行以下项目监测：（1）应力监测为监测各断面相应部位钢筋应力变化情况，在每一个隧洞监测断面的上部和一侧分别布设钢筋计，同时，配套埋设无应力计1支，用以监测混凝土自身因素引起的应变。（2）渗透压力监测在上述监测断面的内侧和外侧分别设置渗压计1支，用以监测衬砌内外的水压力。（3）温度监测利用已有仪器的测温功能进行温度监测。仪器布置数量如下表序号传感器类型单位数量分布位置备注2无应力计支5监测断面侧下部同时测温3钢筋计支20监测断面内外层受力筋上同时测温4渗压计支10混凝土衬砌内外同时测温4 监测仪器的选型设计4.1 选型原则根据本工程的自动化监测、设计规范等要求，仪器设备选型原
7、则如下：（1）所选仪器设备是成熟可靠产品。（2）监测仪器设备的性能要求应是低故障率、高可靠性，建成后的系统应当是实用的、能够长期稳定运行的系统。（3）工程竣工后其技术要求满足本文中第2章“施工设计依据”中规范、标准的要求。（4）监测仪器设备必须在满足精度要求的前提下，考虑其技术先进性、可靠性和长期稳定性，必须是在国内大型水利水电工程中至少成功应用35年的全新合格产品。国产仪器生产厂家必须具有国家技术质量监督局颁发的产品生产许可证，并已通过ISO9000系列质量体系认证的产品。4.2 仪器设备的建议选型及技术参数根据上述选型原则，现对各种仪器的建议选型分述如下：4.2.1 无应力计差动点阻式仪器
8、在国内已有数十年的应用历史，性能稳定，用户反应良好。无应力计建议选用差阻式仪器，可兼测温度。技术指标如下：测量范围拉伸：600 压缩：1000仪器标距250mm最小读数4/0.01%分 辨 力0.1%FS温度测量范围-25+60温度测量精度0.5绝缘电阻50M抗 水 压0.5MPa（普通型），3MPa（高压型）4.2.2 钢筋计建议选用差阻式钢筋计，可兼测温度。技术指标如下：量程：拉200、300（T1）、400（T2）MPa、压100 MPa灵敏度1MPa/0.01%抗外水压为0.5MPa温度范围：-25+60温度测量精度：0.5，4.2.3 渗压计建议选用差阻式渗压计，可兼测温度。技术指标
9、如下：型 号SZ-2SZ-4SZ-4ASZ-8SZ-16测量范围 kPa2004004008001600灵敏度 kPa/0.01%1.531612温度测量范围 0 +60温度测量精度 0.5绝缘电阻 M50最大外径mm588431仪器长度mm1401501405 自动化监测系统方案设计本自动化监测系统由各类传感器、数据采集装置、监控管理软件及GSM通讯网络系统组成。5.1自动化系统的设计原则1）满足相关规程规范的要求。2）采用的监测仪器设备，其生产厂家必须持有有效的由国家技术监督局颁发的大坝 、岩土工程仪器生产许可证，或者已通过GB/T19001-ISO9001质量体系认证，所生产的仪器设备有
10、在不少于3个类似工程中使用的实例。3）自动化控制系统设备制造厂应持有计算机信息系统集成一级资质证书，安全监测信息管理软件开发商应持有软件企业认定证书。4）可靠性：系统应能长期稳定可靠运行；数据采集要求准确可靠；应用软件应运行稳定，确保不发生致命错误。5）接口适应性（实用性）：数据采集单元应能适应多种仪器的接口。6）先进性：由于自动化技术发展很快，安全监测自动化系统必须充分考虑技术的先进性和将来系统更新换代的兼容性。7）开放性（可扩展性）：能方便地进行升级、扩展、修改、增加和替换。预留有与其他MIS系统的接口。8）易维护：系统必须具有较强的自诊断能力，自动查出系统故障并发出信息，以便及时修复；系
11、统维护操作应简易。9）对恶劣环境的适应性：能适应潮湿、露天等恶劣环境。10） 防雷及抗电磁干扰：应具备防止感应雷电能力和抗电磁干扰能力，在发生雷击和干扰后，数据应不丢失、不失真，数据采集单元正常运行。11）冗余设计：必须有各种类型的软、硬件作冗余，以备应急维修或更换之用。12） 服务与技术支持：在20年内有备品备件及技术支持。5.2 数据采集装置（DAU）数据采集单元应具有自动集测、信号处理、控制和通讯功能。主要功能和技术指标：（1）能够联接、集测上述各类传感器。（2）容易检测维修，一般非专业人员通过现场短期培训即可进行维修。（3）具有掉电自保护功能，具有对处理器、存储器、电源、测量电路、时钟
12、、接口、传感器线路进行自诊断功能。（4）采用智能化模块结构。（5）能够采用220V交流供电，而且对交流电源质量要求不高，能在22045V电压范围正常运行。（6）可以采用电池、太阳能板等供电。(7) 配备的电源容量必须保证MCU/DAU正常工作。(8) 具有很强实时观测功能。(9) 支持多任务运行。(10) 具有简单数据处理、存储、输出等功能。(11) 应配备数据采集软件，要求MCU/DAU单机能正常观测。(12) 设有必要的通讯接口。(13) MCU/DAU、电源系统、通讯系统、传感器线路均设有效的防雷设施。(14) 工作温度-1050。(15) 每台MCU/DAU备有20%模块安装空间余量。
13、(16) 观测时间：每通道不超过3秒。(17) 数据存储容量：不低于40测次。(18) 观测分辨率：差动点阻式数据采集模块 分辨率：RT：0.01 ，Z：0.0001。 (19)精度差动电阻式数据采集模块 测量精度：RT0.02 Z0.0002。 (20)纳入仪器数量差动电阻式数据采集模块 每个模块可纳入8个或16支传感器。5.3 数据采集与分析软件（DSIMS）软件要求在Windows98/2000/NT下运行，具有以下六方面的内容：即在线监控、离线分析、安全管理、数据库管理、网络系统管理、远程监测及远程辅助服务系统。在线监控子系统应包括人工和自动采集以及快速安全评估、报警等内容；离线分析子
14、系统要求能对各类监测数据进行误差处理、整编计算、应用各种模型方法进行定量解析，以便揭示所测结构的实际运行性态；安全管理子系统要求包括工程档案管理、输水系统安全册管理、人工巡查数据管理、报表制作、图形制作、预测预报等内容；数据库管理子系统应包括在线监控数据库、原始测值数据库、应用数据库和文件库的生成、增补和维护，以及异种数据库文件的共享和转换等：网络系统管理主要有系统安装、系统初始化、监测系统配置、系统安全管理、帮助系统、演示系统、监测子网管理，系统与局域网、广域网联网管理等；远程监测及远程辅助服务系统主要提供远离现场的有关上级安全管理部门可以对现场的监测系统进行直接的测量和监视，可对现场出现的问题进行远距离诊断并提供修理维护的帮助，可为用户及时提供所需的报表、图形和更新软件等。5.3 监控管理中心与白溪自动化系统共享。5.4 网络通讯监测数据的通讯可分为以下两层：监测仪器至监测分站、监测分站至监测总站。（1）监测仪器至监测分站即第一层，通讯介质根据埋设仪器型式，各断面的传感器电缆集中后穿入专门的保护管，连接到监测分站的数据采集单元中。（2）监测分站至监测总站即第二层，监控管理中心计算机安装功能强大的基于Windows 98/
