摘要:为提高对已建水利工程安全监测系统评价的有效性,针对现行安全监测技术规范和设计规范对水利工程安全监测系统评价针对性不强的实际,采用风险分析结合现有相关规范比较的方法,对大坝安全监测系统的评价内容进行了分类,对评价依据进行了深入分析,指出了上述各因素之间的关系。
关键词:水利工程;安全监测系统;工程安全风险;评价;现状
一、工程安全监测系统评价内容
此次研究将监测设备自身状态作为设备正常监测对象,将水利工程与监测设备的匹配性作为监测设置适用性评价标准。此次研究没有分析大坝与监测设备之间的匹配效果,只关注监测设备的运行状态。
通常来说,在评价监测设备正常状态时需要从现场监测结果、设计资料以及历史数据等方面入手。其中,设计资料主要是通过监测设备所获取的数据,例如设备参数、安装与埋设数据以及竣工资料数据等。现场检测结果需要按照相关规程实施,采用实测数据与专家检查方法对监测设施的保护力、持续运行能力等进行监测。实测数据主要是仪器设备工作状态数据。因此实测只能够反映出上一时期监测设施状态,还能够对监测设备工作状态监测提供评价依据。通过测试与检查能够获取设备状态信息与定性信息,可以对设备工作状态进行判断。因此,为了对监测设施运行稳定性进行判断,必须综合评价和考虑上述因素。
二、工程安全监测目的及对安全监测的要求
2.1安全监测的目的
对工程安全监测系统进行评价首先需要明确大坝安全监测的目的。众所周知,工程安全监测有检验设计、校核施工和指导工程安全运行三个目的显然这三个目的针对不同时期、不同结构形式、不同工作环境的水利工程时其内涵并不相同。检验设计主要针对超过现行结构设计规范的新结构、新材料和新施工方法所采取的检验性监测措施,针对的是设计不能完全保证达到实际效果的结构、材料或施工方法;校核施工主要针对施工过程中面临的勘探不完全性和动态不确定性,采用实测数据可以实时了解施工方法的有效性和针对性．及时调整施工进度、方法和工艺,从而达到降低施工安全风险的目的;指导工程安全运行是指针对工程运行过程必然面对的材料和结构老化、地质条件劣化、水文气象条件的不确定性甚至水库调度中面临的工程安全风险．需要通过实测资料了解工程安全现状。可见安全监测始终是以工程安全为关注重点,以降低工程安全风险为目的。
2.2不同时期工程对安全监测的要习之
水利工程的生命周期包括施工期、初蓄期、运行期(除险加固期、除险加固后运行期)和退役期等过程,每个过程中．其安全监测的重点既有相同点也有不同点。
施工期面临的安全风险主要包括勘探中未全面了解地质缺陷及施工相互作用、突发气象和地质灾害、卸荷破坏及滑坡、水化热诱导过高温度应力、施工导流和围堰安全、过大过快与不均匀变形、爆破震动、大型机电设备安装等风险源引起的工程安全问题。
初蓄水期面临的安全风险主要来自水压力和渗透压力给水工程(包括与工程安全有密切关系的边坡和附属建筑物)带来的安全风险,主要原因或现象包括水压力导致的变形、渗透破坏、扬压力或渗透压力增加引起的滑动失稳、浸水湿化变形和强度劣化、水锤和水力劈裂等安全风险。
正常运行期是水利工程安全风险比较低的时期,其安全风险主要是材料和结构长期缓慢劣化导致工程安全问题和由于突发气象、地质或人为灾害诱导的工程安全问题。在此期间,可以根据工程安全鉴定或评价的结论,结合工程安全监测系统运行情况对大坝安全监测进行优化。
除险加固期由于水位变化导致新的不利工况或由于施工开挖诱导的安全风险是除险加固时安全监测必须考虑的问题。对于除险加固过程中采用的新材料、新结构和新施工方法以及用于指导除险加固施工的必须有针对性的安全监测措施。
退役期工程安全面临的风险是由于水荷载变化、材料劣化和几何结构变化导致的应力／变形重分布可能导致的安全风险,这个时期安全监测主要针对水位变化、拆除方法、过程或废弃所导致的泄洪淤堵等可能导致的结构滑动、开裂、漫顶等安全风险。
三、监测资料分析与应用评价
3.1运行维护与系统评价
针对运行管理来说,应当具备完善的制度规定,并且全面落实和执行规章制度。在制定制度规范时应当考虑到风险预案问题,注重应急状态下的安全监测与管理,以此确保应急条件下工程安全监测结构的适用性,不仅能够作为应急决策资料,还能够显著提升管理水平。上述所分析的仪器设备测试,现场检查以及资料编制与分析等,可以有效验证和评价安全监测系统运维管理效果。然而需要注意的是,在编制资料时必须考虑到及时性与规范性问题。所提交的分析报告必须详细解释异常测值结果并且单一问题不能存在多次无意义分析。
3.2评价依据
第一,结构规范与监测规范:在评价监测设备稳定性时,需要采用相应的监测技术规范。然而对于精度与量程评价来说,则需要联合工程实际情况。通常情况下,监测精度不小于测值年变幅的8%,且监测设施量程必须全面考虑到测值趋势变化,测量误差等问题。一般情况下,仪器量程越大,则精度就比较低,所以对于存在趋势变化的物理过程来说,在选择仪器量程时需要注重监测对象的阈值问题,这样才能够加强监测系统的预警效果。
在评价测点协同性与针对性时,必须联合工程潜在失效模式与工程实际情况。这样能够使系统设计人员更加了解工程设计要点,施工和运维等特点,理清工程设计与安全风险之间的关系。在评价治疗整编分析及时性与规范性时,必须详细说明资料整编技术规范,然而在分析资料时需要联合工程实际情况,以此明确评价标准。在评价工程运维管理时,由于技术规范不详细,此时就需要结合部分规章制度与法规明确安全监测系统的稳定运行的要求。
第二,安全鉴定结论与除险加固设计:在鉴定与评价水利工程安全性,可以有效评价大坝运行状态,便于了解工程失效模式与安全变化情况。在评价监测系统时,需要分析工程安全评价问题与鉴定结果,能够对监测系统设置针对性进行检验。在除险加固设计过程中,会改变原有结构与安全状态,此时就需要采用监测仪器对除险加固效果进行检验,充分考虑到除险加固工程的安全监测问题。在安全监测中,应当通过加高模式反映出新老结合面的工作状态与牢固程度。其次,还应当注重预应力结构损失、不运行载荷分布所致变形,防渗结构强度、防渗效果以及抗滑支护结果强度与稳定性。
第三,工程环境与安全风险:随着坝区水文地质与气候的不断演化,水利工程结构与材料也会发生变化。材料与结构会受到边坡水与地基耦合作用,因此通过分析水利工程潜在破坏模式与可能性,能够在失效关键路径上采集敏感物理量,以此对工程恶性变化起到预警效果。工程环境包含常规水文地质与气候之外,还包含突发风险与运行管理问题。运行管理重点在于优化配置人员与制度,利用监测设施的稳定运行反映出应用效果。因此,不能将监测设计不完善归入到运行管理与维护当中。
结语
水利工程通过安全监测能够有效维护工程运行管理效果,尽管安全监测系统主要是分析和研究大坝安全监测系统,然而由于比较注重数据分析与建立数学模型,因此导致多数水利单位无法获取水利工程评价内容,此时就需要通过安全监测系统对水利工程存在的问题评价。
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