超宽带雷达沉降监测实施方法与流程

本发明涉及水利水电监测技术领域，尤其涉及一种超宽带雷达沉降监测实施方法。

背景技术：

超宽带雷达指的是雷达发射信号的分数带宽大于0.25的雷达。超宽带技术就是通过对非常短的单脉冲进行一系列的加工和处理，包括产生、传输、接收和处理等，实现通信、探测和遥感等功能。由于超宽带雷达具有抗干扰性能强，穿透能力强，识别能力强等优点，能够很好的识别目标位置，因此在测绘领域应用广泛。

对于大坝的沉降监测，目前主要采用的监测手段是，在大坝填筑过程中埋设各种压力和位置传感器，利用专用仪器对其进行监测，从而得到沉降数据。其缺点是，传感器的监测范围有限，对于一些高水压、高土压、大变形的工程，设备在监测过程中受损的几率较大，无法提供稳定和精确的监测数据。

目前超宽带雷达还很少用于水利水电关于大坝沉降的监测中，如果能将大坝的沉降反应到超宽带雷达设备上，将能够大大提高监测的稳定性和精确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超宽带雷达沉降监测实施方法，以克服现有大坝沉降监测手段在高水压、高土压和大变形的工程中无法提供稳定和精确的监测数据等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超宽带雷达沉降监测实施方法，包括以下步骤：

s1：在大坝监测剖面的上游选择用于布置超宽带雷达沉降监测系统的检测面，并在所述检测面上设置多个检测点，任意一个所述检测点布置一套超宽带雷达测量设备及太阳能板；其中，多个所述监测点沿所述检测面的竖直方向设置；

s2：在大坝左岸坝肩边坡的稳定基岩和大坝右岸坝肩边坡的稳定基岩上各设置一个超宽带雷达基准点，任意一个所述超宽带雷达基准点布置一套超宽带雷达测量设备及太阳能板；

s3：通过在所述超宽带雷达基准点定期对各个所述监测点进行观测和比较，得出大坝的沉降情况。

优选地，所述s1包括以下子步骤：

s11：选择所述监测面；所述检测面为所述大坝检测剖面上游的两层反滤层的交界面；

s12：选择所述检测点；以所述大坝的坝高为基准，取65％-75％范围内的任意一个坝高位置作为初始检测点，其余所述检测点沿竖直方向间隔设置于所述初始检测点的上方；

s13：布置所述超宽带雷达沉降监测系统；在任意一个所述监测点布置1个沉降钢板，任意一个所述沉降钢板上均设置有一根外露于所述检测面的套管，且第n+1个所述沉降钢板的套管套在第n个所述沉降钢板的套管上；在任意一个所述套管的顶部各设有一套超宽带雷达测量设备及太阳能板；其中，n＝1，2，3....。

优选地，相邻两个所述沉降钢板的布置距离为15-20m。

优选地，第n+1个所述监测点设置的所述沉降钢板的中部设有通孔，所述通孔用于第n个所述监测点设置的所述沉降钢板的套管穿过，其中，n＝1，2，3....。

优选地，任意一套所述超宽带雷达测量设备及太阳能板以所述套管轴线为圆心呈中心对称布置。

优选地，所述套管由多节钢管拼接而成。

优选地，任意一个所述超宽带雷达基准点设置在一个外部变形观测墩处，且任意一个所述宽带雷达基准点的稳定性通过所述外部变形观测墩进行校核。

优选地，还包括伸缩保护管，所述伸缩保护管套设于相邻两个所述沉降钢板之间的套管上。

优选地，所述伸缩保护管包括上伸缩节、下伸缩节以及pe管，所述上伸缩节的底部和所述下伸缩节的顶部通过所述pe管连接，且所述上伸缩节与所述pe管的连接以及下伸缩节与所述pe管的连接处包裹有水工布。

优选地，在进行定期监测时，采集数据的频率可以为1次/5分钟、1次/小时或1次/周。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、利用沉降钢板随土体沉降的特性，在大坝监测界剖面竖直间隔布置多个沉降钢板，并在沉降钢板上方设置超宽带雷达测量设备，通过定期采集对比超宽带雷达测量设备与超宽带雷达基准点的位置，即可判断各沉降钢板的沉降情况，从而综合分析出大坝总体沉降情况；

2、沉降钢板和套管结构强度高，能稳定的随大坝土体沉降，可适应高水压、高土压、大变形的工程，不易损坏，并且埋设方便，可保证监测数据的稳定性和精确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是超宽带雷达沉降监测系统布置示意图；

图2是超宽带雷达沉降监测系统结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1、沉降钢板；2、套管；3、伸缩保护管；11、通孔；31、上伸缩节；32、pe管；33、下伸缩节。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

一种超宽带雷达沉降监测实施方法，包括以下步骤：

s1：在大坝监测剖面的上游选择用于布置超宽带雷达沉降监测系统的检测面，并在检测面上设置多个检测点，任意一个检测点布置一套超宽带雷达测量设备及太阳能板；其中，多个监测点沿所述检测面的竖直方向设置；

具体实施时，如图1所示，由于大坝心墙一般为锥形结构，且心墙内一般不埋设监测设备，因此，初始监测点设置于两层反滤层的交界部位比较合理。

其次在检测面上沿竖直方向自底部至顶部选取检测点；其中，第一个检测点作为初始监测点，其余各个检测点间隔设置于初始点的上方；在选取检测点时，为了保证沉降钢板1能随大坝土体稳定沉降，需要沉降钢板1具有较深的埋设深度，根据以往经验和实际论证分析，取65％-75％坝高的位置作为第一个检测点可以达到预定效果；虽然是起点越低越好，但相应的成本也会更高，作为优选地，以1/3坝高左右的位置作为初始检测点开始布置沉降钢板1具有较高的性价比。

最后在各个检测点处安装一套超宽带雷达测量设备及太阳能板。具体地，在所有的监测点各布置1个沉降钢板1，其中，任意一个沉降钢板1上均设置有一根外露于检测面的套管2，且第n+1个沉降钢板1的套管2套在第n个沉降钢板1的套管2上，任意一套超宽带雷达测量设备及太阳能板安装在套管2上；其中，n＝1，2，3....。

在布置监测系统时，根据初始监测点到设计坝体坡面的距离合理选择沉降钢板1的布置数量，满足相邻两个沉降钢板1的布置距离为15-20m即可。该布置距离经过严格分析论证，能够确保监测的精度和稳定性，距离太小易造成设备浪费，距离太大又不能反映出各层土体的相对沉降情况；另外，为保证沉降钢板1能随土体沉降，将沉降钢板1的尺寸控制在边长50cm左右即可。

对于超宽带雷达沉降监测系统的具体结构，如图2所示，除初始监测点的沉降钢板1外，其余沉降钢板1的中部设有供下方沉降钢板1的套管2穿过的通孔11，与对应沉降钢板1相连的套管2焊接在沉降钢板1中部。通孔11的大小与相连的套管2的内径相同，保证套管2与沉降钢板1不会出现干涉；将套管2设置在沉降钢板1的中部，当沉降钢板1沉降时，套管2能随之稳定的竖直移动。为保证安装精度，在埋设沉降钢板1和套管2时可采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度。

此外，为了方便现场安装，所有设备最好都采用工厂批量生产，现场组装的形式，因此套管2可用多节钢管通过螺纹连接而成，套管2的大小应保证相邻两层套管2的间隙不小于5mm，避免出现干涉影响沉降钢板1的自由沉降。

布置好土体中的沉降钢板1和套管2等设备后，也需要合理规划位于多个沉降钢板1上的套管2顶部的多套超宽带雷达测量设备及太阳能板的位置，由于设备较多，为不影响监测，多个设备最好以套管2轴线为圆心呈中心对称布置。

在进行定期监测时，由于大坝在填筑过程中一直在沉降，而整套超宽带雷达沉降监测系统也是随着大坝的填筑逐步布置的，因此每布置好一块沉降钢板1，就需要对其位置进行校准，为保证后续监测的准确，采集数据的频率从校准阶段的1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至数据稳定后1次/周，一般在下一块沉降钢板1安装之前需要保证上一块沉降钢板1完成校准。

s2：在大坝左岸坝肩边坡的稳定基岩和大坝右岸坝肩边坡的稳定基岩上各设置一个超宽带雷达基准点，任意一个超宽带雷达基准点布置一套超宽带雷达测量设备及太阳能板；

在设置基准点时，需要保证基准点的精确性，而基准点也很有可能随大坝一起沉降，因此优选方案是将两个超宽带雷达基准点分别安装在两个外部变形观测墩附近，基准点的稳定性通过左、右岸坝肩边坡上的外部变形观测墩进行校核。

s3：通过在超宽带雷达基准点定期对各个监测点进行观测和比较，得出大坝的沉降情况。

采用本申请提供的技术方案时，利用沉降钢板1随土体沉降的特性，可带动与之相连的套管2和套管2上方的超宽带雷达测量设备同步沉降，通过定期采集对比超宽带雷达测量设备与超宽带雷达基准点的位置，即可判断沉降钢板1的沉降情况。最终通过多套沉降钢板1的数据拟合，综合分析出大坝总体沉降情况。相比现有埋设传感器的方式，沉降钢板1和套管2的结构强度更高，不易损坏，可适应高水压、高土压、大变形的工程，并且埋设简单方便，能够保证监测数据的稳定性和精确性。

进一步地，相邻两个沉降钢板1之间的套管2上还设置有伸缩保护管3。在相邻两个沉降钢板1之间的套管2外套接伸缩保护管3的目的是为了使套管2与土体隔离，使套管2能够随沉降钢板1沉降，而不会受到土体的摩擦阻力；由于相邻两个沉降钢板1的沉降情况可能不同，因此伸缩保护管3需具有一定伸缩功能。

本实施例的伸缩保护管3的具体结构包括上伸缩节31、下伸缩节33以及连在上伸缩节31和下伸缩节33之间的pe管32。以pe管32作为主体，具有一定抗压性能，稳定性好，上伸缩节31和下伸缩节33可以采用波纹管，其端部抵靠在沉降钢板1表面，也可通过螺栓或卡箍等形式固定在沉降钢板1上，上伸缩节31与pe管32的连接处以及下伸缩节33与pe管32的连接处均包裹有水工布，以防止回填料进入。

在本实施例中，以两河口水电站为例对本申请的技术方案进行详细说明。

两河口水电站是300m级砾石土心墙堆石坝，其砾石土心墙堆石坝最大坝高295m，坝顶高程2875.00m，河床部位心墙底高程2583.00m，心墙底部混凝土盖板基础高程2580.00m，心墙底部横河向宽41.71m，顺河向宽140.00m。

首先，在大坝3-3监测剖面的上游反滤料1和反滤料2交界部位(柔性测斜仪固定端处)，自2790m高程起，竖向布置1套超宽带雷达沉降监测系统。竖直向上分层布置5个超宽带雷达监测点，监测点编号为ccdb-1～ccdb-5，布置高程分别为2790.00m、2815.00m、2830.00m、2845.00m、2865.00m。

具体步骤如下：

1、在大坝3-3监测剖面上游反滤料1和反滤料2交界部位设计高程位置2790安装超宽带雷达测量点，编号：ccdb-1。

(1)平铺坝料，放置焊接了1根直径20mm,长20cm的柔性倾斜仪接头的1#号定位钢板(长宽高＝50cm5*50cm*1cm)，同步完成柔性倾斜仪接头的安装；

(2)在钢板直径φ40钢管支架接头上，连接一根1.5米及1根50cm长，直径φ40钢管，在钢管外先放置一根50cm长,、直径75cm的pe伸缩节，内置1.5米长，直径63pe保护管，搭接20cm,用4个m3*20螺丝钉4面相互固定，然后用水工布包扎在两种pe管32交界处，以防止回填料进入；

(3)在直径φ40钢管顶部，安装超宽带雷达测量设备及太阳能板；

(4)进行安装后测量值的采集，从1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至1次/周；

(5)确认初始值后，进行回填工作，监测点周围回填保护料采用细沙或反滤料，采用小型震动机具或人工夯实，具体参照(砾石土心墙坝监测设施埋设及观测技术要求)执行；

(6)同时采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度；

(7)随着坝体填高1.5m，将安置有仪器的50cm钢管拆卸下来，然后连续进行(第4-6项)的操作,直至到高程2815m；

2、高程2790m，监测点ccdb-2的安装。

(1)确认直径φ40钢管顶部高程超出2815m高程1.0m左右，而75pe伸缩节维持在2815m高程，然后将50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40钢管取下。对已经回填，平整好的高程2815m测量点，进行精确定位，将2#号钢板(将40钢管穿过钢板)安坐在测量点，然后，用钢板上的挂勾，固定75pe伸缩节，以防止回填保护料进入保护管。

(2)将直径φ40钢管接高1.5m，再用1.5m长的直径φ50钢管接在钢板上的直径φ50钢管接头上。

(3)在钢管外先放置一根50cm长，直径90pe伸缩节，内置1.5米长，直径75pe保护管，搭接20cm,用4个m3*20螺丝钉4面相互固定，然后用水工布包扎两种pe管32交界处，防止回填料进入。

(4)然后将先前取下的50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40钢管，与1根50cm长的直径φ50钢管，进行套接；

(5)再在直径φ50钢管顶部，安装超宽带雷达测量仪及太阳能板。为避免测量时相互阻挡，直径φ50钢管上的超宽带雷达测量设备，通过支架安装在距离钢管中心40cm，上游45度的左岸方向位置；

(6)进行安装后测量值的采集，从1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至1次/周；

(7)确认两支仪器的初始值后，进行回填工作，监测点周围回填保护料采用细沙或反滤料，采用小型震动机具或人工夯实，具体参照(砾石土心墙坝监测设施埋设及观测技术要求)执行；

(8)同时采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度；

(9)随着坝体填高1.5m，将安置有仪器的50cm钢管拆卸下来，然后连续进行(第2-8项)的操作,直至到高程2830m。

3、高程2790m，监测点ccdb-3的安装

(1)确认直径φ40、50钢管的顶部高程超出2830m高程1.0m左右，而90pe伸缩节维持在2830m高程，然后将50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、50钢管取下。对已经回填，平整好的高程2830m测量点，进行精确定位，将3#号钢板(将40、50钢管穿过钢板)安坐在测量点，然后，用钢板上的挂勾，固定90pe伸缩节，以防止回填保护料进入保护管。

(2)将直径φ40、50钢管接高1.5m，再用1.5m长的直径φ65钢管接在钢板上的直径φ65钢管接头上。

(3)在钢管外先放置一根50cm长，直径110pe伸缩节，内置1.5米长，直径90pe保护管，搭接20cm,用4个m3*20螺丝钉4面相互固定，然后用水工布包扎两种pe管32交界处，防止回填料进入。

(4)然后将先前取下的50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、50钢管，与1根50cm长的直径φ65钢管，进行套接。

(5)再在直径φ65钢管顶部，安装超宽带雷达测量仪及太阳能板。为避免测量时相互阻挡，直径φ65钢管上的超宽带雷达测量设备，通过支架安装在距离钢管中心40cm，上游45度的右岸方向位置。

(6)进行安装后测量值的采集，从1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至1次/周。

(7)确认三支仪器的初始值后，进行回填工作，监测点周围回填保护料采用细沙或反滤料，采用小型震动机具或人工夯实，具体参照(砾石土心墙坝监测设施埋设及观测技术要求)执行。

(8)同时采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度。

(9)随着坝体填高1.5m，将安置有仪器的50cm钢管拆卸下来，然后连续进行(第2-8项)的操作,直至到高程2845m。

4、高程2790m，监测点ccdb-4的安装

(1)确认直径φ40、50、65钢管的顶部高程超出2845m高程1.0m左右，而110pe伸缩节维持在2845m高程，然后将50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、50、65钢管取下。对已经回填，平整好的高程2845m测量点，进行精确定位，将4#号钢板(将40、50、65钢管穿过钢板)安坐在测量点，然后，用钢板上的挂勾，固定110pe伸缩节，以防止回填保护料进入保护管。

(2)将直径φ40、50、65钢管接高1.5m，再用1.5m长的直径φ80钢管接在钢板上的直径φ80钢管接头上。

(3)在钢管外先放置一根50cm长，直径125pe伸缩节，内置1.5米长，直径110pe保护管，搭接20cm,用4个m3*20螺丝钉4面相互固定，然后用水工布包扎两种pe管32交界处，防止回填料进入。

(4)然后将先前取下的50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、50、65钢管，与1根50cm长的直径φ80钢管，进行套接。

(5)再在直径φ80钢管顶部，安装超宽带雷达测量仪及太阳能板。为避免测量时相互阻挡，直径φ80钢管上的超宽带雷达测量设备，通过支架安装在距离钢管中心40cm，下游45度的左岸方向位置。

(6)进行安装后测量值的采集，从1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至1次/周。

(7)确认四支仪器的初始值后，进行回填工作，监测点周围回填保护料采用细沙或反滤料，采用小型震动机具或人工夯实，具体参照(砾石土心墙坝监测设施埋设及观测技术要求)执行。

(8)同时采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度。

(9)随着坝体填高1.5m，将安置有仪器的50cm钢管拆卸下来，然后连续进行(第2-8项)的操作,直至到高程2865m。

5、高程2790m，监测点ccdb-5的安装。

(1)确认直径φ40、50、65、80钢管的顶部高程超出2865m高程1.0m左右，而125pe伸缩节维持在2865m高程，然后将50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、50、65、80钢管取下。对已经回填，平整好的高程2865m测量点，进行精确定位，将5#号钢板(将40、50、65、80钢管穿过钢板)安坐在测量点，然后，用钢板上的挂勾，固定125pe伸缩节，以防止回填保护料进入保护管；

(2)将直径φ40、直径φ50、直径φ65以及直径φ80的钢管各接高1.5m，再用1.5m长、直径φ100的钢管接在钢板上的直径φ100的钢管接头上；

(3)在直径φ100的钢管外先放置一根50cm长，直径140的pe伸缩节；在直径φ100的钢管内置一根1.5米长，直径125的pe保护管，搭接20cm,用4个m3*20螺丝钉4面相互固定，然后用水工布包扎两种pe管32交界处，防止回填料进入；

(4)然后将先前取下的50cm长，安装有超宽带雷达测量设备的直径φ40、直径φ50、直径φ65和直径φ80钢管，与1根50cm长的直径φ100钢管，进行套接；

(5)再在直径φ100钢管顶部，安装超宽带雷达测量仪及太阳能板。直径φ100钢管上的超宽带雷达测量设备，通过支架安装在距离钢管中心40cm，下游45度的右岸方向位置；

(6)进行安装后测量值的采集，从1次/5分钟，逐步调整为1次/小时，直至1次/周；

(7)确认五支仪器的初始值后，进行回填工作，监测点周围回填保护料采用细沙或反滤料，采用小型震动机具或人工夯实，具体参照(砾石土心墙坝监测设施埋设及观测技术要求)执行；

(8)同时采用激光校正仪器，调整钢管的垂直度；

(9)随着坝体填高1.5m，将安置有仪器的50cm钢管拆卸下来，然后连续进行(第2-8项)的操作,直至到高程2872m；

(10)在直径φ40钢管顶部安装1个固定棱镜。

其次，在大坝左、右岸坝肩边坡2925m高程马道坝轴线位置的稳定基岩处各布置1个超宽带雷达基准点，编号分别为cjdb-1、cjdb-2。左、右岸基准点分别布置在外部变形观测墩tpzbj05、tpybj06附近，基准点的稳定性通过左、右岸坝肩边坡外部变形观测墩进行校核。

具体步骤如下：

采用全站仪定位，在大坝左、右岸坝肩边坡高程2925坝肩坝轴线马道上，设计确定的位置，安装编号cjdb-1,cjdb-2的，安装超宽带雷达测量仪及太阳能板各一套的超宽带基准测量点(外部观测墩tpzbj05，tpybj06附近)。仪器安置在2m高，直径50mm的钢管支架上，采用电锤钻孔后，用膨胀螺栓将其固定在稳定的基岩上，同时与高程2790m的测量点进行测量校正。

最后，通过基准点定期对各超宽带雷达监测点进行观测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。