混凝土大坝活动裂纹缺陷电磁监测技术及应用招标公告

 

项目所在地区：云南省

一、招标条件

本招标项目混凝土大坝活动裂纹缺陷电磁监测技术及应用已获批准采购，采购资金来自招标人的自有资金和自筹资金。项目已具备招标条件，现对该项目进行公开招标。

二、项目概况与招标范围

2.1 项目概况

溪洛渡水电站地处青藏高原和云贵高原向四川盆地过度的斜坡地带，属川西南、滇东北山地中热带干热气候区，光热资源、日照充足，晴朗多风，无霜期长，昼夜温差大，冬春季干旱少雨雪，气候干燥，降雨多集中在盛夏季节，降水量一般集中在5～10月占全年降水量的88.4～83.7％；多年平均气温为19.7℃，极端最高气温41℃，极端最低气温0.3℃；多年平均降水量547.3mm，最大日降雨量为74.29mm；年平均风速2.9m/s，最大风速为30.3m/s。全年无霜期350天左右；多年平均相对湿度66％，最大日平均相对湿度为77%，最小值13%。

溪洛渡水电站是典型的“三高三大”水电站。“三高”即高坝（300m级）、高地震烈度（基本烈度Ⅷ度）、高速水流（接近50m/s）；“三大”即大流量（最大泄量约50000m³/s）、大地下厂房（顶拱跨度超30m）、大型机组（单机容量770MW）。溪洛渡双曲拱坝坝底高程324.5m，坝顶高程610m，坝高285.5m，是国内第三高拱坝。同时溪洛渡拱坝作为一种大体积混凝土结构，具有断面尺寸大，配筋少，材料脆性和大面积暴露在水和空气中的特点，其抗拉强度远小于抗压强度，容易形成活动裂纹，在“三高三大”的特殊环境下，大坝需承受的库水和地震作用可达千万吨级，这对坝体承载能力提出必要挑战的同时，也极易受到静、动拉应力等作用形成大坝活动裂纹，对大坝的结构安全稳定造成威胁。因此对混凝土大坝的活动裂纹进行监测具有重要的意义。混凝土作为一种特殊的由水泥和粗细骨料等构成的多相多孔基复合材料，其组成材料的弹性模量相差较大，材料性质表现出一定程度的各向异性，损伤破坏程度十分复杂。从本质上说，混凝土活动裂纹具备以下几个特性：（1）单向效应；（2）各向异性；（3）损伤的不可恢复性；（4）对于混凝土结构，损失会改变其固有频率；（5）包含脆性损伤和韧性损伤。然而，混凝土大坝由于需要承载大量的水电站库水，长时间处于受力状态，且蓄水侧难以监测，使得混凝土大坝的裂纹监测一直是无损检测中的难点问题。目前，针对混凝土监测及检测的方法主要有：

（1）探地雷达法。探地雷达法是一种通过天线发射电磁波，并接收来自地下介质界面反射波进而进行介质结构探测的电磁波方法。因其具有无损性、探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高等特点，在考古、矿产资源勘探、灾害地质勘查、岩土工程调查、工程质量检测、工程建筑结构调查等众多领域得到广泛地应用。目前，已有将探地雷法技术应用于工业、民用等建筑的钢筋混凝土质量检测中，但经过国内外的工程实践及试验研究表明，探地雷达法对于混凝土厚度及分层，混凝土内部目标体、厘米级裂缝的位置，还有单根钢筋和单层钢筋网的钢筋间距及埋深等具有较好的探测效果，但对于混凝土内间距较小、细微裂纹等情况，难以有效检测，更无法判断出缺陷性质。

（2）超声波法。超声波法是一种利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波的传播反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。1949年加拿大学者Leslie和Cheesman等人首次应用超声脉冲进行混凝土检测并获得成功。目前在混凝土检测中常用的声学参数包括声速、波幅、频率和波形等。然而，由于混凝土对超声的强吸收和各向异性等问题，且受限于钢筋混凝土的非匀质和孔隙等因素，使得高频超声波在混凝土结构中传播存在非常大的衰减，而低频超声波检测则会给缺陷探测带来诸多不确定性。因此，超声波检测法仅适用于小部分混凝土结构检测，而对于混凝土中的微小缺陷检测则无能为力。

（3）红外检测法。红外检测法是一种通过测量物体的热量和热流来对物体质量进行鉴定的无损检测方法，当物体存在裂缝和缺陷时，将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别，通过热像图观测获取物体的缺陷位置。红外检测法的应用研究最早起源于上世纪60年代，主要应用于金属、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶等的检测。国外Levar等通过红外热像仪来检测钢筋混凝土梁与墙体的结合面接触的情况。在国内同济大学的张雄等人率先采用红外热像仪对火灾后的钢筋混凝土进行检测与评估。红外成像技术具有快速、大面积扫测、直观、易分析等优点，但是目前在实际工程检测中，红外检测技术评判混凝土构件质量仍主要停留在定性评定上，也无法检测活动缺陷。

（4）声发射法。声发射法是一种通过检测材料弹性或塑性变形过程中释放的能量来对材料结构进行探测的无损检测技术。声发射技术最早起始于20世纪30年代，首先被应用于航空航天和工程地质等领域。常用的声发射参数包括：撞击（波形）技术、振铃计数、能量、幅度、峰值、频率、持续时间、上升时间和门槛等。然而，声发射技术探测的是极其微弱的能量信号，因此对于声传播路径有着极其严格的要求，而混凝土大坝作为水库的重要承载体，具有复杂的声学传播路径，难以应用声发射法对其活动缺陷进行有效检测。

综上所述，目前针对混凝土结构的测量与评定已有一定的研究方法，但是针对混凝土大坝这类需要同时承受库水和地震带压力作用的复杂传播路径的结构体，以及大坝活动裂纹这类微小且动态发展的特殊损伤结构，其高精度监测识别方法还有待进一步深入研究。

近年来，有相关文献在研究不同地区地质成分差异和性质时提出岩石和混凝土在外力作用下开裂的瞬间存在微弱的电磁信号发射现象，并在地震监测、野外爆破试验和实验室实验中，都成功记录了大量的电磁辐射信号。也有研究团队针对岩石和混凝土开裂电磁辐射现象，开展了相关的实验仿真和物理实验研究，在煤层灾害预警、地震预报和混凝土结构在线监测等方面做出了显著的效果，具有一定的理论指导意义。利用常规方法难以监测混凝土大坝活动裂纹，但是近年来的研究表明混凝土活动裂纹存在电磁信号发射现象，通过研究含缺陷混凝土结构开裂与电磁信号发射的基本原理，建立活动裂纹开裂程度与电磁信号的对应关系，可实现新型混凝土大坝活动裂纹的监测。

本项目以混凝土活动裂纹电磁信号发射为基本理论，将溪洛渡水电站作为现场实验地点，主要针对大型混凝土结构活动裂纹监测困难，常规监测局限性大，人工识别效率低等问题，综合开展混凝土大坝活动裂纹缺陷电磁监测技术研究及应用，旨在建立含缺陷混凝土大坝活动裂纹电磁信号辐射规律和环境噪声传播模型，突破含缺陷混凝土大坝活动裂纹开裂力-电磁效应等关键核心技术，提出混凝土大坝活动裂纹缺陷识别方法，研发混凝土大坝活动裂纹电磁监测样机并开展现场实验测试，解决现有混凝土大坝活动裂纹难以监测的问题，为大坝的结构安全和稳定运行提供有力的理论与技术支撑。

2.2 招标范围

本项目针对目前混凝土大坝活动裂纹难以监测的问题，以混凝土活动裂纹电磁辐射为基本理论支撑，重点开展混凝土大坝活动裂纹缺陷电磁监测技术研究，旨在建立含缺陷混凝土大坝活动裂纹电磁信号辐射规律和环境噪声传播模型，突破含缺陷混凝土大坝活动裂纹开裂力-电磁效应等关键核心技术，开展混凝土大坝活动裂纹电磁监测样机研发和现场实验，为大坝的结构安全和稳定运行提供有力的理论与技术支撑。

主要研究内容如下：

（1）含缺陷混凝土大坝电磁特性及背景噪声研究。开展混凝土大坝内部骨料的介电常数、电导率和磁导率等电磁特性参数与混凝土大坝所受应力及应变的对应关系研究，建立含缺陷混凝土大坝电磁参数数值计算模型；研究活动裂纹电磁辐射信号在混凝土大坝内部的传播规律与大坝结构参数对应关系，建立基于实际混凝土大坝结构参数的电磁辐射信号传播模型；研究混凝土大坝外部电磁背景噪声和活动裂纹电磁信号空间辐射规律，结合现场环境实测电磁噪声时频分析方法和电磁信号理论衰减规律，建立混凝土大坝电磁噪声空间传播模型及抑制方法。

（2）含缺陷混凝土材料裂纹开裂力-电磁效应研究。研究混凝土活动裂纹的形成机理、开裂程度和开裂方式，建立不同裂纹开裂瞬态的应力与裂纹宽度、深度、走向等外部特征的对应关系，研究混凝土活动裂纹关键外部特征变化时材料内部的电磁效应，建立裂纹扩展瞬态的力-电磁模型；研究含缺陷混凝土材料断裂发生全过程的应力变化和电磁参数变化规律，建立基于应力和电磁特性的混凝土材料断裂全过程模型，并借助电磁信号定量分析参数，构建混凝土材料断裂的综合判定准则；研究均匀性不一致、材料配比不同时混凝土大坝活动裂纹电磁信号特征变化机理，分析断裂过程判定准则的可靠性和适用性。

（3）混凝土大坝活动裂纹电磁监测样机研发及应用。开展混凝土大坝活动裂纹电磁监测仿真实验，研究混凝土活动裂纹电磁辐射基本原理与信号噪声抑制策略；在实验室环境下搭建混凝土大坝活动裂纹电磁辐射信号监测电路，基于弱磁信号测量理论和信号处理方法，抑制环境噪声等外界信号干扰，研究微弱信号识别和放大方法，提取辐射信号幅值、相位、频率等关键特征，结合混凝土大坝活动裂纹外部特征，研发混凝土大坝活动裂纹的电磁监测模块，开展混凝土大坝活动裂纹在线监测样机的现场实验，检验混凝土大坝活动裂纹电磁监测样机的监测性能。

（4）依托项目成果发表核心期刊或三大检索论文3篇、申报发明专利4项（获得受理通知书为准），委托人为第一作者。

2.3 服务期限

项目计划工期：2023年1月5日～2024年6月30日，具体开始时间以委托人通知为准。

三、投标人资格要求

3.1 投标人资格条件

投标人应同时满足以下资格要求：
1.资格要求：具有独立法人资格；
2.业绩要求：近5年（2017年1月1日至投标截止时间止，以合同签订或国家相关部门出具的任务委托书的时间为准）承担过水工建筑物或金属结构缺陷研究相关课题；
3.人员要求：项目负责人具有博士学位或副高级及以上职称（须提供证明材料）；

3.2 本次招标不接受联合体投标。

3.3 投标人不能作为其他投标人的分包人同时参加投标。单位负责人为同一人或者存在控股、管理关系的不同单位，不得参加同一标段投标或者未划分标段的同一招标项目投标。

四、招标文件的获取

4.1 招标文件发售时间为2022年12月6日08时30分到2022年12月13日17时30分（北京时间，下同）。

4.2 招标文件仅提供电子版，售价人民币500元，售后不退。

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