銅街子大壩廊道真空激光變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)施改造

馮 俊

（國(guó)電大渡河公司庫(kù)壩管理中心，四川 樂(lè)山 614900）

1 工程概況

銅街子水電站為河床式，混合壩型，壩頂總長(zhǎng)1 084.59m，最大壩高82m。 大壩由左岸鋼筋混凝土面板堆石壩、主河床混凝土重力壩、右岸鋼筋混凝土心墻堆石壩段等壩型組成。 大壩地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸覆蓋有大片碎石土，接近基巖面存在一滑動(dòng)面，其內(nèi)摩擦角僅9°，在自然狀態(tài)下能保持穩(wěn)定。右岸岸坡由破碎軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的沙灣組砂質(zhì)黏土巖組成，并受斷層切割。 河床存在兩條深切河槽， 槽內(nèi)充填物至上而下為漂卵石夾砂層、 粉細(xì)砂層、卵塊石層、卵石夾砂層；壩基巖體透水性無(wú)隨深度遞減的規(guī)律，存在承壓水，形成復(fù)雜的透水與隔水交織、徑流與儲(chǔ)存并存、潛水與承壓水交替的活躍網(wǎng)絡(luò)。

銅街子大壩于2003年9月首次建設(shè)廊道真空激光變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱：激光系統(tǒng)），準(zhǔn)直線布置在壩0+002.75m 軸線上，長(zhǎng)度352.50m，激光中心線高程為424.15m，測(cè)點(diǎn)數(shù)15 個(gè)，發(fā)射端位于4# 壩段，接收端位于20# 壩段。 激光系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)施主要由真空管道（包括測(cè)點(diǎn)箱、波紋管、平晶段）、抽真空設(shè)備、發(fā)射端和接收端設(shè)備三大部分組成。

2 原系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改造的必要性

銅街子廊道激光系統(tǒng)屬于廊道引張線的改造項(xiàng)目，于2003年9月開(kāi)始施工，2003年12月底建成投入使用，2005年底納入自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 2007年11月，因發(fā)射端倒懸式雙標(biāo)卡阻，發(fā)射端無(wú)垂直位移端點(diǎn)改正，將激光系統(tǒng)延長(zhǎng)5.76m，并在4＃ 壩段重新鉆設(shè)倒垂雙標(biāo)孔，并將倒垂雙標(biāo)作為發(fā)射端端點(diǎn)改正。

2.1 系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

2.1.1 真空管道內(nèi)設(shè)施故障

激光系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)箱波帶板起落設(shè)施運(yùn)行多年，部分測(cè)點(diǎn)箱波帶板卡阻，波帶板在正常觀測(cè)時(shí)無(wú)法正常起落，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失，不能滿足正常運(yùn)行管理及監(jiān)測(cè)要求。 另外，管道內(nèi)視頻線路故障，造成激光管更換或是調(diào)整時(shí)，無(wú)法進(jìn)行監(jiān)視，造成激光光斑不對(duì)中，影響觀測(cè)精度。

2.1.2 真空泵冷卻水問(wèn)題

真空泵冷卻水采用循環(huán)水箱，用潛水泵從循環(huán)水箱內(nèi)抽水進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)水箱生銹，造成冷卻水質(zhì)差，影響真空泵使用壽命。

2.1.3 基準(zhǔn)點(diǎn)改正問(wèn)題

西雙說(shuō)的確是這樣。什么叫夫妻？患難與共才叫夫妻，對(duì)不對(duì)？現(xiàn)在我借給她們?nèi)f(wàn)塊錢(qián)，這三萬(wàn)塊錢(qián)，她們必須得還。假如我們復(fù)了婚，這三萬(wàn)塊錢(qián)，就變成共同財(cái)產(chǎn)，擁有者變成我和她，當(dāng)然就不必還了。你聽(tīng)說(shuō)過(guò)哪位妻子還他丈夫的錢(qián)嗎？更何況還是給她治病的錢(qián)。

接收端和發(fā)射端倒垂線自動(dòng)觀測(cè)儀采用步進(jìn)電機(jī)式遙測(cè)垂線儀，發(fā)光二極管極易損壞，且更換不便；雙標(biāo)自動(dòng)觀測(cè)采用步進(jìn)電機(jī)式遙測(cè)雙標(biāo)儀，該觀測(cè)設(shè)施使用多年，較為陳舊，觀測(cè)精度差。

2.2 系統(tǒng)改造的必要性

從以上系統(tǒng)存在的問(wèn)題來(lái)看，觀測(cè)設(shè)施存在著一些較為明顯的缺陷，造成一些觀測(cè)精度低甚至無(wú)法觀測(cè)的情況，達(dá)不到連續(xù)觀測(cè)的要求，不能實(shí)時(shí)反映大壩運(yùn)行工況等問(wèn)題。 隨著大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)、真空激光變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)重要性認(rèn)識(shí)的不斷提高，有必要對(duì)廊道真空激光系統(tǒng)進(jìn)行改造，以保證大壩長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工程效益的最大化。

3 系統(tǒng)改造的原則及內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)改造的基本原則

設(shè)備選型上首先考慮成熟產(chǎn)品。

改造所需的儀器設(shè)備、材料（含零配件）必須是合格的國(guó)標(biāo)產(chǎn)品，必須滿足各項(xiàng)技術(shù)要求，且性能穩(wěn)定可靠，測(cè)值精度滿足DL/T5178—2003 混凝土安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范的有關(guān)要求。

改造更換后的設(shè)備布置、布線必須規(guī)范，進(jìn)出線必須標(biāo)示清楚。

所交竣工圖紙、 報(bào)告等資料必須與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物完全吻合。

3.2 系統(tǒng)改造的內(nèi)容

廊道激光系統(tǒng)改造的主要內(nèi)容包括：密封點(diǎn)光源更換及外露真空管道和觀測(cè)平臺(tái)除銹刷漆， 測(cè)點(diǎn)控制單元及測(cè)點(diǎn)控制總線檢修更換，圖像采集單元及控制器檢修更換，密封段、激光坐標(biāo)儀及保護(hù)罩更換， 增加人工測(cè)點(diǎn)控制器及接收幕監(jiān)視用攝像機(jī)，采集工作站更換，增設(shè)觀測(cè)機(jī)柜，更換UPS 和穩(wěn)壓電源，抽真空系統(tǒng)改造，垂線雙標(biāo)自動(dòng)觀測(cè)儀器更換等。

3.2.1 真空管道內(nèi)設(shè)施改造

真空管道內(nèi)主要進(jìn)行了步進(jìn)電機(jī)和控制回路改造。

測(cè)點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)全部更換，并進(jìn)行了配重塊改進(jìn)。 配重塊更改成偏心重錘，選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制波帶板支架，波帶板落下，斷電后在偏心重錘的作用下，波帶板直接抬起。 改善了原重垂在出現(xiàn)故障時(shí)，波帶板可能停留在任何位置，影響其他測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的情況。 更換為偏心重錘后，斷電波帶板抬起，不影響其他測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。

控制回路改造時(shí)，將視頻線與通訊線合并，電源線、通訊線接入測(cè)控制器，視頻線和發(fā)射端直接連接到接收端。

3.2.2 接收端設(shè)施改造

更換CCD 攝像頭，加裝模擬攝像頭（調(diào)理激光點(diǎn)光源時(shí)專用），更換激光真空泵控制屏、校準(zhǔn)幕，更換了密封段、激光坐標(biāo)儀及保護(hù)罩，增加人工選點(diǎn)控制器。

加裝校準(zhǔn)幕后，自動(dòng)觀測(cè)時(shí)接收光斑，自動(dòng)找準(zhǔn)坐標(biāo)，提高自動(dòng)觀測(cè)的精度。 人工觀測(cè)時(shí)將校準(zhǔn)幕打開(kāi)，不影響人工觀測(cè)。

真空泵控制屏更換時(shí)將真空泵手動(dòng)和自動(dòng)按鈕合并，優(yōu)先啟動(dòng)手動(dòng)，遠(yuǎn)控延時(shí)10 秒啟動(dòng)。

增加人工選點(diǎn)控制器后，人工觀測(cè)時(shí)可以使用軟件選擇測(cè)點(diǎn)，也可以使用人工選點(diǎn)控制器選擇，特別是軟件故障后不影響人工觀測(cè)，確保了觀測(cè)資料的連續(xù)性。

3.2.3 發(fā)射端設(shè)施改造

發(fā)射端主要是更換了激光點(diǎn)光源，觀測(cè)平臺(tái)處理。

3.2.4 端點(diǎn)改正系統(tǒng)改造

端點(diǎn)改正系統(tǒng)主要進(jìn)行了自動(dòng)觀測(cè)垂線儀和雙標(biāo)儀更換，自動(dòng)觀測(cè)垂線儀更換為CCD 自動(dòng)垂線觀測(cè)儀，自動(dòng)觀測(cè)雙標(biāo)儀更換為磁致式位移伸縮傳感器。 更換后，儀器維護(hù)量大為減小，觀測(cè)資料的連續(xù)性也大大提高。

3.2.5 真空泵冷卻水改造

真空泵冷卻水改造主要是拆除了循環(huán)儲(chǔ)水箱，在循環(huán)管路上安裝管道泵，通過(guò)管道-真空泵-水箱（安裝浮子、接點(diǎn)）進(jìn)行循環(huán)。 水箱采用不銹材料制作，避免了儲(chǔ)水箱生銹污染循環(huán)，損壞潛水泵和真空泵。

4 系統(tǒng)改造應(yīng)用效果

4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性

廊道激光系統(tǒng)改造完成后，設(shè)施健康水平大為提高。 特別是垂線、 雙標(biāo)自動(dòng)觀測(cè)儀器， 改造后儀器穩(wěn)定可靠程度大大提高，運(yùn)行至今，觀測(cè)設(shè)施一直處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，改善了經(jīng)常更換發(fā)光二級(jí)管的局面。

4.2 系統(tǒng)測(cè)量成果

改造完成后，已運(yùn)行一段時(shí)間，對(duì)這段時(shí)間的資料和前期資料進(jìn)行對(duì)比分析，激光位移變化規(guī)律和前期一致（見(jiàn)下圖），認(rèn)為改造已達(dá)到了預(yù)期效果。

圖1 廊道激光水平位移過(guò)程線

圖2 廊道激光垂直位移過(guò)程線

5 結(jié)語(yǔ)

銅街子廊道激光系統(tǒng)改造完成后， 廊道激光系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性大大提高。 經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐證明，各項(xiàng)觀測(cè)成果均滿足可靠性穩(wěn)定性要求，各測(cè)點(diǎn)位移測(cè)值的觀測(cè)精度較好，測(cè)值能準(zhǔn)確反映大壩變形的實(shí)際情況。

[1]庫(kù)壩中心庫(kù)壩信息管理班.銅街子水電站2011年安全監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào).

[2]中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)院.銅街子大壩423 廊道激光改造工程竣工報(bào)告.