銅街子大壩廊道真空激光變形監測系統設施改造

馮 俊

（國電大渡河公司庫壩管理中心，四川 樂山 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。 大壩地質條件復雜，左岸覆蓋有大片碎石土，接近基巖面存在一滑動面，其內摩擦角僅9°，在自然狀態下能保持穩定。右岸岸坡由破碎軟弱風化嚴重的沙灣組砂質黏土巖組成，并受斷層切割。 河床存在兩條深切河槽， 槽內充填物至上而下為漂卵石夾砂層、 粉細砂層、卵塊石層、卵石夾砂層；壩基巖體透水性無隨深度遞減的規律，存在承壓水，形成復雜的透水與隔水交織、徑流與儲存并存、潛水與承壓水交替的活躍網絡。

銅街子大壩于2003年9月首次建設廊道真空激光變形監測系統（以下簡稱：激光系統），準直線布置在壩0+002.75m 軸線上，長度352.50m，激光中心線高程為424.15m，測點數15 個，發射端位于4# 壩段，接收端位于20# 壩段。 激光系統監測設施主要由真空管道（包括測點箱、波紋管、平晶段）、抽真空設備、發射端和接收端設備三大部分組成。

2 原系統存在的問題及改造的必要性

銅街子廊道激光系統屬于廊道引張線的改造項目，于2003年9月開始施工，2003年12月底建成投入使用，2005年底納入自動遠程監控系統。 2007年11月，因發射端倒懸式雙標卡阻，發射端無垂直位移端點改正，將激光系統延長5.76m，并在4＃ 壩段重新鉆設倒垂雙標孔，并將倒垂雙標作為發射端端點改正。

2.1 系統存在的主要問題

2.1.1 真空管道內設施故障

激光系統測點箱波帶板起落設施運行多年，部分測點箱波帶板卡阻，波帶板在正常觀測時無法正常起落，導致觀測數據缺失，不能滿足正常運行管理及監測要求。 另外，管道內視頻線路故障，造成激光管更換或是調整時，無法進行監視，造成激光光斑不對中，影響觀測精度。

2.1.2 真空泵冷卻水問題

真空泵冷卻水采用循環水箱，用潛水泵從循環水箱內抽水進行循環，循環水箱生銹，造成冷卻水質差，影響真空泵使用壽命。

2.1.3 基準點改正問題

西雙說的確是這樣。什么叫夫妻？患難與共才叫夫妻，對不對？現在我借給她們三萬塊錢，這三萬塊錢，她們必須得還。假如我們復了婚，這三萬塊錢，就變成共同財產，擁有者變成我和她，當然就不必還了。你聽說過哪位妻子還他丈夫的錢嗎？更何況還是給她治病的錢。

接收端和發射端倒垂線自動觀測儀采用步進電機式遙測垂線儀，發光二極管極易損壞，且更換不便；雙標自動觀測采用步進電機式遙測雙標儀，該觀測設施使用多年，較為陳舊，觀測精度差。

2.2 系統改造的必要性

從以上系統存在的問題來看，觀測設施存在著一些較為明顯的缺陷，造成一些觀測精度低甚至無法觀測的情況，達不到連續觀測的要求，不能實時反映大壩運行工況等問題。 隨著大壩安全監測技術、真空激光變形監測技術的進步，對大壩安全監測重要性認識的不斷提高，有必要對廊道真空激光系統進行改造，以保證大壩長期、穩定、安全地運行，實現工程效益的最大化。

3 系統改造的原則及內容

3.1 系統改造的基本原則

設備選型上首先考慮成熟產品。

改造所需的儀器設備、材料（含零配件）必須是合格的國標產品，必須滿足各項技術要求，且性能穩定可靠，測值精度滿足DL/T5178—2003 混凝土安全監測技術規范的有關要求。

改造更換后的設備布置、布線必須規范，進出線必須標示清楚。

所交竣工圖紙、 報告等資料必須與工程現場實物完全吻合。

3.2 系統改造的內容

廊道激光系統改造的主要內容包括：密封點光源更換及外露真空管道和觀測平臺除銹刷漆， 測點控制單元及測點控制總線檢修更換，圖像采集單元及控制器檢修更換，密封段、激光坐標儀及保護罩更換， 增加人工測點控制器及接收幕監視用攝像機，采集工作站更換，增設觀測機柜，更換UPS 和穩壓電源，抽真空系統改造，垂線雙標自動觀測儀器更換等。

3.2.1 真空管道內設施改造

真空管道內主要進行了步進電機和控制回路改造。

測點步進電機全部更換，并進行了配重塊改進。 配重塊更改成偏心重錘，選擇測點時，步進電機運轉控制波帶板支架，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故障時，波帶板可能停留在任何位置，影響其他測點觀測的情況。 更換為偏心重錘后，斷電波帶板抬起，不影響其他測點觀測。

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

3.2.2 接收端設施改造

更換CCD 攝像頭，加裝模擬攝像頭（調理激光點光源時專用），更換激光真空泵控制屏、校準幕，更換了密封段、激光坐標儀及保護罩，增加人工選點控制器。

加裝校準幕后，自動觀測時接收光斑，自動找準坐標，提高自動觀測的精度。 人工觀測時將校準幕打開，不影響人工觀測。

真空泵控制屏更換時將真空泵手動和自動按鈕合并，優先啟動手動，遠控延時10 秒啟動。

增加人工選點控制器后，人工觀測時可以使用軟件選擇測點，也可以使用人工選點控制器選擇，特別是軟件故障后不影響人工觀測，確保了觀測資料的連續性。

3.2.3 發射端設施改造

發射端主要是更換了激光點光源，觀測平臺處理。

3.2.4 端點改正系統改造

端點改正系統主要進行了自動觀測垂線儀和雙標儀更換，自動觀測垂線儀更換為CCD 自動垂線觀測儀，自動觀測雙標儀更換為磁致式位移伸縮傳感器。 更換后，儀器維護量大為減小，觀測資料的連續性也大大提高。

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儲水箱，在循環管路上安裝管道泵，通過管道-真空泵-水箱（安裝浮子、接點）進行循環。 水箱采用不銹材料制作，避免了儲水箱生銹污染循環，損壞潛水泵和真空泵。

4 系統改造應用效果

4.1 系統穩定性

廊道激光系統改造完成后，設施健康水平大為提高。 特別是垂線、 雙標自動觀測儀器， 改造后儀器穩定可靠程度大大提高，運行至今，觀測設施一直處于穩定工作狀態，改善了經常更換發光二級管的局面。

4.2 系統測量成果

改造完成后，已運行一段時間，對這段時間的資料和前期資料進行對比分析，激光位移變化規律和前期一致（見下圖），認為改造已達到了預期效果。

圖1 廊道激光水平位移過程線

圖2 廊道激光垂直位移過程線

5 結語

銅街子廊道激光系統改造完成后， 廊道激光系統穩定性、可靠性大大提高。 經過運行實踐證明，各項觀測成果均滿足可靠性穩定性要求，各測點位移測值的觀測精度較好，測值能準確反映大壩變形的實際情況。

[1]庫壩中心庫壩信息管理班.銅街子水電站2011年安全監測簡報.

[2]中水東北勘測設計院.銅街子大壩423 廊道激光改造工程竣工報告.