铜街子大坝廊道真空激光变形监测系统设施改造

冯 俊

（国电大渡河公司库坝管理中心，四川 乐山 614900）

1 工程概况

铜街子水电站为河床式，混合坝型，坝顶总长1 084.59m，最大坝高82m。 大坝由左岸钢筋混凝土面板堆石坝、主河床混凝土重力坝、右岸钢筋混凝土心墙堆石坝段等坝型组成。 大坝地质条件复杂，左岸覆盖有大片碎石土，接近基岩面存在一滑动面，其内摩擦角仅9°，在自然状态下能保持稳定。右岸岸坡由破碎软弱风化严重的沙湾组砂质黏土岩组成，并受断层切割。 河床存在两条深切河槽， 槽内充填物至上而下为漂卵石夹砂层、 粉细砂层、卵块石层、卵石夹砂层；坝基岩体透水性无随深度递减的规律，存在承压水，形成复杂的透水与隔水交织、径流与储存并存、潜水与承压水交替的活跃网络。

铜街子大坝于2003年9月首次建设廊道真空激光变形监测系统（以下简称：激光系统），准直线布置在坝0+002.75m 轴线上，长度352.50m，激光中心线高程为424.15m，测点数15 个，发射端位于4# 坝段，接收端位于20# 坝段。 激光系统监测设施主要由真空管道（包括测点箱、波纹管、平晶段）、抽真空设备、发射端和接收端设备三大部分组成。

2 原系统存在的问题及改造的必要性

铜街子廊道激光系统属于廊道引张线的改造项目，于2003年9月开始施工，2003年12月底建成投入使用，2005年底纳入自动远程监控系统。 2007年11月，因发射端倒悬式双标卡阻，发射端无垂直位移端点改正，将激光系统延长5.76m，并在4＃ 坝段重新钻设倒垂双标孔，并将倒垂双标作为发射端端点改正。

2.1 系统存在的主要问题

2.1.1 真空管道内设施故障

激光系统测点箱波带板起落设施运行多年，部分测点箱波带板卡阻，波带板在正常观测时无法正常起落，导致观测数据缺失，不能满足正常运行管理及监测要求。 另外，管道内视频线路故障，造成激光管更换或是调整时，无法进行监视，造成激光光斑不对中，影响观测精度。

2.1.2 真空泵冷却水问题

真空泵冷却水采用循环水箱，用潜水泵从循环水箱内抽水进行循环，循环水箱生锈，造成冷却水质差，影响真空泵使用寿命。

2.1.3 基准点改正问题

西双说的确是这样。什么叫夫妻？患难与共才叫夫妻，对不对？现在我借给她们三万块钱，这三万块钱，她们必须得还。假如我们复了婚，这三万块钱，就变成共同财产，拥有者变成我和她，当然就不必还了。你听说过哪位妻子还他丈夫的钱吗？更何况还是给她治病的钱。

接收端和发射端倒垂线自动观测仪采用步进电机式遥测垂线仪，发光二极管极易损坏，且更换不便；双标自动观测采用步进电机式遥测双标仪，该观测设施使用多年，较为陈旧，观测精度差。

2.2 系统改造的必要性

从以上系统存在的问题来看，观测设施存在着一些较为明显的缺陷，造成一些观测精度低甚至无法观测的情况，达不到连续观测的要求，不能实时反映大坝运行工况等问题。 随着大坝安全监测技术、真空激光变形监测技术的进步，对大坝安全监测重要性认识的不断提高，有必要对廊道真空激光系统进行改造，以保证大坝长期、稳定、安全地运行，实现工程效益的最大化。

3 系统改造的原则及内容

3.1 系统改造的基本原则

设备选型上首先考虑成熟产品。

改造所需的仪器设备、材料（含零配件）必须是合格的国标产品，必须满足各项技术要求，且性能稳定可靠，测值精度满足DL/T5178—2003 混凝土安全监测技术规范的有关要求。

改造更换后的设备布置、布线必须规范，进出线必须标示清楚。

所交竣工图纸、 报告等资料必须与工程现场实物完全吻合。

3.2 系统改造的内容

廊道激光系统改造的主要内容包括：密封点光源更换及外露真空管道和观测平台除锈刷漆， 测点控制单元及测点控制总线检修更换，图像采集单元及控制器检修更换，密封段、激光坐标仪及保护罩更换， 增加人工测点控制器及接收幕监视用摄像机，采集工作站更换，增设观测机柜，更换UPS 和稳压电源，抽真空系统改造，垂线双标自动观测仪器更换等。

3.2.1 真空管道内设施改造

真空管道内主要进行了步进电机和控制回路改造。

测点步进电机全部更换，并进行了配重块改进。 配重块更改成偏心重锤，选择测点时，步进电机运转控制波带板支架，波带板落下，断电后在偏心重锤的作用下，波带板直接抬起。 改善了原重垂在出现故障时，波带板可能停留在任何位置，影响其他测点观测的情况。 更换为偏心重锤后，断电波带板抬起，不影响其他测点观测。

控制回路改造时，将视频线与通讯线合并，电源线、通讯线接入测控制器，视频线和发射端直接连接到接收端。

3.2.2 接收端设施改造

更换CCD 摄像头，加装模拟摄像头（调理激光点光源时专用），更换激光真空泵控制屏、校准幕，更换了密封段、激光坐标仪及保护罩，增加人工选点控制器。

加装校准幕后，自动观测时接收光斑，自动找准坐标，提高自动观测的精度。 人工观测时将校准幕打开，不影响人工观测。

真空泵控制屏更换时将真空泵手动和自动按钮合并，优先启动手动，远控延时10 秒启动。

增加人工选点控制器后，人工观测时可以使用软件选择测点，也可以使用人工选点控制器选择，特别是软件故障后不影响人工观测，确保了观测资料的连续性。

3.2.3 发射端设施改造

发射端主要是更换了激光点光源，观测平台处理。

3.2.4 端点改正系统改造

端点改正系统主要进行了自动观测垂线仪和双标仪更换，自动观测垂线仪更换为CCD 自动垂线观测仪，自动观测双标仪更换为磁致式位移伸缩传感器。 更换后，仪器维护量大为减小，观测资料的连续性也大大提高。

3.2.5 真空泵冷却水改造

真空泵冷却水改造主要是拆除了循环储水箱，在循环管路上安装管道泵，通过管道-真空泵-水箱（安装浮子、接点）进行循环。 水箱采用不锈材料制作，避免了储水箱生锈污染循环，损坏潜水泵和真空泵。

4 系统改造应用效果

4.1 系统稳定性

廊道激光系统改造完成后，设施健康水平大为提高。 特别是垂线、 双标自动观测仪器， 改造后仪器稳定可靠程度大大提高，运行至今，观测设施一直处于稳定工作状态，改善了经常更换发光二级管的局面。

4.2 系统测量成果

改造完成后，已运行一段时间，对这段时间的资料和前期资料进行对比分析，激光位移变化规律和前期一致（见下图），认为改造已达到了预期效果。

图1 廊道激光水平位移过程线

图2 廊道激光垂直位移过程线

5 结语

铜街子廊道激光系统改造完成后， 廊道激光系统稳定性、可靠性大大提高。 经过运行实践证明，各项观测成果均满足可靠性稳定性要求，各测点位移测值的观测精度较好，测值能准确反映大坝变形的实际情况。

[1]库坝中心库坝信息管理班.铜街子水电站2011年安全监测简报.

[2]中水东北勘测设计院.铜街子大坝423 廊道激光改造工程竣工报告.