農(nóng)普裕

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘大壩真空激光準直系統(tǒng)工作基點改造方案設(shè)計

農(nóng)普裕

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電站大壩壩軸線采用折線形,共布設(shè)兩套激光準直系統(tǒng)。因建設(shè)期種種原因,系統(tǒng)未能按相關(guān)規(guī)范要求設(shè)置工作基點,監(jiān)測成果并不理想,未能充分發(fā)揮激光準直系統(tǒng)高精度的優(yōu)越性。為此,提出在廊道內(nèi)19號和20號、20號和21號壩段之間的橫縫處各安裝一支雙向測縫計,將19號壩段的垂線坐標數(shù)據(jù)引至21號壩段；靜力水準從32號壩段引向21號壩段、11號壩段引向5號壩段的改造、校核方案。建議與兩套真空激光準直系統(tǒng)主體更換改造項目一起實施,從而提高費用效益比。

激光準直系統(tǒng)；工作基點；方案設(shè)計；龍灘水電站

1 系統(tǒng)簡介

龍灘水電站大壩壩軸線為折線型,以拐彎壩段即21號壩段為轉(zhuǎn)折點,左側(cè)為地下引水發(fā)電系統(tǒng)進水口壩段,右側(cè)為河床壩段(包括擋水、泄洪和通航壩段)；大壩最大壩高192 m,壩頂高程382.00 m,正常蓄水位高程375.00 m；在379.20 m高程觀測廊道內(nèi)布置2套真空激光準直系統(tǒng)(見圖1),兩套系統(tǒng)端點位于32號、21號和5號壩段,測線長度分別為265 m和342 m,每個壩段設(shè)置一個測點,監(jiān)測壩頂水平位移和垂直位移(沉降)。

龍灘大壩垂直位移的監(jiān)測手段主要是靜力水準系統(tǒng),于高程342、270 m和230 m的3個廊道布置靜力水準設(shè)備共計43套。因此,激光準直系統(tǒng)在設(shè)計之初主要是考慮用于監(jiān)測壩頂?shù)乃轿灰?壩頂垂直位移的監(jiān)測僅是次要功能。

目前,靜力水準系統(tǒng)已完成自動化更新改造。真空激光準直系統(tǒng)從龍灘工程建設(shè)期間建成投入使用至今已近10年,兩套系統(tǒng)主要設(shè)備已經(jīng)老化,無法正常工作,近期在進行自動化更新改造,但更新改造主體方案未包括對系統(tǒng)工作基點的改造。本方案設(shè)計擬對激光準直系統(tǒng)原有的水平、垂直位移工作基點進行補充和完善,以提高系統(tǒng)測值的準確度。

圖1 真空激光準直系統(tǒng)俯視示意

2 系統(tǒng)工作原理

波帶板激光準直系統(tǒng)是用激光干涉原理建立基準線,在基準線兩端點上分別安置激光器點光源和光電探測器,在觀測點上安置波帶板,根據(jù)激光的特點和光波干涉原理,通過波帶板的激光束在光電探測器上成像為亮點或十字線,可測出該亮點相對于基準線的偏離值,從而計算出測點對于基準線的偏離值(見圖2)。

圖2 系統(tǒng)原理示意

圖2中,假設(shè)發(fā)射端B相對于工作基點位移了ΔB到B′點,接收端A相對于工作基點位移了ΔA到A′點,如測點C位移到C′點,則從B′發(fā)出的激光經(jīng)過波帶板C′后,在光電探測器上得到A″光斑,可測得偏離值d,則測點C的絕對位移值

Xc=ΔB+[(ΔA-ΔB)+d]×Lc/L

(1)

相對位移值

d′=d×Lc/L

(2)

設(shè)置工作基點即是為了測得ΔA、ΔB值。

3 系統(tǒng)改造方案的依據(jù)和選擇

3.1 系統(tǒng)改造的必要性

在水平位移監(jiān)測方面,因大壩施工時取消了21號壩段上部的垂線,致使兩套激光準直系統(tǒng)在該壩段的端點無工作基點可資校核；在垂直位移監(jiān)測方面,左岸激光準直系統(tǒng)僅一個端點(32號壩段)有雙金屬標作為工作基點,另一端(21號壩段)無工作基點,右岸激光準直系統(tǒng)只有一個工作基點(也是雙金屬標)且設(shè)在系統(tǒng)中部(11號壩段,共5條雙金屬標,沉降修正數(shù)值從壩基傳遞到379.20 m高程),無法滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 參考依據(jù)

以電力行業(yè)推薦性標準DL/T 5178—2016《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中“變形縱向監(jiān)測斷面平行于壩軸線方向布置,縱斷面上的測線沿高程方向宜設(shè)在壩頂和基礎(chǔ)廊道,高壩宜結(jié)合壩內(nèi)廊道及壩后交通設(shè)施,在壩體中間高程布置縱向測線,……激光準直裝置的工作基點,應(yīng)在準直線的兩端同高程相對穩(wěn)定點各布設(shè)1個工作基點”為參考依據(jù)。

3.3 方案選擇

對于水平位移工作基點,可在廊道內(nèi)19號和20號、20號和21號壩段之間的橫縫處各安裝一支雙向測縫計,將19號壩段的垂線坐標數(shù)據(jù)引至21號壩段(此方案的缺點是假設(shè)各個壩段為剛性體,忽略其變形因素,因此系統(tǒng)誤差是顯而易見的)。如現(xiàn)場條件不允許安裝測縫計,因右岸激光準直系統(tǒng)在19號壩段有垂線作為基準,即該壩段測點的校核值為已知數(shù),則可根據(jù)激光準直系統(tǒng)的工作原理推算出21號壩段端點的校核值。圖2中,假設(shè)A點在21號壩段,C點在19號壩段,B點在5號壩段,則可得

ΔA=ΔB+(ΔC-ΔB)×L/Lc

(3)

即,對于右岸激光準直系統(tǒng)無需設(shè)置任何儀器,僅通過推算即可求得其在21號壩段端點處校核值ΔA；但對于左岸激光準直系統(tǒng),雖然右側(cè)端點與右岸系統(tǒng)的左側(cè)端點同在21號壩段,但兩套系統(tǒng)的軸線與折線形的壩軸線一樣存在一個交角。因此,ΔA并不等于其真實校核值,但考慮到兩套系統(tǒng)軸線交角較小,ΔA也可作為左岸系統(tǒng)左側(cè)端點的校核值。

對于垂直位移工作基點,擬采用CCD靜力水準將雙金屬標坐標數(shù)據(jù)傳遞到激光準直系統(tǒng)的端點作為工作基點。由于11號壩段和21號壩段之間有7個溢流壩段,監(jiān)測廊道在溢流壩段處為橋梁。如果靜力水準從11號壩段引向5號和21號壩段,雖僅需3臺靜力水準儀即可,但靜力水準的連通管在溢流壩段將暴露在無任何防護的空氣中,而壩址處偶有冰凍情況,則需對該段連通管做防凍處理,這不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定及后期維護。故應(yīng)從32號壩段引向21號壩段、11號壩段引向5號壩段,連通管均可在長年溫度適宜的大壩廊道內(nèi),僅多投資1臺靜力水準儀,則可對系統(tǒng)的運行維護較為有利。

4 方案實施的有利條件

水平位移和垂直位移工作基點改造如與兩套真空激光準直系統(tǒng)主體更換改造項目一起實施,只需增加4臺CCD靜力水準儀和兩支雙向測縫計,項目估算投資僅增加約5%,即可讓高精度的真空激光準直監(jiān)測系統(tǒng)充分發(fā)揮其效用,費效比較為顯著。

[1]DL/T 5178—2016 混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]DL/T 328—2010 真空激光準直位移測量裝置[S]．

(責任編輯 陳 萍)

Design of Measuring Base Point Transformation Scheme for the Vacuum Laser Collimation System in Longtan Dam

NONG Puyu

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

Two sets of laser collimation system are arranged in Longtan Hydropower Station to monitor the broken-line axis of dam, but the system fails to set measuring base points according to relevant specifications during construction period. The monitoring results are not satisfied and the advantages of high precision laser alignment system are failed to be fully play. The proposed transformation scheme includes that, (a) two two-way seam measuring devices will be installed in the horizontal joints of corridor between 19thand 20thmonolith and 20thand 21stmonolith respectively, and the vertical coordinate data in 19thmonolith will be transferred to 21stmonolith; (b) two static level systems will be transferred from 32ndmonolith to 21stmonolith and 11thmonolith to 5thmonolith respectively. In order to save cost, the transformation of measuring base points is proposed to be carrying out with the replacements of two vacuum laser collimation systems．

laser collimation system; measuring base point; scheme design; Longtan Hydropower Station

2017- 02- 16

農(nóng)普裕(1976—),男,廣西靖西人,工程師,主要從事水電站安全監(jiān)測工作．

TV694.1(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0082- 03