豐滿大壩新壩真空激光變形監測系統土建施工及設備調試研究

李作光

（豐滿發電廠，吉林省吉林市 132108）

1 工程概況

豐滿大壩新壩以發電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業供水、生態環境保護、水產養殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網，在系統中擔負調峰、調頻和事故備用等任務。水庫正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水庫總庫容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統、泄洪兼導流洞、壩后式引水發電系統、原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120m。

豐滿大壩新壩布設3條真空激光準直系統，總長度約為1334m，共計65個測點。一條位于壩頂，另兩條位于基礎灌漿廊道，均采用南瑞集團有限公司的真空激光準直自動化監測設備。

壩頂真空激光準直發射端布置在右岸壩肩觀測房內，樁號0+1089.00m。接收端布置在左岸壩肩觀測房內，樁號0-008.00m。在2～54號壩段每個壩段布設1個測點，共計53個，系統全長為1082m。兩岸觀測房內設倒垂線和雙金屬標為激光準直系統提供基準。

基礎灌漿廊道布設2條真空激光準直系統，布置在11～19號壩段和29～35號壩段，系統長度分別為143m、109m。每個壩段設1個測點，共計12個，系統兩端設倒垂線和雙金屬標為準直系統提供基準?？赏瑫r監測壩頂和壩基各壩段的水平位移（上下游方向）和垂直位移。

本文著重解決激光管道的鋪設及測點箱底板安裝過程中的地球曲率改正、管道鋪設過程中的有效量程的控制調整、真空管道的密封和檢漏及設備調試等技術問題。

2 項目實施

2.1 激光系統各測點支墩及其底板的放樣與澆筑安裝［2～5］

首先用徠卡高精度全站儀對真空管道軸線及測點墩、支墩、發射端支墩、接收端支墩的中心軸線進行放樣，并標記相應的記號。用鋼尺丈量需建設的各測點墩和支墩之間的距離，使其樁號符合設計要求。然后，根據設計方提供的所有支墩和測點墩的理論高程（各高程計算方法如圖1所示），用徠卡DNA03精密數字水準儀對所有支墩、測點墩處的安裝面高程（各支墩和測點墩高程要含底板）進行測量，同時，在各支墩、測點墩處用φ10mm的鋼筋將所有支墩底板、測點墩底板進行固定。固定時，測點箱底板、發射端底板及接收端底板的中心線應與萊卡全站儀放樣的光軸線一致。所有測點墩的樁號及高程誤差不得大于5mm，支墩的中心線與高程誤差不得大于5mm。

圖1 測點混凝土墩示意圖Figure 1 Schematic diagram of concrete pier at survey point

所有底板固定完畢后，根據設計的混凝土墩大小做相應的模板，進行混凝土澆筑，24小時內拆模，養護7天后，混凝土墩澆筑完畢。

支墩高程＝光軸線高程－鋼管半徑－滾柱直徑+曲率修正值。對于長距離準直，必須考慮地球曲率對各墩高程要求的影響，分別給予修正，修正值按式（1）計算：

式中D——真空管道起點到測墩的距離；

R——地球半徑，取R＝6371.11km。

以位于激光準直系統中間部位的測墩中心線位置為基準，計算距測墩不同距離的各墩高程修正值Δh（曲率修正一般在設計時已經計算在內）。

所有混凝土墩澆筑完畢后，用徠卡DNA03精密數字水準儀對各混凝土支墩高程再進行測量，將測值與理論值進行比較，所得的誤差值在滾柱直徑中補償。

測點箱安裝后照片如圖2所示。

圖2 測點箱安裝后照片Figure 2 Photo of measuring point box after installation

2.2 各測點有效量程的控制調整

真空管道是圓形，各測點的測量范圍也是圓形，受真空管道直徑的限制，從接收端至發射端各測點的量程逐漸變小。在調整各測點測量范圍前，在接收端成像屏上固定兩把帶有刻度的直尺，保證水平和垂直交叉固定在帷幕上，保證交點和帷幕圓心重合（見圖3）。根據水平向和垂直向光斑的偏離距離按式（2）計算出各測點量程調整距離，調整測點處波帶片的上下左右位置（見圖4），經過反復調整，使每個測點箱內波帶片成像后的光斑都處于接收端成像屏中心位置，光斑周圍應該有比較微弱的網狀紅光為正常，紅光應該沒有達到滿管道射出，形成與管道末端直徑相近的圓形紅色光盤。

式中Xn——各測點量程調整距離；

D——接收端成像屏上光斑偏離圓心距離；

Vn——發射端到測點的距離；

L——激光軸線總長。

壩基左岸壩段7個測點量程調整距離計算表（見表1）。

表1 壩基左岸壩段測點量程調整距離計算表Table 1 Calculation table of adjustment distance of measuring point in left bank section of Dam Foundation

圖3 各測點量程調整照片（接收端）Figure 3 Range adjustment of photo receiver at each measuring point

2.3 真空管道檢漏

真空管道、測點箱、波紋管安裝好后，分別將真空管道的發射端、接收端密封，進行檢漏。檢漏分兩步，方法如下：

圖4 各測點量程調整照片（測點）Figure 4 Adjust the measuring point of the photograph

2.3.1 正壓檢漏

首先采用正壓檢漏法對真空管道進行檢漏（見圖5），將真空泵抽氣處密封，將真空碟閥關閉，用空氣壓縮機往管道內充氣，充氣壓力為0.12MPa。將肥皂水刷到各焊縫及密封連接處，仔細查看是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出則說明該處有漏點，必須重新處理。處理時，要求用磨光機將漏點磨出再進行補焊。

圖5 真空激光管道正壓檢漏Figure 5 Vacuum laser pipeline positive pressure leak detection

2.3.2 負壓檢漏

在經過正壓檢漏后，必須進行負壓檢漏，負壓檢漏合格后才能保證真空管道的密封合格。負壓檢漏時將真空碟閥打開，用真空泵對真空管道進行抽真空。一般情況下，對于長度為300m左右的真空管道，抽氣時間為40～50分鐘。絕對壓強可以抽到15Pa以下。如果抽不上說明管道還有漏點。如果能抽上，還應將真空管道進行保壓試驗。一般要求真空管道的升壓速率不得大于1Pa/h。如果升壓速率大于1Pa/h，則應對真空管道重新進行檢漏。真空激光管道密封處理如圖6所示。如此反復，直到滿足要求。

圖6 真空激光管道密封處理Figure 6 Vacuum laser pipeline sealing treatment

2.4 發射端光源安裝調試 [5]

將激光微調裝置的底板按照設計高程和樁號安裝于發射端支墩上，要求底板的中心線與放樣的樁號一致，底板底面高程與設計高程一致，兩者的誤差不大于±3mm。用膨脹螺栓將底板固定。發射端光源安裝見圖7。

圖7 發射端光源安裝Figure 7 Installation of the emitter side light source

（1）將激光管安裝至微調裝置的V形塊上，用螺釘固定好。打開距發射端最近的一個測點箱，在測點箱內放置一張白紙，使白紙平面與管道軸線垂直。打開激光管電源，點燃激光管，調節激光管的位置，使激光光束照到白紙上，光斑在白紙上的位置應大體在管道中間。調整完好，將固定激光管的螺釘緊固，在緊固時應防止光斑跑偏。

（2）將激光管固定好，在整條激光管道全部安裝完后，還要對管道進行抽真空，抽完真空后，在接收端的成像屏上應該出現一個直徑與真空管道一樣大小的圓斑，圓斑為紅色，較亮。

2.5 接收端設備安裝[5]

接收端設備主要包括接收端密封段、成像屏、CCD網絡攝像機、接收端底板、接收端保護罩等幾部分。接收端設備安裝見圖8。

（1） 將接收端底板按照設計的高程和樁號安裝于接收端支墩上，用膨脹螺栓固定牢固。底板的安裝誤差控制在±5mm范圍內。

（2） 將兩塊成像屏玻璃的毛面相對并固定到屏框里，然后再將成像屏用螺釘固定到接收端底板上，調節成像屏的位置，要求成像屏的中心與接收端平晶的中心基本在同一直線上。

（3） 將CCD網絡攝像機固定到接收端底板上。

圖8 接收端設備安裝Figure 8 Installation of the receiving end equipment

2.6 工控機安裝 [1，5]

在工控機上安裝真空激光系統測量軟件。運行該軟件，對系統進行控制功能和測量功能實驗。完成各種功能的操作：定時測量，單點測量，多次重復測量等。真空激光系統測量軟件界面見圖9。

3 總結

通過本項目的實施，能夠高質量完成豐滿大壩新壩真空激光變形監測點土建施工及設備調試任務，保證了大壩壩頂變形監測數據的可靠性和準確性，掌握大壩的水平位移和垂直位移的變化規律，及時進行監測資料的定性和定量分析。掌握大壩的運行性態，為新壩的安全運行提供強有力的技術支持，同時也為國內外相近工程提供寶貴的經驗。

圖9 真空激光系統測量軟件界面Figure 9 Interface photo of measurement software for vacuum laser system