李作光

（豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108）

1 工程概況

豐滿大壩新壩以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫(kù)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(kù)總庫(kù)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(tǒng)、泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)、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(shè)3條真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，總長(zhǎng)度約為1334m，共計(jì)65個(gè)測(cè)點(diǎn)。一條位于壩頂，另兩條位于基礎(chǔ)灌漿廊道，均采用南瑞集團(tuán)有限公司的真空激光準(zhǔn)直自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備。

壩頂真空激光準(zhǔn)直發(fā)射端布置在右岸壩肩觀測(cè)房?jī)?nèi)，樁號(hào)0+1089.00m。接收端布置在左岸壩肩觀測(cè)房?jī)?nèi)，樁號(hào)0-008.00m。在2～54號(hào)壩段每個(gè)壩段布設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)53個(gè)，系統(tǒng)全長(zhǎng)為1082m。兩岸觀測(cè)房?jī)?nèi)設(shè)倒垂線和雙金屬標(biāo)為激光準(zhǔn)直系統(tǒng)提供基準(zhǔn)。

基礎(chǔ)灌漿廊道布設(shè)2條真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，布置在11～19號(hào)壩段和29～35號(hào)壩段，系統(tǒng)長(zhǎng)度分別為143m、109m。每個(gè)壩段設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)，系統(tǒng)兩端設(shè)倒垂線和雙金屬標(biāo)為準(zhǔn)直系統(tǒng)提供基準(zhǔn)?？赏瑫r(shí)監(jiān)測(cè)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(shè)及測(cè)點(diǎn)箱底板安裝過(guò)程中的地球曲率改正、管道鋪設(shè)過(guò)程中的有效量程的控制調(diào)整、真空管道的密封和檢漏及設(shè)備調(diào)試等技術(shù)問(wèn)題。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 激光系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)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(duì)真空管道軸線及測(cè)點(diǎn)墩、支墩、發(fā)射端支墩、接收端支墩的中心軸線進(jìn)行放樣，并標(biāo)記相應(yīng)的記號(hào)。用鋼尺丈量需建設(shè)的各測(cè)點(diǎn)墩和支墩之間的距離，使其樁號(hào)符合設(shè)計(jì)要求。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的所有支墩和測(cè)點(diǎn)墩的理論高程（各高程計(jì)算方法如圖1所示），用徠卡DNA03精密數(shù)字水準(zhǔn)儀對(duì)所有支墩、測(cè)點(diǎn)墩處的安裝面高程（各支墩和測(cè)點(diǎn)墩高程要含底板）進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，在各支墩、測(cè)點(diǎn)墩處用φ10mm的鋼筋將所有支墩底板、測(cè)點(diǎn)墩底板進(jìn)行固定。固定時(shí)，測(cè)點(diǎn)箱底板、發(fā)射端底板及接收端底板的中心線應(yīng)與萊卡全站儀放樣的光軸線一致。所有測(cè)點(diǎn)墩的樁號(hào)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(cè)點(diǎn)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(jù)設(shè)計(jì)的混凝土墩大小做相應(yīng)的模板，進(jìn)行混凝土澆筑，24小時(shí)內(nèi)拆模，養(yǎng)護(hù)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(duì)于長(zhǎng)距離準(zhǔn)直，必須考慮地球曲率對(duì)各墩高程要求的影響，分別給予修正，修正值按式（1）計(jì)算：

式中D——真空管道起點(diǎn)到測(cè)墩的距離；

R——地球半徑，取R＝6371.11km。

以位于激光準(zhǔn)直系統(tǒng)中間部位的測(cè)墩中心線位置為基準(zhǔn)，計(jì)算距測(cè)墩不同距離的各墩高程修正值Δh（曲率修正一般在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)計(jì)算在內(nèi)）。

所有混凝土墩澆筑完畢后，用徠卡DNA03精密數(shù)字水準(zhǔn)儀對(duì)各混凝土支墩高程再進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)值與理論值進(jìn)行比較，所得的誤差值在滾柱直徑中補(bǔ)償。

測(cè)點(diǎn)箱安裝后照片如圖2所示。

圖2 測(cè)點(diǎn)箱安裝后照片F(xiàn)igure 2 Photo of measuring point box after installation

2.2 各測(cè)點(diǎn)有效量程的控制調(diào)整

真空管道是圓形，各測(cè)點(diǎn)的測(cè)量范圍也是圓形，受真空管道直徑的限制，從接收端至發(fā)射端各測(cè)點(diǎn)的量程逐漸變小。在調(diào)整各測(cè)點(diǎn)測(cè)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(diǎn)和帷幕圓心重合（見(jiàn)圖3）。根據(jù)水平向和垂直向光斑的偏離距離按式（2）計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)量程調(diào)整距離，調(diào)整測(cè)點(diǎn)處波帶片的上下左右位置（見(jiàn)圖4），經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，使每個(gè)測(cè)點(diǎn)箱內(nèi)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?chē)鷳?yīng)該有比較微弱的網(wǎng)狀紅光為正常，紅光應(yīng)該沒(méi)有達(dá)到滿管道射出，形成與管道末端直徑相近的圓形紅色光盤(pán)。

式中Xn——各測(cè)點(diǎn)量程調(diào)整距離；

D——接收端成像屏上光斑偏離圓心距離；

Vn——發(fā)射端到測(cè)點(diǎn)的距離；

L——激光軸線總長(zhǎng)。

壩基左岸壩段7個(gè)測(cè)點(diǎn)量程調(diào)整距離計(jì)算表（見(jiàn)表1）。

表1 壩基左岸壩段測(cè)點(diǎn)量程調(diào)整距離計(jì)算表Table 1 Calculation table of adjustment distance of measuring point in left bank section of Dam Foundation

圖3 各測(cè)點(diǎn)量程調(diào)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(cè)點(diǎn)箱、波紋管安裝好后，分別將真空管道的發(fā)射端、接收端密封，進(jìn)行檢漏。檢漏分兩步，方法如下：

圖4 各測(cè)點(diǎn)量程調(diào)整照片（測(cè)點(diǎn)）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(duì)真空管道進(jìn)行檢漏（見(jiàn)圖5），將真空泵抽氣處密封，將真空碟閥關(guān)閉，用空氣壓縮機(jī)往管道內(nèi)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(xì)查看是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出則說(shuō)明該處有漏點(diǎn)，必須重新處理。處理時(shí)，要求用磨光機(jī)將漏點(diǎn)磨出再進(jìn)行補(bǔ)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(fù)壓檢漏

在經(jīng)過(guò)正壓檢漏后，必須進(jìn)行負(fù)壓檢漏，負(fù)壓檢漏合格后才能保證真空管道的密封合格。負(fù)壓檢漏時(shí)將真空碟閥打開(kāi)，用真空泵對(duì)真空管道進(jìn)行抽真空。一般情況下，對(duì)于長(zhǎng)度為300m左右的真空管道，抽氣時(shí)間為40～50分鐘。絕對(duì)壓強(qiáng)可以抽到15Pa以下。如果抽不上說(shuō)明管道還有漏點(diǎn)。如果能抽上，還應(yīng)將真空管道進(jìn)行保壓試驗(yàn)。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(yīng)對(duì)真空管道重新進(jìn)行檢漏。真空激光管道密封處理如圖6所示。如此反復(fù)，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(fā)射端光源安裝調(diào)試 [5]

將激光微調(diào)裝置的底板按照設(shè)計(jì)高程和樁號(hào)安裝于發(fā)射端支墩上，要求底板的中心線與放樣的樁號(hào)一致，底板底面高程與設(shè)計(jì)高程一致，兩者的誤差不大于±3mm。用膨脹螺栓將底板固定。發(fā)射端光源安裝見(jiàn)圖7。

圖7 發(fā)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(diào)裝置的V形塊上，用螺釘固定好。打開(kāi)距發(fā)射端最近的一個(gè)測(cè)點(diǎn)箱，在測(cè)點(diǎn)箱內(nèi)放置一張白紙，使白紙平面與管道軸線垂直。打開(kāi)激光管電源，點(diǎn)燃激光管，調(diào)節(jié)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(yīng)大體在管道中間。調(diào)整完好，將固定激光管的螺釘緊固，在緊固時(shí)應(yīng)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(duì)管道進(jìn)行抽真空，抽完真空后，在接收端的成像屏上應(yīng)該出現(xiàn)一個(gè)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(shè)備安裝[5]

接收端設(shè)備主要包括接收端密封段、成像屏、CCD網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、接收端底板、接收端保護(hù)罩等幾部分。接收端設(shè)備安裝見(jiàn)圖8。

（1） 將接收端底板按照設(shè)計(jì)的高程和樁號(hào)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(nèi)。

（2） 將兩塊成像屏玻璃的毛面相對(duì)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(diào)節(jié)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)固定到接收端底板上。

圖8 接收端設(shè)備安裝Figure 8 Installation of the receiving end equipment

2.6 工控機(jī)安裝 [1，5]

在工控機(jī)上安裝真空激光系統(tǒng)測(cè)量軟件。運(yùn)行該軟件，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制功能和測(cè)量功能實(shí)驗(yàn)。完成各種功能的操作：定時(shí)測(cè)量，單點(diǎn)測(cè)量，多次重復(fù)測(cè)量等。真空激光系統(tǒng)測(cè)量軟件界面見(jiàn)圖9。

3 總結(jié)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，能夠高質(zhì)量完成豐滿大壩新壩真空激光變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)土建施工及設(shè)備調(diào)試任務(wù)，保證了大壩壩頂變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，掌握大壩的水平位移和垂直位移的變化規(guī)律，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料的定性和定量分析。掌握大壩的運(yùn)行性態(tài)，為新壩的安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)外相近工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖9 真空激光系統(tǒng)測(cè)量軟件界面Figure 9 Interface photo of measurement software for vacuum laser system