【關(guān)鍵詞】壩頂變形 真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng) 工作原理 系統(tǒng)組成 觀測(cè)資料分析
1 工程概況
白石水庫(kù)位于遼寧省北票市上園鎮(zhèn)附近的大凌河干流上，總庫(kù)容16.45億m3，是干流上唯一的大（I）型控制性骨干工程. 大壩為混凝土重力壩，部分采用RCD碾壓混凝土技術(shù). 最大壩高49.3 m,壩頂長(zhǎng)513 m,分為32個(gè)壩段.
壩址處兩岸山坡較陡，地層出露侏羅系蘭旗組玄武質(zhì)安山巖和凝灰質(zhì)礫巖.壩基弱風(fēng)化巖巖石節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理密集，無(wú)充填物.壩基下有12條斷層通過，斷層最大寬度2 m左右，傾角65º～89º,填充物多以角礫巖為主，局部有少量夾泥.
白石水庫(kù)于1999年9月下閘蓄水，用于監(jiān)測(cè)壩頂變形的真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)于2001年1月建成并投入運(yùn)行.
2 真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)簡(jiǎn)介
真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的，也稱波帶板激光準(zhǔn)直法，如圖1所示：
從發(fā)射端①向接收端發(fā)射激光束，激光經(jīng)過布設(shè)在各個(gè)壩段上的波帶板時(shí)，發(fā)生衍射現(xiàn)象，在接收端形成一個(gè)光斑④，當(dāng)位于測(cè)點(diǎn)位置的波帶板②，隨著壩頂測(cè)點(diǎn)發(fā)生水平或垂直位移至③時(shí)，通過探測(cè)儀觀測(cè)光斑位置⑤的變化，就可以通過計(jì)算，確定測(cè)點(diǎn)③的位移值.
計(jì)算公式如下： X相 ＝ X測(cè) × Ln ÷ L
式中：X相 —— 測(cè)點(diǎn)位移值 X測(cè) —— 接收端觀測(cè)值
Ln —— 發(fā)射端至波帶板距離 L —— 發(fā)射端至接收端距離
2. 2 系統(tǒng)組成
真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)由激光發(fā)射設(shè)備、真空管道、測(cè)點(diǎn)設(shè)備、激光光斑探測(cè)設(shè)備、端點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、抽真空設(shè)備以及微機(jī)控制等幾部分組成，其主要功能如下：
激光發(fā)射設(shè)備：為系統(tǒng)提供一個(gè)可以鎖定的激光點(diǎn)光源；
真空管道：為激光束的傳輸提供一個(gè)壓強(qiáng)小于40Pa的真空環(huán)境；
測(cè)點(diǎn)設(shè)備：用于安放測(cè)點(diǎn)波帶板以及波帶板起落裝置的測(cè)點(diǎn)箱；
激光光斑探測(cè)設(shè)備：安裝在接收端，是系統(tǒng)的主要測(cè)控設(shè)備，能夠提供對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)波帶板的起落控制，以及光斑坐標(biāo)的探測(cè)，具備自動(dòng)遙測(cè)和手動(dòng)人工觀測(cè)雙重功能；
端點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)設(shè)備：監(jiān)測(cè)激光發(fā)射設(shè)備和光斑探測(cè)設(shè)備的變位，以確定準(zhǔn)直線的平面坐標(biāo).
2. 3 系統(tǒng)布置
激光發(fā)射端布置于左壩頭0# 壩段觀測(cè)室，內(nèi)設(shè)220V AC 永久電源、激光光斑監(jiān)視器、激光發(fā)生器以及三維倒垂線.
接收端設(shè)在右壩頭31#壩段觀測(cè)室，內(nèi)有220V AC 及80V AC永久電源、抽真空設(shè)備兩套、CCD自動(dòng)及人工兩用坐標(biāo)儀、測(cè)點(diǎn)控制箱、微機(jī)控制系統(tǒng)、三維倒垂線等設(shè)備。此外，為保障真空泵在冬季能夠正常工作，室內(nèi)安裝了2000W電熱器兩臺(tái).
真空管道長(zhǎng)500 m ，采用Ф219×6.5 mm 無(wú)縫鋼管焊接而成，布置于壩頂上游側(cè). 管道與測(cè)點(diǎn)箱以及管道與發(fā)射、接收端聯(lián)接段采用波紋管軟連接技術(shù)，使測(cè)點(diǎn)箱可以隨壩體位移而自由變位，不受真空管的約束.
在1#～30#壩段壩頂中部，各設(shè)置1各測(cè)點(diǎn)，整個(gè)大壩共計(jì)30個(gè)測(cè)點(diǎn)（編號(hào)為DJ01～30）. 系統(tǒng)布置如圖2所示.
2. 4 主要性能及技術(shù)指標(biāo)
真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)量程為 0~
2. 4 系統(tǒng)管理軟件
系統(tǒng)管理軟件基于中文Win98操作平臺(tái)開發(fā)，可以設(shè)置測(cè)量狀態(tài)，并儲(chǔ)存計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)或人工輸入的觀測(cè)數(shù)據(jù)，生成報(bào)表和過程曲線.
3 觀測(cè)資料分析
本文選用2001年2月到2002年12月壩頂位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制的位移過程曲線如圖3 . 白石水庫(kù)壩前水位及庫(kù)區(qū)平均氣溫情況，如圖4.
圖 3 白石水庫(kù)壩頂激光觀測(cè)過程曲線
圖4 白石水庫(kù)壩前水位及庫(kù)區(qū)日平均氣溫
3. 1 水平位移分析
① 壩頂水平位移呈年周期性，位移量隨溫度變化而變化；由于近年來(lái)庫(kù)水位較低，壩頂水平位移與庫(kù)水位的相關(guān)性不明顯.
② 左右壩頭位移變化量很小，中部壩段變化量相對(duì)較大，最大變幅14.13 mm，發(fā)生在19#壩段.
③ 最大相對(duì)位移：上游方向7.34mm，發(fā)生在13#壩段；下游方向8.06mm，發(fā)生在14#壩段.
3. 2 垂直位移分析
① 壩頂垂直位移有年周期性，與平均氣溫呈明顯相關(guān)性.
② 壩頂垂直位移最大變幅在9.17mm左右，發(fā)生在21#壩段.
③ 最大相對(duì)位移，壩頂上升9.89mm，發(fā)生在21#壩段，下沉2.15mm，發(fā)生在24#壩段
4 結(jié)束語(yǔ)
真空激光準(zhǔn)直法監(jiān)測(cè)大壩變形，能夠?qū)崿F(xiàn)水平和垂直位移同步自動(dòng)監(jiān)測(cè)，其精度高，故障率低，便于維護(hù)，但系統(tǒng)造價(jià)較高，安裝工藝比較復(fù)雜.經(jīng)驗(yàn)表明，它是諸多大壩變形監(jiān)測(cè)方法中，較理想的一種監(jiān)測(cè)手段之一.
代表第三代產(chǎn)品的白石水庫(kù)真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，采用CCD采集方式，使系統(tǒng)的采集速度和精度都有大幅度提高. 系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)、選點(diǎn)觀測(cè)、人工手動(dòng)觀測(cè)或者遙控觀測(cè)，為更好的實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化提供了方便.
系統(tǒng)運(yùn)行兩年多來(lái)，出現(xiàn)過波帶板控制片雷擊損壞、激光發(fā)生器老化損壞等故障，經(jīng)處理后能夠很快恢復(fù)正常運(yùn)行，系統(tǒng)維護(hù)方便，維護(hù)量很少.
【第一作者簡(jiǎn)介】 韓 衛(wèi)（1971—），男，漢族，籍貫河北保定，工程師，學(xué)士，電話0421-5998045，
從事專業(yè)：大壩安全監(jiān)測(cè)，工作單位：遼寧省北票市上園鎮(zhèn)遼寧省白石水庫(kù)管理局（122115）
許小華（1972—），女，工程師，工作單位：遼寧省白石水庫(kù)管理局
李寶石（1976—），男，助理工程師，工作單位：遼寧省白石水庫(kù)管理局
