【關鍵詞】壩頂變形 真空激光準直系統(tǒng) 工作原理 系統(tǒng)組成 觀測資料分析
1 工程概況
白石水庫位于遼寧省北票市上園鎮(zhèn)附近的大凌河干流上，總庫容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. 最大壩高49.3 m,壩頂長513 m,分為32個壩段.
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.壩基弱風化巖巖石節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理密集，無充填物.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.
白石水庫于1999年9月下閘蓄水，用于監(jiān)測壩頂變形的真空激光準直系統(tǒng)于2001年1月建成并投入運行.
2 真空激光準直系統(tǒng)簡介
真空激光準直系統(tǒng)的，也稱波帶板激光準直法，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)過布設在各個壩段上的波帶板時，發(fā)生衍射現(xiàn)象，在接收端形成一個光斑④，當位于測點位置的波帶板②，隨著壩頂測點發(fā)生水平或垂直位移至③時，通過探測儀觀測光斑位置⑤的變化，就可以通過計算，確定測點③的位移值.
計算公式如下： X相 ＝ X測 × Ln ÷ L
式中：X相 —— 測點位移值 X測 —— 接收端觀測值
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
真空激光準直系統(tǒng)由激光發(fā)射設備、真空管道、測點設備、激光光斑探測設備、端點位移監(jiān)測設備、抽真空設備以及微機控制等幾部分組成，其主要功能如下：
激光發(fā)射設備：為系統(tǒng)提供一個可以鎖定的激光點光源；
真空管道：為激光束的傳輸提供一個壓強小于40Pa的真空環(huán)境；
測點設備：用于安放測點波帶板以及波帶板起落裝置的測點箱；
激光光斑探測設備：安裝在接收端，是系統(tǒng)的主要測控設備，能夠提供對各個測點波帶板的起落控制，以及光斑坐標的探測，具備自動遙測和手動人工觀測雙重功能；
端點位移監(jiān)測設備：監(jiān)測激光發(fā)射設備和光斑探測設備的變位，以確定準直線的平面坐標.
2. 3 系統(tǒng)布置
激光發(fā)射端布置于左壩頭0# 壩段觀測室，內(nèi)設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.
接收端設在右壩頭31#壩段觀測室，內(nèi)有220V AC 及80V AC永久電源、抽真空設備兩套、CCD自動及人工兩用坐標儀、測點控制箱、微機控制系統(tǒng)、三維倒垂線等設備。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.
真空管道長500 m ，采用Ф219×6.5 mm 無縫鋼管焊接而成，布置于壩頂上游側(cè). 管道與測點箱以及管道與發(fā)射、接收端聯(lián)接段采用波紋管軟連接技術，使測點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，各設置1各測點，整個大壩共計30個測點（編號為DJ01～30）. 系統(tǒng)布置如圖2所示.
2. 4 主要性能及技術指標
真空激光準直系統(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操作平臺開發(fā)，可以設置測量狀態(tài)，并儲存計算測量數(shù)據(jù)或人工輸入的觀測數(shù)據(jù)，生成報表和過程曲線.
3 觀測資料分析
本文選用2001年2月到2002年12月壩頂位移實測數(shù)據(jù)，繪制的位移過程曲線如圖3 . 白石水庫壩前水位及庫區(qū)平均氣溫情況，如圖4.
圖 3 白石水庫壩頂激光觀測過程曲線
圖4 白石水庫壩前水位及庫區(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；由于近年來庫水位較低，壩頂水平位移與庫水位的相關性不明顯.
② 左右壩頭位移變化量很小，中部壩段變化量相對較大，最大變幅14.13 mm，發(fā)生在19#壩段.
③ 最大相對位移：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
真空激光準直法監(jiān)測大壩變形，能夠?qū)崿F(xiàn)水平和垂直位移同步自動監(jiān)測，其精度高，故障率低，便于維護，但系統(tǒng)造價較高，安裝工藝比較復雜.經(jīng)驗表明，它是諸多大壩變形監(jiān)測方法中，較理想的一種監(jiān)測手段之一.
代表第三代產(chǎn)品的白石水庫真空激光準直系統(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)能夠進行自動觀測、選點觀測、人工手動觀測或者遙控觀測，為更好的實現(xiàn)監(jiān)測自動化提供了方便.
系統(tǒng)運行兩年多來，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正常運行，系統(tǒng)維護方便，維護量很少.
【第一作者簡介】 韓 衛(wèi)（1971—），男，漢族，籍貫河北保定，工程師，學士，電話0421-5998045，
從事專業(yè)：大壩安全監(jiān)測，工作單位：遼寧省北票市上園鎮(zhèn)遼寧省白石水庫管理局（122115）
許小華（1972—），女，工程師，工作單位：遼寧省白石水庫管理局
李寶石（1976—），男，助理工程師，工作單位：遼寧省白石水庫管理局
