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筑牢防汛丨數字化升級劉家峽大壩強震動結構臺陣
發布時間:2020-08-04 瀏覽次數:2645 來源:歐美大地
 

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣,距蘭州市約100km。壩型為整體式砼重力壩,最大壩高147米,庫容57億立方米,裝機容量1350MW,是我國自行設計、建造、施工的第一座百萬千瓦以上的大型水電站。

1967年中國科學院工程力學研究所在大壩內建設了模擬記錄式強震動觀測臺陣,并于1970年9月移交給蘭州地震大隊(后為甘肅省地震局)進行運行維護,2016年在大壩內1690米高度增加一套新型數字記錄強震儀。

由于大壩內部強震動觀測臺服役時間較長,出現了設備老化、通信中斷、技術落后等問題,已無法滿足最新數字化強震動觀測要求。因此,2020年劉家峽水電廠啟動了大壩強震動監測臺網建設項目。

 
 

此項目由歐美大地科技集團下屬的歐美大地儀器設備中國有限公司和北京數泰科技有限公司共同完成。此次大壩強震動監測臺網建設項目計劃將大壩舊臺陣更換為先進的多通道數字記錄儀,并在壩體上安裝13套三分量力平衡加速度計,同時優化光纖通信線路,以滿足大壩強震動觀測相關規范要求。

 

01

項目規劃

此次項目主要是對大壩強震動臺網的建設和更新優化,工程內容主要包括:

 
 

AC-73三分量力平衡加速度計的布局

樓層

安裝位置

布設數量

/

主壩壩頂▽1739下游側

5

5樓

▽1690m廊道內

4

5樓

▽1690m強震動觀測房內

1

4樓

▽1673m廊道內

1

3樓

▽1660m廊道內

1

1樓

▽1615m廊道內

1

所有電纜使用絕緣鍍鋅套管進行保護。壩頂▽1739上增設的5個三分量力平衡加速度計均使用鑄鋁防護盒和防水接頭進行保護。并采用fora多通道數據采集儀進行數據采集。

 

AC-73

 

 

AC-73傳感器是一款為寬頻地震監測設計的真正的機電系統三向加速度計,所有監測應用都需要高靈敏度的、堅固的傳感器,且要求維護最少,定期測試方法簡單。應用于寬頻地震,天然地震,結構測量和監測等。已通過中國地震局組織的地震監測專業設備定型。

 

fora

 

 

結構健康和響應監測、天然和人工地震監測、環境振動測試、誘發振動監測和通告、儀器符合建筑規范、地震警報和安全停機。

 

02

項目施工

在所有準備工作就緒后,自6月1日起歐美大地的項目工程師開始正式施工。施工內容包括13個強震動觀測臺站的布設,此項工作分為三個部分:

  • 7樓壩頂1739米高度布設5個臺站;
  • 5樓強震動觀測房所在廊道1690米高度布設5個臺站;
  • 4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內分別布設1個臺站。

以及對舊觀測臺、原通信電纜及觀測間進行拆除和維修換新等工作。
 

傳感器電纜截取

傳感器(三分量力平衡加速度計AC-73)電纜截取。按照前期踏勘測量要求,分別對13個測點所需的電纜長度進行再次核實,每根12芯瑞士GeoSIG原廠電纜均留有15米左右冗余,確保從5樓強震動觀測房到各觀測臺站的電纜長度充足。

傳感器電纜穿套管

根據各觀測臺站截取的電纜長度,分別對其進行穿管處理。套管選用鍍鋅可彎曲金屬管,外包黑色絕緣膠皮,并在套管連接處用防水膠帶加以防護。

電纜布線

5樓1690米廊道的4個觀測臺站(另外1個8號臺站在強震動觀測房內部,直接電纜連接)直接沿原電纜走線貼壁(線管卡扣固定)匯聚到電纜豎井上方的橋架,進入強震動觀測房。

4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內的3個觀測臺站,通過電纜豎井往上走線,到達5樓1690米后,也進入同一橋架,最終進入強震動觀測房。7樓1739米壩頂的5個觀測臺站,則通過大壩樓梯間,打孔下穿(PVC管固定)到5樓1690米,通過橋架進入強震動觀測房。

觀測臺站的傳感器安裝

傳感器安裝要求Y軸指向真北方向,用尋北儀逐個確定好安裝方向,做好標記后開始安裝。
 


 

每個AC-73三分量力平衡加速度計均有12芯針腳,需要將上面拉到各觀測臺站附近的電纜進行壓線處理后,連接到AC-73的接線端子上,并用萬用表測試連通性。AC-73通過M8單螺栓和三個調平螺栓進行固定。AC-73本身具有IP65的防塵防水等級,無需特別防護。

5樓1690米廊道的4個觀測臺站(另外1個8號臺站在強震動觀測房內部,直接安裝在地表混凝土臺面上),4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內的3個觀測臺站均直接安裝在原有的觀測間內。

//廊道觀測間內改造前后對比

/一樓1615米廊道觀測間前后對比

7樓1739米壩頂的5個觀測臺站,因為踏勘時原設計的安裝點位安裝了瓷磚面板,需要切割瓷磚,進行挖孔后打磨平整,再安裝AC-73,最后加上鑄鋁防護罩,地表結合處用防水膠處理,做必要的防水保護工作。
 

強震動觀測房內多通道數據采集儀fora安裝

將13根進線電纜分別壓線做好針腳后,連接到fora的接線端子上。fora采用多路冗余供電,機柜內置2塊50Ah蓄電池,并與擁有3塊100Ah蓄電池的UPS相連接,再接入機房AC端。

 
 

傳感器觀測間安裝不銹鋼門

5樓1690米廊道的4個觀測間(另外1個8號臺站在強震動觀測房內部,無觀測間),4樓1673米高度、3樓1660米高度、1樓1615米高度廊道內的3個觀測間,將原有鐵皮門拆除,重新安裝不銹鋼門。同時重新安裝7樓1739米壩頂因從樓梯間布線而拆除的窗戶一扇。

//觀測間改造前后對比

通信光纖維護

fora采用網絡通信,通過光纖將數據分別發送至電廠的大壩安全中心和甘肅省地震局。其中電廠的大壩安全監測中心需要將原4樓機房搬至1樓,在4樓進行熔纖處理后,延長光纖通過樓頂下放到對面1樓新機房內。

 

03

設備調試及運行

通過瀏覽器查看/修改多通道數據采集儀fora的配置信息。并進行觸發、通道、傳輸服務器等功能設置。


 

設置結束后,進行觸發測試,下圖為6號臺站觸發的結果示意圖。


由于壩頂1-5號臺站安裝在防護盒內,人為觸發較為困難,下圖為3號臺站震動實時波形。



 
 
系統選用GeoDAS軟件接收實時數據流,以及系統狀態、日志等其他信息,并通過設置,將實時的加速度數據通過雙重積分轉化為位移數據,經濾波后導入到GeoSMART實時結構健康監測軟件中。從而實時顯示頻率組成、頻率時程、反應譜、層間位移角等系統參數,并實現報警功能。

歐美大地與瑞士GeoSIG深度合作,實施了多項結構和震動監測項目,如大理市經開區高層建筑結構健康監測項目。在項目實施過程中,積累了豐富的安裝調試及施工經驗,綜合考慮各工程實際情況,保質、保量、保時完成各項任務。


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