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筑牢防汛丨数字化升级刘家峡大坝强震动结构台阵
发布时间:2020-08-04
 

刘家峡水电站位于甘肃省永靖县,距兰州市约100km。坝型为整体式砼重力坝,最大坝高147米,库容57亿立方米,装机容量1350MW,是我国自行设计、建造、施工的第一座百万千瓦以上的大型水电站。

1967年中国科学院工程力学研究所在大坝内建设了模拟记录式强震动观测台阵,并于1970年9月移交给兰州地震大队(后为甘肃省地震局)进行运行维护,2016年在大坝内1690米高度增加一套新型数字记录强震仪。

由于大坝内部强震动观测台服役时间较长,出现了设备老化、通信中断、技术落后等问题,已无法满足最新数字化强震动观测要求。因此,2020年刘家峡水电厂启动了大坝强震动监测台网建设项目。

 
 

此项目由新橙彩票官网下属的欧美大地仪器设备中国有限公司和北京数泰科技有限公司共同完成。此次大坝强震动监测台网建设项目计划将大坝旧台阵更换为先进的多通道数字记录仪,并在坝体上安装13套三分量力平衡加速度计,同时优化光纤通信线路,以满足大坝强震动观测相关规范要求。

 

01

项目规划

此次项目主要是对大坝强震动台网的建设和更新优化,工程内容主要包括:

 
 

AC-73三分量力平衡加速度计的布局

楼层

安装位置

布设数量

/

主坝坝顶▽1739下游侧

5

5楼

▽1690m廊道内

4

5楼

▽1690m强震动观测房内

1

4楼

▽1673m廊道内

1

3楼

▽1660m廊道内

1

1楼

▽1615m廊道内

1

所有电缆使用绝缘镀锌套管进行保护。坝顶▽1739上增设的5个三分量力平衡加速度计均使用铸铝防护盒和防水接头进行保护。并采用fora多通道数据采集仪进行数据采集。

 

AC-73

 

 

AC-73传感器是一款为宽频地震监测设计的真正的机电系统三向加速度计,所有监测应用都需要高灵敏度的、坚固的传感器,且要求维护最少,定期测试方法简单。应用于宽频地震,天然地震,结构测量和监测等。已通过中国地震局组织的地震监测专业设备定型。

 

fora

 

 

结构健康和响应监测、天然和人工地震监测、环境振动测试、诱发振动监测和通告、仪器符合建筑规范、地震警报和安全停机。

 

02

项目施工

在所有准备工作就绪后,自6月1日起欧美大地的项目工程师开始正式施工。施工内容包括13个强震动观测台站的布设,此项工作分为三个部分:

  • 7楼坝顶1739米高度布设5个台站;
  • 5楼强震动观测房所在廊道1690米高度布设5个台站;
  • 4楼1673米高度、3楼1660米高度、1楼1615米高度廊道内分别布设1个台站。

以及对旧观测台、原通信电缆及观测间进行拆除和维修换新等工作。
 

传感器电缆截取

传感器(三分量力平衡加速度计AC-73)电缆截取。按照前期踏勘测量要求,分别对13个测点所需的电缆长度进行再次核实,每根12芯瑞士GeoSIG原厂电缆均留有15米左右冗余,确保从5楼强震动观测房到各观测台站的电缆长度充足。

传感器电缆穿套管

根据各观测台站截取的电缆长度,分别对其进行穿管处理。套管选用镀锌可弯曲金属管,外包黑色绝缘胶皮,并在套管连接处用防水胶带加以防护。

电缆布线

5楼1690米廊道的4个观测台站(另外1个8号台站在强震动观测房内部,直接电缆连接)直接沿原电缆走线贴壁(线管卡扣固定)汇聚到电缆竖井上方的桥架,进入强震动观测房。

4楼1673米高度、3楼1660米高度、1楼1615米高度廊道内的3个观测台站,通过电缆竖井往上走线,到达5楼1690米后,也进入同一桥架,最终进入强震动观测房。7楼1739米坝顶的5个观测台站,则通过大坝楼梯间,打孔下穿(PVC管固定)到5楼1690米,通过桥架进入强震动观测房。

观测台站的传感器安装

传感器安装要求Y轴指向真北方向,用寻北仪逐个确定好安装方向,做好标记后开始安装。
 


 

每个AC-73三分量力平衡加速度计均有12芯针脚,需要将上面拉到各观测台站附近的电缆进行压线处理后,连接到AC-73的接线端子上,并用万用表测试连通性。AC-73通过M8单螺栓和三个调平螺栓进行固定。AC-73本身具有IP65的防尘防水等级,无需特别防护。

5楼1690米廊道的4个观测台站(另外1个8号台站在强震动观测房内部,直接安装在地表混凝土台面上),4楼1673米高度、3楼1660米高度、1楼1615米高度廊道内的3个观测台站均直接安装在原有的观测间内。

//廊道观测间内改造前后对比

/一楼1615米廊道观测间前后对比

7楼1739米坝顶的5个观测台站,因为踏勘时原设计的安装点位安装了瓷砖面板,需要切割瓷砖,进行挖孔后打磨平整,再安装AC-73,最后加上铸铝防护罩,地表结合处用防水胶处理,做必要的防水保护工作。
 

强震动观测房内多通道数据采集仪fora安装

将13根进线电缆分别压线做好针脚后,连接到fora的接线端子上。fora采用多路冗余供电,机柜内置2块50Ah蓄电池,并与拥有3块100Ah蓄电池的UPS相连接,再接入机房AC端。

 
 

传感器观测间安装不锈钢门

5楼1690米廊道的4个观测间(另外1个8号台站在强震动观测房内部,无观测间),4楼1673米高度、3楼1660米高度、1楼1615米高度廊道内的3个观测间,将原有铁皮门拆除,重新安装不锈钢门。同时重新安装7楼1739米坝顶因从楼梯间布线而拆除的窗户一扇。

//观测间改造前后对比

通信光纤维护

fora采用网络通信,通过光纤将数据分别发送至电厂的大坝安全中心和甘肃省地震局。其中电厂的大坝安全监测中心需要将原4楼机房搬至1楼,在4楼进行熔纤处理后,延长光纤通过楼顶下放到对面1楼新机房内。

 

03

设备调试及运行

通过浏览器查看/修改多通道数据采集仪fora的配置信息。并进行触发、通道、传输服务器等功能设置。


 

设置结束后,进行触发测试,下图为6号台站触发的结果示意图。


由于坝顶1-5号台站安装在防护盒内,人为触发较为困难,下图为3号台站震动实时波形。



 
 
系统选用GeoDAS软件接收实时数据流,以及系统状态、日志等其他信息,并通过设置,将实时的加速度数据通过双重积分转化为位移数据,经滤波后导入到GeoSMART实时结构健康监测软件中。从而实时显示频率组成、频率时程、反应谱、层间位移角等系统参数,并实现报警功能。

欧美大地与瑞士GeoSIG深度合作,实施了多项结构和震动监测项目,如大理市经开区高层建筑结构健康监测项目。在项目实施过程中,积累了丰富的安装调试及施工经验,综合考虑各工程实际情况,保质、保量、保时完成各项任务。


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