固定式測斜儀安裝方法改進研究

李家仁，宋燕敏，文茂華，張 毅

（1長江空間信息技術(shù)工程有限公司（武漢），武漢 430010；2中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，西安 710001）

1 引 言

糯扎渡水電站位于云南省思茅市境內(nèi)，攔河大壩為黏土心墻堆石壩，壩頂高程821.5m，最大壩高為261.5m。

為了了解摻礫黏土心墻的內(nèi)部擾動情況，在心墻壩軸線布設(shè)3條活動式測斜管。因堆石壩較高（最大壩高為261.5m），在最大壩高處布設(shè)1條固定式測斜儀管線，管內(nèi)設(shè)計埋設(shè)45支固定式測斜儀傳感器，每支傳感器間距6m。

2 測斜儀結(jié)構(gòu)及工作原理

固定式測斜儀由測斜管和一組串聯(lián)安裝的固定式測斜傳感器組成。本工程選用的固定式測斜儀由美國達漢土工公司供貨。從下至上依次由底部滑輪、傳感器、標距桿組成，信號電纜從傳感器上部引出。每段上部用φ6鋼絲繩連接到管口固定裝置。固定式測斜儀結(jié)構(gòu)如圖1所示。考慮受力情況，需要分段埋設(shè)。

圖1 固定式測斜儀結(jié)構(gòu)圖

固定式測斜儀的工作原理是：測斜管底部埋入混凝土內(nèi)作為固定端，當摻礫黏土心墻內(nèi)部發(fā)生位移時，測斜管管體產(chǎn)生傾斜，從而引起安裝在管內(nèi)的傳感器發(fā)生傾斜，通過傳感器測量固定在測斜管某一高程上傳感器的傾斜信號，計算該傳感器的傾斜值或角度。再根據(jù)傳感器的標距長度計算該段測斜管的位移偏移量。

將信號電纜芯線按照表1所示連接到讀數(shù)儀對應(yīng)的接線柱上，讀取A軸、B軸（分別對應(yīng)大壩上下游和左右岸）電壓和熱敏電阻值。

表1 信號電纜芯線

根據(jù)下述公式計算A軸或B軸的傾斜值：

其中C3～C0為A軸或B軸的系數(shù)，Vo1ts為A軸或B軸的輸出電壓。

進行溫度修正后的傾斜值：

其中T1～T0為溫度系數(shù)，TdegC為熱敏電阻值。

計算傳感器標距長度的偏移量：

根據(jù)傳感器的初始偏移量和當前偏移量計算傳感器的位移值：

3 出現(xiàn)的問題及原因分析

2009年9月25日埋設(shè)第一段共12套，埋設(shè)高程從▽559.6到▽622.2。儀器埋設(shè)后按照技術(shù)要求進行觀測。自2009年10月22日起，最下面的7套儀器（DB－B－INI－01～07）觀測值出現(xiàn)突變，見表2，其變化過程線如圖2所示。

按照儀器6m標距進行計算，傳感器上下游方向最大偏移量達到121.88mm。而與其相距僅9m的C斷面活動式測斜管的上下游方向最大偏移量不超過30mm。從活動式測斜管的最大偏移量以及測斜管的柔性分析，該固定式測斜管的最大偏移量不可能達到121.88mm。即該監(jiān)測成果不能反應(yīng)心墻的實際性態(tài)。

表2 第一套固定式測斜儀偏移值變化表

圖2 第一段固定式測斜儀前期觀測圖

因其計算方法是由傳感器的傾斜換算到標距桿的偏移，只有當測斜儀落底，標距桿被壓斷，使傳感器偏離測斜管中心線，導(dǎo)致偏移量錯誤，不能代表測斜管的真實傾斜。傳感器落底有以下兩個原因：

一是因最底部的傳感器距孔底僅0.6m，而12套測斜儀安裝在72m深的測斜管中，其重量全部壓在測斜管管口。按每3m長的測斜管要加一個0.75m長的伸縮節(jié)計算，72m測斜管最大壓縮量為2.88m。若測斜管承受12套測斜儀的重量后被壓縮，加上黏土心墻的自然沉降，則很容易使測斜儀落底。

二是標距桿的兩端均是用膨脹螺栓連接，見圖3所示。當膨脹螺絲擰緊后，螺絲擠壓楔形塊，使兩楔形塊相互錯開，斜撐在標距桿內(nèi)壁上。如果測斜儀水平放置，膨脹螺栓所受軸心拉力不大，是不會產(chǎn)生脫落的。而本工程是豎直放置在測斜管內(nèi)，安裝在上部的測斜儀除承受本套測斜儀的自重外，還承受安裝在下部的其它測斜儀的重力，而標距桿內(nèi)壁比較光滑，即使安裝時膨脹螺栓擰得比較緊，在有水的測斜管內(nèi)，長期承受測斜儀向下的拉力，可能被拉脫，使部分測斜儀落底。

圖3 用膨脹螺栓連接的固定式測斜儀

4 安裝方法改進

4.1 儀器結(jié)構(gòu)的改進

鑒于上述原因，必須對連接件進行改進。首先將膨脹螺栓安裝到標距桿上，擰緊螺絲。然后，用氬弧焊將螺絲焊接到標距桿上，使膨脹螺栓和標距桿形成一個整體，見圖4。

圖4 焊接后的標距桿

4.2 埋設(shè)方法的改進

除改進測斜儀結(jié)構(gòu)外，在埋設(shè)方法上也進行改進，要點如下：

（1）用全站儀測量測斜管管口三維坐標，其高程是最主要的。

（2）用活動式測斜儀（測量前用模擬探頭檢查導(dǎo)槽是否順暢）測量測斜管的傾斜，同時測量測斜管的有效孔深，根據(jù)孔深和管口高程計算孔底高程。

（3）精確測量1套連接后的固定式測斜儀的長度，然后根據(jù)有效孔深和1套固定式測斜儀的長度計算需要安裝幾套固定式測斜儀。

（4）為了避免因測斜管被壓縮和大壩的自然沉降而使測斜儀落底，安裝時將底部預(yù)留3米空間，上部到孔口的間距盡可能安排得較小（0.5m左右）。

（5）為了防止安裝不慎而使測斜儀掉落，在第1套測斜儀的底部穿1根保護鋼絲繩，鋼絲繩不固定。兩端預(yù)留大于孔深的長度，安裝時，兩端鋼絲繩同時下放。全部測斜儀安裝入孔后，抽出鋼絲繩。

（6）在進行連接安裝時，小心旋轉(zhuǎn)螺絲，并握緊已經(jīng)入孔的下部分，防止用力過猛使滑輪被旋到導(dǎo)槽外面。

（7）安裝時要注意電纜應(yīng)分開綁扎到滑輪兩側(cè)方向，可避免阻礙滑輪在導(dǎo)槽中的運行。

5 結(jié)束語

固定式測斜儀在大壩監(jiān)測中意義重大，然而在實際安裝埋設(shè)中由于測斜儀自身的結(jié)構(gòu)問題和埋設(shè)過程中的疏忽，可能會出現(xiàn)測斜儀落底，造成測斜儀受到外力作用，不能在自由傾斜狀態(tài)下工作，從而不能代表測斜管的真實傾斜。本文深入地分析了導(dǎo)致上述問題的原因，主要在儀器結(jié)構(gòu)和埋設(shè)方法上進行改進，采用新的儀器連接工藝和埋設(shè)方法，有效地防止測斜儀落底，達到監(jiān)測目的。

［1］肖光岐.固定式測斜儀的研制與應(yīng)用［J］.煤炭科學技術(shù)，1996，（8）.

［2］李桂平，等.基于高精度雙軸敏感元件研制的二維固定式測斜儀［J］.西北水電，2011，（9）.

［3］袁培進，等.測斜儀數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)［J］.大壩觀測與土工測試，1991，（6）.

［4］嚴人覺.測斜儀的數(shù)據(jù)處理［J］.工業(yè)建筑，1982，（11）.