李家仁，宋燕敏，文茂華，張 毅

（1長(zhǎng)江空間信息技術(shù)工程有限公司（武漢），武漢 430010；2中國(guó)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(dòng)情況，在心墻壩軸線布設(shè)3條活動(dòng)式測(cè)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(cè)斜儀管線，管內(nèi)設(shè)計(jì)埋設(shè)45支固定式測(cè)斜儀傳感器，每支傳感器間距6m。

2 測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)及工作原理

固定式測(cè)斜儀由測(cè)斜管和一組串聯(lián)安裝的固定式測(cè)斜傳感器組成。本工程選用的固定式測(cè)斜儀由美國(guó)達(dá)漢土工公司供貨。從下至上依次由底部滑輪、傳感器、標(biāo)距桿組成，信號(hào)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(cè)斜儀結(jié)構(gòu)如圖1所示?？紤]受力情況，需要分段埋設(shè)。

圖1 固定式測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)圖

固定式測(cè)斜儀的工作原理是：測(cè)斜管底部埋入混凝土內(nèi)作為固定端，當(dāng)摻礫黏土心墻內(nèi)部發(fā)生位移時(shí)，測(cè)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(guò)傳感器測(cè)量固定在測(cè)斜管某一高程上傳感器的傾斜信號(hào)，計(jì)算該傳感器的傾斜值或角度。再根據(jù)傳感器的標(biāo)距長(zhǎng)度計(jì)算該段測(cè)斜管的位移偏移量。

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

表1 信號(hào)電纜芯線

根據(jù)下述公式計(jì)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(jìn)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(jì)算傳感器標(biāo)距長(zhǎng)度的偏移量：

根據(jù)傳感器的初始偏移量和當(dāng)前偏移量計(jì)算傳感器的位移值：

3 出現(xiàn)的問(wèn)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(jìn)行觀測(cè)。自2009年10月22日起，最下面的7套儀器（DB－B－INI－01～07）觀測(cè)值出現(xiàn)突變，見(jiàn)表2，其變化過(guò)程線如圖2所示。

按照儀器6m標(biāo)距進(jìn)行計(jì)算，傳感器上下游方向最大偏移量達(dá)到121.88mm。而與其相距僅9m的C斷面活動(dòng)式測(cè)斜管的上下游方向最大偏移量不超過(guò)30mm。從活動(dòng)式測(cè)斜管的最大偏移量以及測(cè)斜管的柔性分析，該固定式測(cè)斜管的最大偏移量不可能達(dá)到121.88mm。即該監(jiān)測(cè)成果不能反應(yīng)心墻的實(shí)際性態(tài)。

表2 第一套固定式測(cè)斜儀偏移值變化表

圖2 第一段固定式測(cè)斜儀前期觀測(cè)圖

因其計(jì)算方法是由傳感器的傾斜換算到標(biāo)距桿的偏移，只有當(dāng)測(cè)斜儀落底，標(biāo)距桿被壓斷，使傳感器偏離測(cè)斜管中心線，導(dǎo)致偏移量錯(cuò)誤，不能代表測(cè)斜管的真實(shí)傾斜。傳感器落底有以下兩個(gè)原因：

一是因最底部的傳感器距孔底僅0.6m，而12套測(cè)斜儀安裝在72m深的測(cè)斜管中，其重量全部壓在測(cè)斜管管口。按每3m長(zhǎng)的測(cè)斜管要加一個(gè)0.75m長(zhǎng)的伸縮節(jié)計(jì)算，72m測(cè)斜管最大壓縮量為2.88m。若測(cè)斜管承受12套測(cè)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(cè)斜儀落底。

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

圖3 用膨脹螺栓連接的固定式測(cè)斜儀

4 安裝方法改進(jìn)

4.1 儀器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

鑒于上述原因，必須對(duì)連接件進(jìn)行改進(jìn)。首先將膨脹螺栓安裝到標(biāo)距桿上，擰緊螺絲。然后，用氬弧焊將螺絲焊接到標(biāo)距桿上，使膨脹螺栓和標(biāo)距桿形成一個(gè)整體，見(jiàn)圖4。

圖4 焊接后的標(biāo)距桿

4.2 埋設(shè)方法的改進(jìn)

除改進(jìn)測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)外，在埋設(shè)方法上也進(jìn)行改進(jìn)，要點(diǎn)如下：

（1）用全站儀測(cè)量測(cè)斜管管口三維坐標(biāo)，其高程是最主要的。

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

（3）精確測(cè)量1套連接后的固定式測(cè)斜儀的長(zhǎng)度，然后根據(jù)有效孔深和1套固定式測(cè)斜儀的長(zhǎng)度計(jì)算需要安裝幾套固定式測(cè)斜儀。

（4）為了避免因測(cè)斜管被壓縮和大壩的自然沉降而使測(cè)斜儀落底，安裝時(shí)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(cè)斜儀掉落，在第1套測(cè)斜儀的底部穿1根保護(hù)鋼絲繩，鋼絲繩不固定。兩端預(yù)留大于孔深的長(zhǎng)度，安裝時(shí)，兩端鋼絲繩同時(shí)下放。全部測(cè)斜儀安裝入孔后，抽出鋼絲繩。

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

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

5 結(jié)束語(yǔ)

固定式測(cè)斜儀在大壩監(jiān)測(cè)中意義重大，然而在實(shí)際安裝埋設(shè)中由于測(cè)斜儀自身的結(jié)構(gòu)問(wèn)題和埋設(shè)過(guò)程中的疏忽，可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)斜儀落底，造成測(cè)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(cè)斜管的真實(shí)傾斜。本文深入地分析了導(dǎo)致上述問(wèn)題的原因，主要在儀器結(jié)構(gòu)和埋設(shè)方法上進(jìn)行改進(jìn)，采用新的儀器連接工藝和埋設(shè)方法，有效地防止測(cè)斜儀落底，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。

［1］肖光岐.固定式測(cè)斜儀的研制與應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)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(cè)斜儀［J］.西北水電，2011，（9）.

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

［4］嚴(yán)人覺(jué).測(cè)斜儀的數(shù)據(jù)處理［J］.工業(yè)建筑，1982，（11）.