固定式测斜仪安装方法改进研究

李家仁，宋燕敏，文茂华，张 毅

（1长江空间信息技术工程有限公司（武汉），武汉 430010；2中国水利水电建设工程咨询西北公司，西安 710001）

1 引 言

糯扎渡水电站位于云南省思茅市境内，拦河大坝为黏土心墙堆石坝，坝顶高程821.5m，最大坝高为261.5m。

为了了解掺砾黏土心墙的内部扰动情况，在心墙坝轴线布设3条活动式测斜管。因堆石坝较高（最大坝高为261.5m），在最大坝高处布设1条固定式测斜仪管线，管内设计埋设45支固定式测斜仪传感器，每支传感器间距6m。

2 测斜仪结构及工作原理

固定式测斜仪由测斜管和一组串联安装的固定式测斜传感器组成。本工程选用的固定式测斜仪由美国达汉土工公司供货。从下至上依次由底部滑轮、传感器、标距杆组成，信号电缆从传感器上部引出。每段上部用φ6钢丝绳连接到管口固定装置。固定式测斜仪结构如图1所示。考虑受力情况，需要分段埋设。

图1 固定式测斜仪结构图

固定式测斜仪的工作原理是：测斜管底部埋入混凝土内作为固定端，当掺砾黏土心墙内部发生位移时，测斜管管体产生倾斜，从而引起安装在管内的传感器发生倾斜，通过传感器测量固定在测斜管某一高程上传感器的倾斜信号，计算该传感器的倾斜值或角度。再根据传感器的标距长度计算该段测斜管的位移偏移量。

将信号电缆芯线按照表1所示连接到读数仪对应的接线柱上，读取A轴、B轴（分别对应大坝上下游和左右岸）电压和热敏电阻值。

表1 信号电缆芯线

根据下述公式计算A轴或B轴的倾斜值：

其中C3～C0为A轴或B轴的系数，Vo1ts为A轴或B轴的输出电压。

进行温度修正后的倾斜值：

其中T1～T0为温度系数，TdegC为热敏电阻值。

计算传感器标距长度的偏移量：

根据传感器的初始偏移量和当前偏移量计算传感器的位移值：

3 出现的问题及原因分析

2009年9月25日埋设第一段共12套，埋设高程从▽559.6到▽622.2。仪器埋设后按照技术要求进行观测。自2009年10月22日起，最下面的7套仪器（DB－B－INI－01～07）观测值出现突变，见表2，其变化过程线如图2所示。

按照仪器6m标距进行计算，传感器上下游方向最大偏移量达到121.88mm。而与其相距仅9m的C断面活动式测斜管的上下游方向最大偏移量不超过30mm。从活动式测斜管的最大偏移量以及测斜管的柔性分析，该固定式测斜管的最大偏移量不可能达到121.88mm。即该监测成果不能反应心墙的实际性态。

表2 第一套固定式测斜仪偏移值变化表

图2 第一段固定式测斜仪前期观测图

因其计算方法是由传感器的倾斜换算到标距杆的偏移，只有当测斜仪落底，标距杆被压断，使传感器偏离测斜管中心线，导致偏移量错误，不能代表测斜管的真实倾斜。传感器落底有以下两个原因：

一是因最底部的传感器距孔底仅0.6m，而12套测斜仪安装在72m深的测斜管中，其重量全部压在测斜管管口。按每3m长的测斜管要加一个0.75m长的伸缩节计算，72m测斜管最大压缩量为2.88m。若测斜管承受12套测斜仪的重量后被压缩，加上黏土心墙的自然沉降，则很容易使测斜仪落底。

二是标距杆的两端均是用膨胀螺栓连接，见图3所示。当膨胀螺丝拧紧后，螺丝挤压楔形块，使两楔形块相互错开，斜撑在标距杆内壁上。如果测斜仪水平放置，膨胀螺栓所受轴心拉力不大，是不会产生脱落的。而本工程是竖直放置在测斜管内，安装在上部的测斜仪除承受本套测斜仪的自重外，还承受安装在下部的其它测斜仪的重力，而标距杆内壁比较光滑，即使安装时膨胀螺栓拧得比较紧，在有水的测斜管内，长期承受测斜仪向下的拉力，可能被拉脱，使部分测斜仪落底。

图3 用膨胀螺栓连接的固定式测斜仪

4 安装方法改进

4.1 仪器结构的改进

鉴于上述原因，必须对连接件进行改进。首先将膨胀螺栓安装到标距杆上，拧紧螺丝。然后，用氩弧焊将螺丝焊接到标距杆上，使膨胀螺栓和标距杆形成一个整体，见图4。

图4 焊接后的标距杆

4.2 埋设方法的改进

除改进测斜仪结构外，在埋设方法上也进行改进，要点如下：

（1）用全站仪测量测斜管管口三维坐标，其高程是最主要的。

（2）用活动式测斜仪（测量前用模拟探头检查导槽是否顺畅）测量测斜管的倾斜，同时测量测斜管的有效孔深，根据孔深和管口高程计算孔底高程。

（3）精确测量1套连接后的固定式测斜仪的长度，然后根据有效孔深和1套固定式测斜仪的长度计算需要安装几套固定式测斜仪。

（4）为了避免因测斜管被压缩和大坝的自然沉降而使测斜仪落底，安装时将底部预留3米空间，上部到孔口的间距尽可能安排得较小（0.5m左右）。

（5）为了防止安装不慎而使测斜仪掉落，在第1套测斜仪的底部穿1根保护钢丝绳，钢丝绳不固定。两端预留大于孔深的长度，安装时，两端钢丝绳同时下放。全部测斜仪安装入孔后，抽出钢丝绳。

（6）在进行连接安装时，小心旋转螺丝，并握紧已经入孔的下部分，防止用力过猛使滑轮被旋到导槽外面。

（7）安装时要注意电缆应分开绑扎到滑轮两侧方向，可避免阻碍滑轮在导槽中的运行。

5 结束语

固定式测斜仪在大坝监测中意义重大，然而在实际安装埋设中由于测斜仪自身的结构问题和埋设过程中的疏忽，可能会出现测斜仪落底，造成测斜仪受到外力作用，不能在自由倾斜状态下工作，从而不能代表测斜管的真实倾斜。本文深入地分析了导致上述问题的原因，主要在仪器结构和埋设方法上进行改进，采用新的仪器连接工艺和埋设方法，有效地防止测斜仪落底，达到监测目的。

［1］肖光岐.固定式测斜仪的研制与应用［J］.煤炭科学技术，1996，（8）.

［2］李桂平，等.基于高精度双轴敏感元件研制的二维固定式测斜仪［J］.西北水电，2011，（9）.

［3］袁培进，等.测斜仪数据采集与处理系统［J］.大坝观测与土工测试，1991，（6）.

［4］严人觉.测斜仪的数据处理［J］.工业建筑，1982，（11）.