西藏某水电站厂房边坡监测施工方案.docx

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西藏某水电站厂房边坡监测施工方案

西藏某水电站土建及

金属结构安装工程厂房边坡仪器监测工程

（多点位移计）

施工组织计划

二OO二年七月

1.概述3

1.1观测目的3

1.2多点位移计的结构、部件及主要性能指标3

1.3设计的仪器数量与布置4

1.4仪器的采购与安装进度计划4

2.仪器的现场检查与率定4

2.1场检验的目的与要求4

2.2仪器到货后各部件的常规检查5

2.3位移传感器的常规检查5

2.4位移传感器的现场率定与检验表格6

2.5位移传感器的现场验收标准8

3多点位移计的安装8

3.1钻孔与要求8

3.2灌浆锚头式位移计的安装9

3.3测头组件及传感器的安装与调试9

3.4电缆的安装与保护10

3.5安装记录表10

4.观测与记录10

4.1初读数10

4.2观测频次与要求10

4.3观测记录表10

5.数据整理与成果提交11

5.1相对位移计的计算11

5.2测点绝对位移的计算11

5.3温度修正12

5.4观测成果与评价12

5.5资料、报告提交12

1.概述

1.1观测目的

多点位移计用于观测边坡或围岩内部各测点沿钻孔轴线方向的位移，它可以提供边坡或隧洞围岩表面和内部的位移分布，确定边坡或隧洞围岩的变形是否稳定。

本工程中使用位移计的主要目的是了解厂房后边坡在锚索施工时的变形大小及变化发展过程，经过连续的长期监测了解厂房后边坡的稳定性动态，评价边坡在施工期及运行期的稳定性。

1.2多点位移计的结构、部件及主要性能指标

根据施工设计图，本工程使用的位移计为北京Geokon公司生产的A-4型仪器。

位移计的结构与一般监测仪器不同，它不是由单个元件组成的，而是由几个部分组成的位移测量系统。

1锚固部分：

锚头用于与围岩锚固在一起以保证同步位移。

根据设计图，本工程使用的位移计为4点式，每套位移计有4个锚头，分别布置在孔内24.0m、34.0m、44.0m和56.0m处。

锚头采用灌浆锚头，仪器安装调试，需灌浆回填。

2位移传递部分：

用测杆与锚头联接，将位移传递到孔口，此部分包括测杆和保护管。

A-6型位移计采用连续的玻纤杆（直径为1／4〃）作为测杆，同时用1／2〃直径的聚乙烯管作为保护管。

根据设计图，每套位移计有4根测杆，其长度分别为24.0m、34.0m、44.0m和56.0m。

此部分已根据定货要求在工厂预先裁制并组装完成。

3位移计测头组件：

测头组件位于孔口，用于安装位移传感器并引出电缆，在测头组杆内安装一只热敏电阻温度计，测头组件应与孔壁牢固地结合成一体。

4位移传感器：

位移传感器位于测头组件内并与测杆联接，用于将锚头的位移转换成频率信号输出。

根据设计图，每套位移计有4支位移传感器，传感器的型号为4450，量程为50mm。

其主要的性能指标为：

分辨率：

0.025%F.S.R

线性度：

0.25%F.S.R

温度引起的零点漂移：

＜0.05%FSR/1℃

稳定性：

＜0.2%F.S.R1年

工作温度：

-40~+60℃

关于多点位移计更详细的情况，请参考《A-6型多点位移计安装使用手册》和《4450型振弦式位移传感器使用手册》。

1.3设计的仪器数量与布置

根据设计图，在厂房后边坡布置了两个观测断面，断面桩号为厂横0+039.07、厂横0+008.2。

在每个观测断面，布置了3套位移计，位移计钻孔和安装方向为水平下倾15°。

目前，厂房边坡共计布置6套多点位移计。

1.4仪器的采购与安装进度计划

位移计的采购分为一次完成。

定货时间安排在2002年7月初，计6套位移计，仪器将于2002年7月低或8月抵达现场。

由于多点位移计钻孔需要时间，预计厂房边坡的第一支位移计安装时间在2002年8月中下旬，所有的多点位移计将在厂房预应力锚索张拉前全部完成安装。

仪器安装后，将电缆接线并引至厂房坡脚处进行集中观测。

施工后期，再将仪器观测电缆引至位于副厂房的集线箱内集中观测。

2.仪器的现场检查与率定

2.1场检验的目的与要求

多点位移计的主要电气部件为位移传感器。

仪器出厂前，厂家对每支传感器皆进行了率定，并给出了率定报告，表明仪器符合《混凝土大坝监测规范》的要求，故厂家的率定报告可起到仪器合格证的作用。

多点位移计由几大部件组成，仪器运抵工地后应对各部件逐向进行检查。

现场检验的目的主要为：

检验仪器各部件的完整性及是否配套，校核仪器出厂参数的可靠性及资料的完备性；检验仪器工作状况的稳定性。

根据技术规范，现场检查、测试和率定工作应在仪器安装前14天完成。

本工作程序制定了详细的检查和率定项目及要求，提出了位移传感器的验收标准。

2.2仪器到货后各部件的常规检查

资料的完备性检查：

仪器的型号、尺寸是否与设计或订货的一致，仪器出厂时的率定卡片是否齐全，是否有仪器说明书，仪器上是否有铭牌，仪器的出厂编号是否与率定卡片一致等内容。

锚固部分的检查：

检查锚头数量、型号；检查锚头与测杆的联接是否可靠；检查各液压锚头是否能正常工作；检查相关配件如油压管、密封环等是否完备。

测杆部分的检查：

检查各测杆长度是否与定货一致，检查测杆与传感器的联接是否可靠，检查测杆及护管是否有损伤。

测头组件的检查：

检查测头组件是否与定货一致（4点式），检查测头组件与传感器的联接与固定是否可靠，检查测头组件的引出电缆，检查测头组件内的热敏电阻温度计是否正常。

其它配件的检查：

是否有专用的安装工具，是否有专用电缆接头，是否有备用螺钉、密封环等。

2.3位移传感器的常规检查

仪器的外观检查：

仔细检查仪器外部有无损伤痕迹、锈斑；引出的电缆是否有损伤等。

在一套多点位移计中，有一支位移传感器带热敏电阻，引出的电缆为4芯；其余三支故位移传感器不再含有热敏电阻，引出的电缆为2芯。

仪器的电阻检查：

用万用表测量仪器的线路有无断线或短路；用欧姆表测定导线电阻是否合乎要求。

在正常情况下，仪器引线之间的电阻应在180Ω±10Ω之间。

仪器读数的常规检查：

在运输过程中，位移传感器的移动轴处于零量程附近，传感器的读数应在2000~2100个数值之间。

个别仪器的读数可能会与上述数值有少量出入，一般不会对仪器质量有太大的影响，但测值明显偏高或偏低可能是仪器故障引起的。

防水密封性检查：

Geokon位移传感器经过完全密封并可在250psi的水压环境下工作。

本项检查将仪器浸泡在水中8小时，检查其读数是否正常和稳定，无渗漏且读数正常的仪器为合格仪器。

稳定性检验（零点漂移检查）：

将位移传感器的对中销子置于管上缺口，并放置在桌面上，在72小时内每8小时观测一次读数并记录，读数变化应小于±0.25%FSR。

（既±12个数值内）

2.4位移传感器的现场率定与检验表格

2.4.1率定设备与率定分级

主要率定设备和仪器：

大应变计率定架、特制夹具、百分表和游标卡尺、磁性表座、频率计等。

率定分级：

在50mm量程范围内分为5级，每级10mm。

2.4.2率定过程

1将位移传感器固定在大应变计率定架上的固定夹具上，将其移动轴与率定架活动的夹具连接好，安装好磁性表座及百分表，摇动率定架的手柄使传感器至满量程，然后反方向摇动手柄回零，重复2次后开始率定。

2按率定分级，从零点开始，摇动手柄使传感器的移动轴向外拉伸，每10mm用频率计读取仪器的读数（读数值为f2/1000，f为频率值）。

③当达到传感器的满量程后，反方向摇动手柄，使传感器的移动轴向内压缩。

每10mm用频率计读取仪器的读数到零点为止。

3退回零点后，保持3分钟，测取零点读数，然后按②、③步骤进行下一个率定循环，位移传感器率定共进行两个拉、压循环。

2.4.3率定结果的计算

位移传感器由振弦传感单元及经过热处理的弹簧组成，弹簧的一端连接在钢弦上，另一端连接在测杆（移动轴）上。

当移动轴从传感器体中拉出时，弹簧伸长引起钢弦的拉力增加从而引起其振动频率的变化，位移的变化与振动频率的平方成正比。

按403型读数仪的显示，其读数值R为f2/1000，f为钢弦的自振频率值。

故位移与读数之间的换算公式为：

Ui=C*（Ri-R0）-----------------------------

（1）

式中：

Ui-----i时刻的位移值（mm）

C-----率定系数（mm/digit）

Ri-----i时的读数（digit）

R0----初始读数值（digit）

将两个拉压率定循环的读数与对应位移值在U-R坐标系内，按率定过程可绘制4条校准曲线，将两次拉伸率定过程的读数平均，可得到进程平均校准曲线。

将两次压缩率定过程的读数平均可得到回程平均校准曲线。

将两个率定循环的所有数据按最小二乘法回归，可得到位移传感器的工作特性直线：

R=a-b*U------------------------------

（2）

其中：

a-----最小二乘法直线的截距

b-----最小二乘法直线的斜率

在实际应用中，率定系数C=1/b

将零点时的多次读数平均得到零点输出读数R0，将满量程时的多次读数平均得到满量程读数Rn，则额定输出的读数差△R

△R=R0-Rn------------------------------------------（3）

位移传感器的特征指标的计算公式如下：

分辨率：

r=1/△R×100%FSR---------------------------（4）

非直线度：

L=△fL/△R×100%FSR----------------------（5）

滞后误差：

H=△fH/△R×100%FSR----------------------（6）

不重复度：

R=△fR/△R×100%FSR----------------------（7）

综合误差：

Ec=△fc/△R×100%FSR---------------------（8）

其中：

△fL-------平均校准曲线与工作直线偏差的最大值；

△fH------回程平均校准曲线与进程平均校准曲线，荷载相同测试点读数偏差的最大值；

△fR-------进程和回程重复校准时，各测试点读数偏差的最大值；

△fc------进程平均校准曲线和回程平均校准曲线二者与工作直线偏差的最大值；

2.4.4位移传感器检验及率定表格

对每一支位移传感器根据上述检验及率定内容皆制定了一张现场检验与率定表格，其格式见表1。

2.5位移传感器的现场验收标准

在现场检查的各项内容合格的情况下，位移传感器现场率定结果应满足如下验收标准：

分辨率：

≤0.05%FSR

不重复度：

≤0.25%FSR

滞后误差：

≤0.50%FSR

非直线度：

≤0.50%FSR

综合误差：

≤0.50%FSR；

另外，现场率定系数与厂家率定系数应进行比较，一般情况下，两者之间的差别应小于3%。

在比较率定结果时应将英制单位转换为公制单位。

上述传感器的验收标准可根据现场率定结果和工程师指示进行必要调整。

3多点位移计的安装

3.1钻孔与要求

根据技术规范,多点位移计钻孔应取芯钻进，并保存岩心。

本工程将使用100型坑道钻机实施位移计的钻孔，可采用金刚石钻头钻进。

对钻孔的一般要求如下：

1孔径：

开孔1.0m段用于测头组件的安装，孔径为φ110mm,然后变径至φ76mm至终孔。

2孔深：

孔深应大于最深锚固点0.5m~1.0m,根据设计图，最深锚固点深度为56.0m，故钻孔深度应在56.50m~57.0m之间。

3孔位及孔向：

在钻孔前应根据设计图测量孔位，然后安装钻机钻孔。

孔位误差应小于±5cm。

在钻孔完成后应重新测量钻孔的坐标及孔向。

4钻芯采取率：

钻芯采取率应大于80%。

5钻孔护壁措施：

当孔内岩石破碎或冲洗液漏失严重时，必须采取回填灌浆措施护壁，然后重新扫孔钻进，以保证安装时灌浆锚固的效果。

6岩芯保存：

采用木质岩芯箱收集并保存岩芯，并在适当的时机根据工程的指示将岩芯移交工程师或业主，或者废弃。

⑦地质编录及资料提交：

应对钻孔岩芯进行地质编录，提交岩芯素描图、钻孔标状图、岩芯彩色照片及钻孔工作班报表。

3.2灌浆锚头式位移计的安装

在仪器安装前应检查钻孔的通畅情况及孔深，如不能满足要求时应重新扫孔。

A-4型位移计的锚头及测杆部分已在工厂组装完成，这给安装带来了方便。

灌浆锚头式位移计的安装步骤如下：

①将捆扎成盘状的玻纤杆及护管锚头松开，使其伸直，将灌浆管与最深锚头及测杆并排布置并绑扎在一起。

灌浆管长度大于钻孔深度5.0m。

②将测头组件及传感器与测杆联接并调试初读数（见后面的3.4节）

③将组装好的仪器缓慢放入钻孔内，将电缆引出，将排气管插入孔内１.5m左右，孔外预留3.0～5.0m的排气管。

④封孔：

将孔口部位的测头组件与钻孔之间的间隙用速凝水泥回填并尽可能使其密实，待封孔水泥初凝后可开始灌浆。

5将灌浆管和灌浆泵联接，按水灰比0.5配置浓浆。

水平孔一般采用低压灌浆，待排气管排出浓浆后可暂停灌浆，15分钟后可再次灌浆。

待排气管再次排出浓浆后，将灌浆管扎死闭浆。

必要时还可从排气管再次给孔内注浆，以保证灌浆质量。

6灌浆完成后24小时内，测取初读数。

3.3测头组件及传感器的安装与调试

　　①测头组件上有4个孔用来安装传感器，并有相应的编号（1、2、3、4），测杆上亦有编号（1、2、3、4），其中1＃对应56.0m处测点，2＃对应44.0m处测点，3＃对应34.0m处测点，4＃对应24.0m处测点。

在安装传感器时，元件与测杆的编号应一一对应，并记录下传感器的出厂编号，以免引起混乱。

②安装前传感器上的轴销应置于管口上的缺口位置，防止移动轴的扭转。

4在将传感器与测杆联结时，旋转传感器，使用10~32＃螺丝锁紧传感器轴。

④调试：

将传感器电缆接到读数仪上，轻轻拉仪器管，让仪器轴销从管上缺口伸出。

本边坡的预计变形朝洞内方向，故可将元件处于量程的1／3处，其读数约在3500个数值附近。

⑤当元件读数处于合适的位置时，卡紧仪器有电缆的一端，并将电缆与测头组件的电缆联结。

在所有传感器安装及调试过程中，应避免仪器移动轴发生旋转。

⑥安装上保护罩并密封，完成传感器的安装。

3.4电缆的安装与保护

4点式位移计的引出电缆为10芯，并分为4组，每组标明有测点号1＃、2＃、3＃、4＃。

仪器安装后，电缆应接长并引至坡脚，电缆由PVC管保护。

边坡施工时，应专人看管，以免施工破坏。

施工后期，所有电缆应再接长并引至集线箱。

3.5安装记录表

每套位移计有一张安装记录表,其格式见表2。

4.观测与记录

4.1初读数

在安装传感器时,使读数处于仪器量程的1／3处。

灌浆完毕后24小时测取各测点的初读数。

4.2观测频次与要求

观测频次：

在安装初期的5天内，每天观测2次，6～15天，每天观测1次；16～30天，每2天观测1次；30天以后，每周观测1～2次。

观测频次可根据仪器读数的变化进行调整，当读数变化明显时，应加密观测。

观测时应至少有2人在场，当读数有明显变化（如大于50个读数）时应重测并寻找原因。

观测时应记录相应的施工情况，以便对观测成果进行综合分析。

4.3观测记录表

观测记录表的样式见表3。

5.数据整理与成果提交

5.1相对位移计的计算

比较每只传感器的现时读数与初读数，可计算出各测点相对于测头组件的位移，称为相对位移，其计算公式为：

Ui‵=C*（Rit-Rio）------------------------------（9）

其中：

Ui‵-----i测点的相对位移（mm），

c-----率定系数（mm/digit），

Rio-----i测点在仪器安装后的初读数（digit），

Rit-----i测点在t时刻的读数（digit）。

由此计算出各测点在t时刻的位移为U1‵、U2‵、U3‵、U4‵，分别对应于56.0m（P1点）、44.0m（P2点）、34.0m（P2点）和24.0m（P3点）处的测点。

此位移值为正数时表明测点与测头组件的距离增大。

5.2测点绝对位移的计算

上述相对位移为各测点相对边坡表面的位移，而边坡表面本身是存在位移的，应进行转换。

假定最深测点（P1点）已处于边坡的稳定岩体内，可作为不动点，则可将各测点的相对位移转换为以不动点为基准的位移，称为绝对位移。

其计算公式为：

U4=U1＇-U4＇------------------------------（10）

U3=U1＇-U3＇------------------------------（11）

U2=U1＇-U2＇------------------------------（12）

U1=U1＇-U1＇=0------------------------------（13）

U0=U1＇------------------------------（14）

其中：

U0-----围岩表面的绝对位移值，

P1为不动点，其位移为零。

U2-----P2点的绝对位移，

U3-----P3点的绝对位移，

U4-----P4点的绝对位移，

位移方向以朝边坡外变形为正，否则为负。

5.3温度修正

4450型位移传感器受热膨胀的影响很小，在许多情况下不必进行温度修正。

如果需要，可在计算相对位移时进行修正，如下式：

F=C*（R0-R1）+K（T0-T1）-----------------（15）

其中：

T1-----当前温度，

T0-----初始温度，

K-----温度系数，由仪器厂家提供。

5.4观测成果与评价

根据上述计算公式，可编制计算程序。

在每次观测工作完成24小时内将观测数据输入计算机。

多点位移计的观测成果主要有：

1测点位移与时间的关系过程线，用来评价边坡位移的过程及趋势，判断边坡是否稳定。

2测点位移与钻孔深度的关系，用来了解边坡内部位移的分布及边坡岩体的松弛区范围。

3边坡变形分布示意图，了解边坡各部位的变形情况。

④综合图表：

将围岩的变形与其他观测物理量进行对比研究，找出其相互关系并作综合分析。

5.5资料、报告提交

根据技术规范，承包商负责施工期及工程移交前的观测、读数及资料整理、分析工作，我们考虑的观测成果提交为：

1）、月报：

在仪器安装初期（2002年8月～12月），每月提交一次观测成果。

2）、季报：

从2003年第一季度开始，每季度提交一次监测成果报告。

3）、年度报告：

在2002年、2003年和2004年2月分别提交年度监测成果分析报告，年度报告同时对本年度的监测工作进行总结。

4）、竣工报告：

在工程竣工时提交监测工程竣工报告和监测成果分析总报告，提交竣工资料和竣工图纸。

上述观测成果报告的提交针对所有仪器，此计划供工程师审批。

位移传感器现场检查与率定报告

仪器型号：

4450厂家编号：

量程：

50mm生产厂家:

Geokon

率定卡片OK外观检查防水检查时间结论

元件电阻中点读数零点读数结论

稳定性检验：

检验时间结论

时间

读数

温度

率定时间：

温度湿度：

%率定分级：

5级,每级10mm

位移

（mm）

第一循环

第二循环

平均值

回归值

拉出

压进

拉出

压进

进程

回程

00.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

回归结果：

现场率定系数C：