關(guān)于巖土工程安全監(jiān)測工程現(xiàn)場埋設(shè)施工技術(shù)的幾個(gè)問題分析

鐘益斌，王洪巖，張　岳

（1.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南昆明，650214；2.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100024；）

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關(guān)于巖土工程安全監(jiān)測工程現(xiàn)場埋設(shè)施工技術(shù)的幾個(gè)問題分析

鐘益斌1，王洪巖2，張?jiān)?

（1.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南昆明，650214；2.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100024；）

為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性、可靠性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性等，對監(jiān)測施工提出了較高的要求。監(jiān)測施工主要包括施工前準(zhǔn)備、儀器現(xiàn)場檢驗(yàn)率定、監(jiān)測儀器安裝、電纜連接及保護(hù)以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集及分析。

巖土工程；監(jiān)測儀器；電纜連接；數(shù)據(jù)采集

0　前言

隨著社會的發(fā)展，世界各國的水利水電及公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，日新月異、突飛猛進(jìn)。在工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，巖土工程安全監(jiān)測工作顯得尤為重要，根據(jù)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可提前預(yù)知巖土工程變形趨勢及變化量，以便土建工程施工提前采取相應(yīng)措施，避免重大事故的發(fā)生，加快施工進(jìn)度。如果沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，工程項(xiàng)目難以順利實(shí)施，然而現(xiàn)場如何確保監(jiān)測工作的有效實(shí)施，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性、可靠性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性，第一時(shí)間把最完整的資料提供給施工各方，值得進(jìn)一步探討。

1　儀器安裝前的技術(shù)準(zhǔn)備工作

技術(shù)準(zhǔn)備的目的是了解設(shè)計(jì)意圖、布置和技術(shù)規(guī)程，以便滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。技術(shù)準(zhǔn)備的主要內(nèi)容有：

（1）閱讀監(jiān)測工程設(shè)計(jì)圖紙、報(bào)告及各項(xiàng)技術(shù)規(guī)程，熟知設(shè)計(jì)意圖和監(jiān)測實(shí)施的技術(shù)方法與標(biāo)準(zhǔn)。

（2）設(shè)計(jì)交底與技術(shù)培訓(xùn)：通過設(shè)計(jì)交底使工作人員更加了解設(shè)計(jì)意圖，明確監(jiān)測目的與意義。通過培訓(xùn)，使工作人員了解技術(shù)方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及施工注意事項(xiàng)，確保施工質(zhì)量。

（3）考察現(xiàn)場條件，制定施工方案：監(jiān)測工程的施工是與其他工程交叉進(jìn)行的，儀器安裝埋設(shè)施工既要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，又要克服惡劣環(huán)境的影響，避免干擾。因此，儀器安裝埋設(shè)前，對現(xiàn)場條件要進(jìn)行全面的考察，提出具體措施與施工方案（包括進(jìn)度計(jì)劃），在施工過程中還要根據(jù)條件變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2　儀器的現(xiàn)場驗(yàn)收及檢驗(yàn)率定

2.1儀器設(shè)備現(xiàn)場驗(yàn)收

根據(jù)開工申請、施工組織報(bào)告及設(shè)計(jì)技術(shù)要求，儀器進(jìn)入現(xiàn)場后，應(yīng)在監(jiān)理的主持下，由設(shè)計(jì)部門、業(yè)主方進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收。

儀器設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后，應(yīng)及時(shí)通知施工各方組織驗(yàn)收，驗(yàn)收過程中應(yīng)檢查生產(chǎn)廠家資質(zhì)證明，如生產(chǎn)許可證、使用說明書、體系認(rèn)證證書、率定資料、檢驗(yàn)合格證、裝箱單等是否齊全，包裝是否規(guī)范，儀器外觀是否良好，測讀是否正常。儀器技術(shù)參數(shù)及數(shù)量是否與設(shè)計(jì)要求相符，若有疑問應(yīng)及時(shí)與廠家聯(lián)系。

2.2儀器設(shè)備現(xiàn)場檢驗(yàn)和率定

在埋設(shè)安全監(jiān)測儀器之前，都要逐一進(jìn)行檢驗(yàn)率定，主要目的是檢查儀器的工作性能、靈敏度，率定儀器的工作曲線。檢驗(yàn)率定的主要內(nèi)容是進(jìn)行力學(xué)性能、溫度性能和防水性能的檢驗(yàn)率定，其中儀器力學(xué)性能的檢驗(yàn)率定最重要。只有檢驗(yàn)合格、率定曲線符合性良好的儀器才能在工程中使用。

巖土工程監(jiān)測一般選用有多年生產(chǎn)歷史及多個(gè)工程實(shí)踐應(yīng)用實(shí)例的正規(guī)儀器廠家的儀器設(shè)備，儀器出廠時(shí)都進(jìn)行了各項(xiàng)檢驗(yàn)與標(biāo)定，并附有標(biāo)定卡片及合格證。但從儀器出廠到安裝前還有運(yùn)輸、儲存等環(huán)節(jié)，儀器的性能可能會發(fā)生變化。巖土工程內(nèi)部監(jiān)測中，監(jiān)測儀器大多在隱蔽的工作環(huán)境下長期運(yùn)行，儀器一旦安裝埋設(shè)，一般無法再進(jìn)行檢修和更換。因此，對所有將要埋設(shè)的儀器，必須在現(xiàn)場進(jìn)行全面的檢驗(yàn)和率定。其主要的任務(wù)是：校核儀器出廠參數(shù)的可靠性、檢驗(yàn)儀器工作的穩(wěn)定性，以檢驗(yàn)儀器在搬運(yùn)過程中是否損壞、保證儀器性能長期穩(wěn)定。

3　儀器的現(xiàn)場埋設(shè)安裝

觀測儀器的埋設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范、儀器說明書及現(xiàn)場監(jiān)理的要求實(shí)施，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映建筑物真實(shí)變形量。

4　觀測儀器電纜連接及保護(hù)

儀器與電纜的連接是保證監(jiān)測儀器能長期運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一。盡管儀器經(jīng)過各種測試保證無任何質(zhì)量問題，可若加長電纜或連接頭有問題，儀器也不能長期正常工作，故電纜與儀器的連接在安裝前必須引起足夠重視。

4.1電纜質(zhì)量的要求

監(jiān)測儀器的接長信號電纜應(yīng)具有耐油、耐酸、耐堿、防水和質(zhì)地柔軟的性能，電纜外保護(hù)套宜印有長度標(biāo)記。具體要求可參照SL 531-2012《大壩安全監(jiān)測儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

4.2電纜的連接

儀器接長信號電纜的連接依其外護(hù)套的材質(zhì)不同而采用不同的連接方法。PVC外護(hù)套電纜的連接宜采用熱縮套管法。橡膠外套電纜的連接宜采用硫化法。但在實(shí)際施工過程中，由于熱縮套管法相對操作方便，造價(jià)低廉，目前已被廣泛采用，硫化法在實(shí)際工程中已鮮有人使用，僅在有特殊要求的部位使用。

電纜熱縮套管法雖優(yōu)點(diǎn)明顯，但也不可避免存在一定不足。在實(shí)際使用過程中，熱縮套管法接線僅適用于耐水壓小于1.0 MPa的工程部位，而對于大中型水工建筑物，經(jīng)常有水壓力超過1.0 MPa的部位（如水電站的壓力管道、高壩壩基等），采用此法接線很難保證電纜接線的質(zhì)量，甚至?xí)绊懙奖O(jiān)測數(shù)據(jù)的正常讀數(shù)采集。而高水頭壓力的部位往往也是工程監(jiān)測的重點(diǎn)部位，為了保證該部位監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效、穩(wěn)定、可靠，采用耐水壓監(jiān)測儀器是必然的，而更重要的是在電纜接引的時(shí)候也要保證電纜接頭部位耐水壓要求。

當(dāng)接引的信號電纜有耐水壓要求時(shí)，硫化法是首選，因?yàn)槠湓谒娦袠I(yè)使用時(shí)間長、技術(shù)成熟，耐水壓能達(dá)到3.0 MPa甚至更高，但操作復(fù)雜、造價(jià)高是這種方法最突出的缺點(diǎn)。為了彌補(bǔ)以上方法的缺陷，有些廠家在熱縮套管法的基礎(chǔ)上研制出外護(hù)套強(qiáng)度更高和兩端密封更牢的專用接頭，稱為“專用接頭法”。

專用接頭法實(shí)際上就是在電纜進(jìn)行熱縮套管連接后再在接頭外增加特制的防水外殼（見圖1），這樣就提高了電纜接頭耐水壓的要求，實(shí)驗(yàn)證明其耐水壓最低能滿足3.0 MPa的要求。與硫化法相比，這種方法僅增加適當(dāng)?shù)某杀揪湍軡M足硫化法所具備的技術(shù)參數(shù)，且操作簡單。

圖1　專用接頭示意圖Fig.1 Special joint

通過壓水實(shí)驗(yàn)（結(jié)果見表1）得知，在5 MPa壓力作用下，采用熱縮管套管連接的普通接頭，10 d左右就出現(xiàn)絕緣下降，并迅速衰減，兩個(gè)月時(shí)間就會嚴(yán)重影響觀測數(shù)據(jù)，一年左右水會從接頭處滲透，從200 m外的端頭滴出。而采用專用接頭連接的電纜在高水壓下仍然能保持良好的絕緣性，且穩(wěn)定性也好。因此，在有耐水壓要求的部位使用專用接頭是可行的。

表1　5 MPa水壓下絕緣值對比Table 1 Insulation values with 5 MPa water pressure

4.3電纜的敷設(shè)及保護(hù)

觀測電纜走線是監(jiān)測施工的組成部分。電線走線和儀器安裝、埋設(shè)同等重要，設(shè)計(jì)與施工階段均應(yīng)予以重視。電纜走線有明走、暗走之分，但無論電纜采取什么樣的走線方式，其最終目的是保證監(jiān)測電纜的完整性，避免由于監(jiān)測電纜受損導(dǎo)致儀器無法正常讀數(shù)。具體如何走線不詳細(xì)描述，下面重點(diǎn)介紹在實(shí)際走線過程中容易忽略的問題。

（1）在進(jìn)行電纜敷設(shè)前，首先要熟悉設(shè)計(jì)圖紙和水工建筑物的整體建筑結(jié)構(gòu)，避免由于對建筑物不熟而導(dǎo)致監(jiān)測電纜漏埋、錯(cuò)埋。

（2）電線走線敷設(shè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照電纜走線設(shè)計(jì)圖和技術(shù)規(guī)范施工，盡可能減少電纜接頭。遇有特殊情況需要改變時(shí)，應(yīng)以設(shè)計(jì)修改通知為依據(jù)。

（3）由于地下工程施工的特殊性，開挖期地下工程進(jìn)行電纜敷設(shè)及保護(hù)一定要切實(shí)可靠，同時(shí)也對監(jiān)測施工人員提出了很高的要求。在進(jìn)行地下工程電纜走線時(shí)，首先要了解開挖期地下洞室的主要施工工序，根據(jù)主要施工工序結(jié)合監(jiān)測設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崆耙?guī)劃監(jiān)測電纜的敷設(shè)方案，盡量避免或減少洞室開挖爆破對電纜的損壞；其次要熟悉地下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，地下系統(tǒng)是比較復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行電纜走線時(shí)一定要考慮全面，尤其注意在洞室交叉部位及附近是否有電纜走線，做到盡可能的避讓，同時(shí)做好標(biāo)記并畫走線圖。

（4）做好電纜走線記錄是電纜敷設(shè)的最后一步，在實(shí)際工程中，這一點(diǎn)往往容易被忽略，實(shí)際上這是監(jiān)測電纜敷設(shè)最關(guān)鍵也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在很多工程中，由于監(jiān)測電纜敷設(shè)后沒有及時(shí)或沒有做好電纜走線記錄，后續(xù)工程施工損壞了監(jiān)測儀器電纜的情況屢見不鮮。

5　現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的采集與分析

儀器安裝埋設(shè)后，其初始值的選取非常重要，直接關(guān)系到以后觀測數(shù)據(jù)是否真實(shí)反映建筑物的實(shí)際變化量。若監(jiān)測數(shù)據(jù)小于建筑物的實(shí)際變化量，則監(jiān)測不到建筑物的安全隱患，容易發(fā)生重大事故；若監(jiān)測數(shù)據(jù)大于建筑物的實(shí)際變化量，則會造成對建筑物安全性的錯(cuò)誤判斷，在建筑物本身處于安全運(yùn)行的情況下，投入大量人力物力對建筑物進(jìn)行不必要的加固，造成資金浪費(fèi)。

因此，基準(zhǔn)值不能隨意確定，必須考慮儀器安裝埋設(shè)的位置、所測介質(zhì)的特性、儀器的性能及環(huán)境因素等，然后根據(jù)初期數(shù)次觀測、并考慮以后一系列變化或穩(wěn)定情況后，才能確定基準(zhǔn)值的數(shù)值，下面以混凝土內(nèi)安裝的儀器為例，分析應(yīng)如何選取初始值。

安全監(jiān)測儀器多為金屬材料制成，因材料熱膨脹系數(shù)原因，儀器讀數(shù)會受溫度變化影響。儀器在埋設(shè)前處于自然環(huán)境中，埋設(shè)后則處于混凝土內(nèi)部，埋設(shè)前后溫差較大，如按常規(guī)方法確定初始值，那么早期混凝土的水化熱升溫在儀器測值變化中勢必起到主導(dǎo)作用，而真正需要監(jiān)測的物理量并沒有發(fā)生變化，這樣勢必造成實(shí)測物理量與實(shí)際情況發(fā)生較大的偏差。因此對混凝土內(nèi)監(jiān)測儀器初始值的選取要結(jié)合監(jiān)測儀器自身的特性，同時(shí)也要考慮水化熱對監(jiān)測成果的影響。如測縫計(jì)的初始值宜在混凝土終凝時(shí)確定；鋼筋計(jì)宜在混凝土固化后，鋼筋能夠隨周圍材料變形時(shí)確定；滲壓計(jì)宜在混凝土水化熱基本穩(wěn)定時(shí)確定；應(yīng)變計(jì)組初始值選取不僅要考慮溫度的平衡還要考慮其彈性上的平衡，一般在應(yīng)變相差范圍10～25 με且埋設(shè)點(diǎn)的溫度達(dá)到均衡時(shí)確定初始值。

某電站大壩基礎(chǔ)兩支滲壓計(jì)埋設(shè)后的數(shù)據(jù)見表2～5。

表2　1號滲壓計(jì)埋設(shè)后即取初始值的計(jì)算表Table 2 Calculated result with the initial values obtained as the embedment of osmometer 1

表3　2號滲壓計(jì)埋設(shè)后即取初始值的計(jì)算表Table 3 Calculated result with the initial values obtained as the embedment of osmometer 2

表4　1號滲壓計(jì)在儀器溫度與環(huán)境溫度一致后測取初始值的計(jì)算表Table 4 Calculated result with the initial values obtained as the coincidence of environment temperature and instrument temperature of osmometer 1

表5　2號滲壓計(jì)在儀器溫度與環(huán)境溫度一致后測取初始值的計(jì)算表Table 5 Calculated result with the initial values obtained as the coincidence of environment temperature and instrument temperature of osmometer 2

表2、表3及圖2為儀器埋設(shè)后即測取初始值，從計(jì)算結(jié)果及歷時(shí)曲線可以看出，儀器埋設(shè)后就測出水壓，而實(shí)際埋設(shè)位置是處于無地下水狀態(tài)，且埋設(shè)后一個(gè)月內(nèi)未下過雨，儀器埋設(shè)位置應(yīng)無水壓。經(jīng)過分析，采用埋設(shè)后4 d、儀器溫度穩(wěn)定后的測值作為初始值，從表4、表5及圖3的計(jì)算結(jié)果及歷時(shí)曲線來看，與現(xiàn)場實(shí)際情況相符。

圖2　大壩滲壓計(jì)歷時(shí)曲線Fig.2 Graph of monitored value by osmometer

圖3　大壩滲壓計(jì)歷時(shí)曲線Fig.3 Graph of monitored value by osmometer

6　結(jié)語

安全監(jiān)測工程作為一項(xiàng)輔助性工程，在主體工程中起著舉足輕重的作用。認(rèn)真做好安全監(jiān)測工作能為掌握主體工程建筑物的變形情況提供科學(xué)有效的理論依據(jù)，確保建筑物的安全運(yùn)行，降低運(yùn)行成本，間接創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，要做好安全監(jiān)測工作，現(xiàn)場監(jiān)測人員必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）要由有資質(zhì)的專業(yè)施工部門實(shí)施，以保障安全監(jiān)測工程質(zhì)量。

（2）儀器選型技術(shù)參數(shù)要達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求，以滿足設(shè)計(jì)思路及意圖。

（3）認(rèn)真做好儀器到場的驗(yàn)收及現(xiàn)場率定檢驗(yàn)，以確保儀器的可靠性。

（4）協(xié)調(diào)現(xiàn)場各土建施工單位，強(qiáng)化安全監(jiān)測，人人重視安全監(jiān)測工作，以保障儀器安裝埋設(shè)后的完整性及安全性。

（5）嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范安裝埋設(shè)，并認(rèn)真做好安裝埋設(shè)過程及監(jiān)測過程中的各項(xiàng)記錄，以保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性及連續(xù)性。

（6）對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，以準(zhǔn)確判斷變形量，確保建筑物的安全運(yùn)行。

［1］DL/T 5006-2007，水電水利工程巖體觀測規(guī)程［S］.

［2］巖土工程安全監(jiān)測手冊·第三版［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

In order to ensure the continuity，integrity，reliability，timeliness and accuracy of monitoring data，high requirement is set for the construction of monitoring system，which mainly includes construction preparation，on-site instrument examination and calibration，instrument installation，cable connection and protection，data collection and analysis and etc.

geotechnical engineering；monitoring instruments；cable connection；data collection

TV698.1

B

1671-1092（2016）02-0056-05

2015-06-19；

2015-08-13

鐘益斌（1992-），男，江西贛州人，助理工程師，學(xué)士，主要從事水電工程建設(shè)管理及技術(shù)工作。

作者郵箱：bjjcwhy@163.com

Title：Some issues on embedment technology in construction of safety monitoring project for geotechnical engineering//by ZHONG Yi-bin，WANG Hong-yan and ZHANG Yue//Huaneng Lancang River Hydropower Co.，Ltd.