特高土石壩超長距離變形監(jiān)測技術(shù)研究

湯洪潔，李 俊

(1.水利部 水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120； 2.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000)

0 引 言

20世紀(jì)80年代，引張線式水平位移計(jì)和水管式沉降儀首次應(yīng)用于中國第一座面板堆石壩[1]，通過模型試驗(yàn)和現(xiàn)場原位試驗(yàn)，成功開展了面板堆石壩的內(nèi)部變形觀測，并逐步全面推廣應(yīng)用于中國100 m級(jí)面板堆石壩內(nèi)部變形監(jiān)測。

天生橋一級(jí)水電站混凝土面板堆石壩[2-3]采用“八五攻關(guān)”科技成果的ZP型引張線式水平位移計(jì)、SC型水管式沉降儀來監(jiān)測壩體內(nèi)部變形，最長測線350 m；洪家渡水電站混凝土面板堆石壩[4]在前者基礎(chǔ)上改進(jìn)了儀器埋設(shè)方法，采用開挖溝槽法，將基床帶1%的坡比改為“壩軸線上游1%、壩軸線下游2%”，實(shí)現(xiàn)了壩體內(nèi)部402 m長測線變形監(jiān)測。南京水利科學(xué)研究院為滿足水布埡大壩壩體內(nèi)部500 m級(jí)變形測線要求，通過模型試驗(yàn)驗(yàn)證了引張線式水平位移計(jì)和水管式沉降計(jì)用于200 m級(jí)面板堆石壩內(nèi)部變形觀測的適用性及合理的儀器測點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式、保護(hù)結(jié)構(gòu)、管路結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化系統(tǒng)等[5-7]，成功將壩體內(nèi)部變形測線延長至520 m。

目前，土石壩安全監(jiān)測技術(shù)在200 m高度級(jí)別上發(fā)展已相對(duì)成熟，但在250～300 m級(jí)土石壩體內(nèi)部超長距離的變形監(jiān)測應(yīng)用中仍存在不足，不能完全滿足耐久可靠、實(shí)用經(jīng)濟(jì)、相互驗(yàn)證、全生命期內(nèi)全面反映工程建設(shè)和運(yùn)行性態(tài)的安全監(jiān)測要求。為此，結(jié)合新的傳感與通訊技術(shù)，開展了適應(yīng)特高土石壩超長距離變形監(jiān)測需求的技術(shù)研究。

1 存在問題

傳統(tǒng)實(shí)踐在獲得200 m級(jí)面板堆石壩內(nèi)部變形原位觀測資料的同時(shí)，也暴露出常規(guī)的引張線式水平位移計(jì)和水管式沉降儀在內(nèi)部變形觀測中存在的問題[8-11]。

(1) 壩體內(nèi)部變形呈中間大兩側(cè)小的規(guī)律，長距離監(jiān)測儀器管路彎折后易堵塞，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、水管式儀器無法回水、沿程阻力過大、引張線配重增大使鋼絲拉斷等問題。

(2) 隨著壩高增加，壩體變形增大，且大壩底寬相應(yīng)增加，安全監(jiān)測儀器承受外壓大、埋設(shè)距離長，并存在實(shí)施難度大、施工時(shí)間長、影響主體工程進(jìn)度、實(shí)施效果欠佳或局部失效等問題。

(3) 在200 m級(jí)高土石壩運(yùn)行中，部分監(jiān)測儀器存在成活率低、適應(yīng)變形能力差導(dǎo)致后期損壞多、測量誤差大、維護(hù)困難、監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不符合規(guī)律、監(jiān)測數(shù)據(jù)異常等問題，一定程度造成大壩運(yùn)行性狀安全評(píng)價(jià)監(jiān)測數(shù)據(jù)無法采信。

隨著新的傳感和通訊技術(shù)的發(fā)展，研究適應(yīng)250 m級(jí)高土石壩內(nèi)部超長距離的新變形監(jiān)測技術(shù)手段刻不容緩。

2 研究方向

(1) 超長水管式沉降儀。改進(jìn)常規(guī)的壩體內(nèi)部變形水平垂直位移計(jì)，研究適用于特高土石壩內(nèi)部超長距離變形監(jiān)測的超長水管式沉降儀。

(2) 多聯(lián)桿式水平位移計(jì)。普通桿式位移計(jì)可監(jiān)測壩體內(nèi)部小范圍內(nèi)的水平位移，因此，可嘗試連接多支桿式位移計(jì)以監(jiān)測壩體內(nèi)部某一測線的水平位移。需要對(duì)桿式位移計(jì)的連接方式、測線布置形式和誤差分析方法等進(jìn)行研究。

(3) 管道機(jī)器人。在堆石體內(nèi)部埋設(shè)管道，通過管道機(jī)器人來監(jiān)測壩體內(nèi)部變形。需對(duì)壩體內(nèi)部水平及垂直位移監(jiān)測方法、監(jiān)測管道和變形監(jiān)測標(biāo)點(diǎn)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測量誤差分析和誤差分析方法等進(jìn)行研究。

(4) 柔性測斜儀。柔性測斜儀采用“剛?cè)嵯酀?jì)”的思路，可為超長距離連續(xù)變形監(jiān)測提供高精度、高可靠性的自動(dòng)化監(jiān)測方案。需主要對(duì)測線布置形式進(jìn)行研究。

2.1 超長水管式沉降儀

可通過針對(duì)常規(guī)水管式沉降儀的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，或在常規(guī)的水管式沉降儀上增加傳感器探頭，改進(jìn)測讀裝置，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測讀的基礎(chǔ)上，提高測量精度、擴(kuò)大適用范圍，以實(shí)現(xiàn)特高土石壩內(nèi)部沉降變形超長距離監(jiān)測。

2.1.1 常規(guī)水管式沉降儀改進(jìn)

水管式沉降儀的常用改進(jìn)方法如下[12]。

(1) 雙排水系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的三管式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)排水電磁閥，電磁閥控制器設(shè)置在觀測房內(nèi)，通過水管保護(hù)管與測頭處的電磁閥連接，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)沉降測頭無法排水時(shí)，通過控制器打開電磁閥排水，大大提高水管式沉降儀測頭的使用壽命，但儀器成本有所增加。

(2) 可互換結(jié)構(gòu)的沉降測頭。如圖1所示，在通氣管、連通水管的前端各補(bǔ)充安裝1個(gè)水杯，2個(gè)水杯的高度差固定為h。在使用過程中，如果出現(xiàn)無法回水或其他原因?qū)е聼o法觀測的情況，可以將觀測房內(nèi)的連通管和通氣管互換使用，但更改后需要將測值減去2個(gè)水杯的高度差h作為真實(shí)測值。

圖1 具備雙排水系統(tǒng)且可互換結(jié)構(gòu)的沉降測頭Fig.1 Settlement probe with dual drainage system and interchangeable structure

(3) 增大管徑、減小黏滯阻力。目前水管式沉降儀所采用水管直徑在10 mm左右，因此可將管徑增加至15 mm或20 mm，以提高管內(nèi)液體的流動(dòng)性。改用其他黏滯性較小的液體，如四氯化碳、苯、乙醚等。

(4) 施工細(xì)節(jié)改進(jìn)。在每一測頭處修建漿砌石墩臺(tái)，墩臺(tái)朝向觀測房一側(cè)為接近45°的斜坡，測頭固定在該墩臺(tái)上，管路沿墩臺(tái)斜坡固定，各測點(diǎn)墩臺(tái)頂部高程基本處于同一平面上，坡度與基床坡度一致，既可以保證測頭穩(wěn)固，同時(shí)可避免測頭處沉降偏大而無法繼續(xù)觀測[8]。由于管路過長，在經(jīng)過一段時(shí)間的沉降后，可能出現(xiàn)管路被拉彎、拉斷等現(xiàn)象，一般采用在沉降測頭部分預(yù)留一定管路沉降富裕度的方式處理；也可加工能容納一定冗余管線的伸縮盒，沿整個(gè)條帶每隔30～60 m布設(shè)一個(gè)伸縮盒，避免管路被拉斷。

2.1.2 水管式電測沉降儀改進(jìn)

2.1.2.1 水管式電測沉降儀基本原理

水管式電測沉降儀通過測量有壓測頭內(nèi)液體壓力變化，來反映測頭處的沉降變化。水管式電測沉降儀測頭與觀測房內(nèi)的儲(chǔ)液罐通過2根水管連接，測頭內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器，當(dāng)測頭處發(fā)生沉降時(shí)，通過壓力傳感器可測量測頭相對(duì)于儲(chǔ)液罐的高度，進(jìn)而計(jì)算測頭處的實(shí)際沉降量[13]。水管式電測沉降儀測量系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 水管式電測沉降儀測量系統(tǒng)組成示意Fig.2 Schematic diagram of the measuring system of the water tube electric settlement meter

2.1.2.2 1 000 m級(jí)超長距離水管式電測沉降儀

1 000 m級(jí)超長距離水管式電測沉降儀主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，并具備如下技術(shù)特點(diǎn)。

表1 1 000 m級(jí)超長距離水管式電測沉降儀主要技術(shù)指標(biāo)

(1) 超長距離監(jiān)測。管路長度達(dá)到1 000 m，比常規(guī)使用的百米數(shù)量級(jí)土石壩內(nèi)部變形監(jiān)測手段的監(jiān)測長度提高至少1倍以上。

(2) 智能傳感器實(shí)現(xiàn)電測功能。沉降測點(diǎn)的液體壓力由智能壓力傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，智能壓力傳感器具有高精度、高可靠性、數(shù)字量輸出、小體積等特點(diǎn)。其中，小體積的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)觀測房的空間要求大大降低，無需砌建傳統(tǒng)意義的觀測房。智能數(shù)字量輸出方式可確保管路安裝完畢即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量功能，與一體化自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀配套使用后還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控功能。

(3) 自測溫與溫度修正。為修正熱脹冷縮效應(yīng)引起的測量誤差，1 000 m級(jí)長距離水管式沉降儀感知單元設(shè)計(jì)了溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測管路內(nèi)液體溫度和管路外部環(huán)境溫度，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)溫度修正功能，確保測值的準(zhǔn)確性。

(4) 管路封閉，無需后期補(bǔ)液。1 000 m級(jí)超長距離水管式電測沉降儀的管路設(shè)計(jì)成封閉形式，管內(nèi)液體不會(huì)泄漏或揮發(fā)，在安裝施工結(jié)束之后，無需進(jìn)行補(bǔ)液操作。

2.2 多聯(lián)桿式水平位移計(jì)

2.2.1 桿式水平位移計(jì)

桿式水平位移計(jì)如圖3所示，其原理為：在堆石體中，若錨固點(diǎn)在水平方向上發(fā)生位移，則通過一端固定在錨固板上的玻璃纖維測桿傳遞給位移傳感器，從而得到測點(diǎn)處的水平位移。

圖3 桿式水平位移計(jì)測量原理示意Fig.3 Schematic diagram of measuring principle of rod type horizontal displacement meter

2.2.2 桿式水平位移計(jì)連接方式

為了實(shí)現(xiàn)特高土石壩內(nèi)部超長距離監(jiān)測，將桿式水平位移計(jì)以串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)3種方式連接，構(gòu)建壩體內(nèi)部變形超長測線。

2.2.2.1 串 聯(lián)

串聯(lián)桿式水平位移計(jì)是指僅用一根連接桿線連接多錨固裝置。以5點(diǎn)串聯(lián)桿式水平位移計(jì)為例，其布置形式如圖4所示。每2個(gè)錨固板之間用1根傳遞桿連接，將電位器式位移傳感器布置在靠近錨固板的傳遞桿上。電位器式位移傳感器所測的位移為該測點(diǎn)與前一測點(diǎn)間的土體相對(duì)位移，若要獲得該測點(diǎn)的絕對(duì)水平位移，需要將該測點(diǎn)之前的所有測點(diǎn)位移值與觀測房該方向上的水平位移值疊加。

圖4 串聯(lián)桿式水平位移計(jì)布置示意Fig.4 Layout diagram of horizontal displacement meter with series rod

2.2.2.2 并 聯(lián)

并聯(lián)桿式水平位移計(jì)指每個(gè)錨固裝置有單獨(dú)的連接桿線，位移傳感器均位于觀測房內(nèi)，每個(gè)測點(diǎn)所測的位移均為該測點(diǎn)與觀測房的相對(duì)位移。若錨固點(diǎn)在水平方向上發(fā)生位移，則通過一端固定在錨固板上的玻璃纖維測桿傳遞給位移傳感器，從而得到所測位置的水平位移。

每個(gè)錨固裝置有單獨(dú)的連接桿線，連接桿線通過不銹鋼桿連接至觀測臺(tái)。觀測臺(tái)置于觀測房內(nèi)，每根桿式位移計(jì)配有單獨(dú)的觀測臺(tái)，其上安裝1 m長游標(biāo)尺，不銹鋼桿與游標(biāo)連接即可讀數(shù)。以5點(diǎn)并聯(lián)桿式水平位移計(jì)為例，其布置形式如圖5所示。

圖5 并聯(lián)桿式水平位移計(jì)布置示意Fig.5 Layout diagram of parallel rod type horizontal displacement meter

2.2.2.3 混 聯(lián)

混聯(lián)桿式水平位移計(jì)即將串聯(lián)桿式水平位移計(jì)與并聯(lián)桿式水平位移計(jì)結(jié)合使用，綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于特高土石壩內(nèi)部超長距離變形監(jiān)測，測線較長，可能需要布置十多個(gè)測點(diǎn)。若采用串聯(lián)桿式水平位移計(jì)，可能會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差較大、傳感器損壞無法修復(fù)等問題；若采用并聯(lián)桿式水平位移計(jì)，則會(huì)出現(xiàn)連接桿用量較多、所需要的鋪設(shè)場地較大等問題。因此，可采用混聯(lián)桿式水平位移計(jì)的連接方式，將2～4個(gè)測點(diǎn)串聯(lián)成一組串聯(lián)桿式位移計(jì)，再將多組串聯(lián)桿式位移計(jì)并聯(lián)使用。各測點(diǎn)所測的位移量值與其所處的測點(diǎn)位置相關(guān)，需要單獨(dú)參照串聯(lián)或者并聯(lián)桿式位移計(jì)的計(jì)算方法。以5點(diǎn)混聯(lián)桿式水平位移計(jì)為例，其布置形式如圖6所示。

圖6 混聯(lián)桿式水平位移計(jì)布置示意Fig.6 Layout diagram of horizontal displacement meter with mixed rod type

2.2.3 不均勻沉降影響

由于桿式位移計(jì)的傳遞桿為剛性傳遞，測點(diǎn)與觀測房之間的不均勻沉降變形會(huì)使傳遞桿傾斜，進(jìn)而影響水平位移的測量精度[14-15]。以下通過理論計(jì)算，就實(shí)際應(yīng)用中，不均勻沉降對(duì)水平位移測量的影響程度進(jìn)行分析，如圖7所示。

圖7 不均勻沉降對(duì)桿式水平位移計(jì)影響的計(jì)算示意Fig.7 Calculation diagram of influence of uneven settlement on bar horizontal displacement meter

以單點(diǎn)式桿式位移計(jì)為例，設(shè)初始狀態(tài)1時(shí)，傳遞桿水平布置，桿長為L；經(jīng)過一段時(shí)間后變化為狀態(tài)2，桿長為L′；測點(diǎn)處水平、垂直位移分別為x1，y1，傳感器處水平、垂直位移分別為x2，y2，則傳感器測量測點(diǎn)處絕對(duì)水平位移為

(1)

測點(diǎn)處實(shí)際水平位移為

x1=L+x2-L′cosθ

(2)

式中：θ為傳遞桿狀態(tài)1與狀態(tài)2間的夾角，并由幾何關(guān)系得：

(3)

則理論測量誤差：

(4)

特高土石壩同一條水平位移測線上，沉降量最大差值與測線長度有關(guān)。一般在250 m長的測線上，最大沉降差值不超過10 cm，取y1-y2=10 cm，L′=250 m，則理論測量誤差Δ僅為0.002 mm，因此不均勻沉降對(duì)桿式水平位移計(jì)的影響，理論上可以忽略不計(jì)。

2.3 管道機(jī)器人

管道機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)首先需要在壩體內(nèi)部預(yù)埋專用管道，并保證管道變形與壩體內(nèi)部變形保持一致。測量時(shí)，令具有變形測量功能的機(jī)器人在管道內(nèi)行走，當(dāng)管道機(jī)器人到達(dá)指定測點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)測量該測點(diǎn)的水平與垂直位移。管道機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)受壩高影響較小，與傳統(tǒng)監(jiān)測手段相比，具有可維修性。只要保證壩體內(nèi)部的專用管道完好，機(jī)器人可以隨時(shí)維修更換，而且管道成本遠(yuǎn)低于水平垂直位移計(jì)的相應(yīng)成本[16]。

2.3.1 發(fā)展優(yōu)勢

管道機(jī)器人在國內(nèi)外取得了豐富的研究成果，目前具有代表性的管道機(jī)器人研究單位有南京水利科學(xué)研究院(以下簡稱“南科院”)和武漢大學(xué)(以下簡稱“武大”)。

“南科院”機(jī)器人模型試驗(yàn)管路呈直線型，由35套可調(diào)節(jié)沉降和水平位移的支架和34根12 m長管路系統(tǒng)組成，模型全長408 m(假定壩體內(nèi)部變形沿壩軸線對(duì)稱分布，原型試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶?00 m級(jí)面板堆石壩最大管線一半長度設(shè)計(jì))。試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)器人的沉降結(jié)果曲線與管道實(shí)際調(diào)節(jié)曲線基本相符，可以滿足250 m級(jí)混凝土面板堆石壩壩體內(nèi)部沉降監(jiān)測工作需要；水平位移測量結(jié)果顯示機(jī)器人測量結(jié)果與管道實(shí)際調(diào)節(jié)結(jié)果比較吻合，單點(diǎn)和系統(tǒng)測量整體誤差均不大，單點(diǎn)誤差最大為0.3 mm，整體誤差小于2 mm，表明機(jī)器人水平位移測量技術(shù)基本可行。

“武大”管道機(jī)器人線路為“U”型，利用慣性導(dǎo)航與里程計(jì)融合，通過誤差估計(jì)和最優(yōu)化算法，得到最優(yōu)的管道三維曲線，利用不同時(shí)期的管道三維軌跡計(jì)算大壩的垂直、水平和撓度變形。先通過卡爾曼濾波和RTS平滑算法對(duì)多里程計(jì)和慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合處理，所得結(jié)果作為迭代優(yōu)化初值代入全局優(yōu)化方法。具體而言，構(gòu)造多種約束條件，通過最小化約束條件殘差，求解最優(yōu)導(dǎo)航狀態(tài)軌跡。

內(nèi)部變形觀測機(jī)器人系統(tǒng)為準(zhǔn)分布式監(jiān)測系統(tǒng)，理論上可以0.5～12.0 m的測點(diǎn)間隔距離對(duì)堆石壩壩體內(nèi)部變形(沉降與水平位移)進(jìn)行測量，且該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水平位移和沉降位移的逐點(diǎn)單系統(tǒng)同時(shí)測量。內(nèi)部變形觀測機(jī)器人系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)水管式沉降計(jì)和引張線水平位移計(jì)無法完全準(zhǔn)確開展特高壩長距離內(nèi)部變形監(jiān)測的技術(shù)難題，大比尺模型試驗(yàn)表明：這種系統(tǒng)監(jiān)測精度滿足工程需要，是可靠的特高混凝土面板堆石壩內(nèi)部變形監(jiān)測技術(shù)。與傳統(tǒng)水管式沉降計(jì)和引張線水平位移計(jì)相比，該技術(shù)具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，且測點(diǎn)數(shù)量越多，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢更顯著。

2.3.2 工程應(yīng)用

大石峽混凝土面板砂礫石壩內(nèi)部變形監(jiān)測共布置4個(gè)橫向監(jiān)測斷面，即壩右0+125.00 m(1-1斷面，最大面板條塊斷面)、壩右0+275.00 m(2-2斷面，最大砂礫石壩高斷面)、壩右0+375.00 m斷面(3-3斷面)、壩右0+455.00 m(4-4斷面，古河床斷面)。在4個(gè)主監(jiān)測斷面選擇1 670.00，1 630.00，1 600.00，1 550.00 m和1 497.00 m等5個(gè)高程，利用水平垂直位移計(jì)進(jìn)行壩體內(nèi)部分層水平與垂直位移監(jiān)測。

大石峽面板砂礫石壩壩體最大沉降發(fā)生在壩右0+277.00 m附近，在壩右0+275.00 m監(jiān)測斷面上布置管道機(jī)器人，與水平垂直位移計(jì)對(duì)比分析。按照壩右0+275.00 m斷面的地形特點(diǎn)和沉降位置，1 510.00 m高程附近因上、下游基礎(chǔ)上翹，在1 555.00 m水平分層以下不便于管道布置，因此在1 548.30，1 598.30，1 628.30 m高程分別布置3套“U”型管道機(jī)器人線路，長度分別為565，373，269 m，布置形式如圖8所示。

圖8 大石峽面板砂礫石壩管道機(jī)器人線路布置Fig.8 Pipeline robot layout of Dashixia slab gravel dam

2.4 柔性測斜儀

2.4.1 結(jié)構(gòu)形式及測量原理

柔性測斜儀以節(jié)點(diǎn)作為基本組成單元，節(jié)點(diǎn)之間采用中空柔性連接件連接，具有較大幅度的任意角度柔性旋轉(zhuǎn)能力(可以在±60°范圍內(nèi)任意彎折)，能充分匹配型面變化要求。節(jié)點(diǎn)的儀器電纜穿過中空柔性連接件逐級(jí)傳遞，從頭至尾始終保持單根電纜出線形式[17]，如圖9所示。

圖9 柔性測斜儀結(jié)構(gòu)形式示意Fig.9 Schematic diagram of structure of flexible inclinometer

柔性測斜儀是以靜止方式在管道中進(jìn)行測量，可以直接用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中加速度計(jì)來進(jìn)行角度測量。得到角度后，已知柔性智能位移計(jì)的每一節(jié)長度L，就可以計(jì)算每節(jié)的位移量，最后通過積分求解整個(gè)位移計(jì)的累計(jì)位移量。計(jì)算參考示意如圖10所示。

圖10 柔性測斜儀測量原理計(jì)算參考示意Fig.10 Flexible inclinometer measurement principle calculation reference diagram

2.4.2 技術(shù)特點(diǎn)

柔性測斜儀測量系統(tǒng)是基于連續(xù)測斜原理設(shè)計(jì)的高精度一體化測量裝置，由數(shù)個(gè)長度0.5 m的剛性傳感器節(jié)點(diǎn)首尾連接組成，傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用軸向±60°范圍內(nèi)可自由彎曲的關(guān)節(jié)連接，以適應(yīng)監(jiān)測界面有較大變形時(shí)導(dǎo)致的傳感器失效狀況。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用柔性連接，外表面敷以高強(qiáng)度不銹鋼編織網(wǎng)，具有極高的抗拉強(qiáng)度。儀器采用整體防水密封結(jié)構(gòu)，能在各種惡劣環(huán)境下工作。

柔性測斜儀測量系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)連續(xù)分布且相鄰節(jié)點(diǎn)之間的間距較小，因此可以連續(xù)、準(zhǔn)確地測量整個(gè)裝置覆蓋區(qū)域的位移變形情況。埋設(shè)安裝時(shí)具有簡便性，無需控制方向或使用帶有導(dǎo)槽的測斜管。無論是鉛直、水平還是傾斜方向，只需將傳感器整體插入預(yù)先埋設(shè)的套管中或者直接埋入預(yù)留的回填溝槽中即可。

2.4.3 工程應(yīng)用

兩河口大壩心墻沿壩軸線2 641 m高程左岸安裝1套40 m長加拿大進(jìn)口SAA柔性測斜儀，右岸安裝1套40 m長的韓國3DGBMS柔性測斜儀。心墻沉降監(jiān)測成果較好地反映出了礫石土心墻沿壩軸線的沉降分布規(guī)律[18-19]。

3 結(jié) 論

超高土石壩超長距離變形監(jiān)測的方法應(yīng)用創(chuàng)新與儀器設(shè)備改進(jìn)研發(fā)主要成果總結(jié)如下。

(1) 針對(duì)常規(guī)水管式沉降儀難以適應(yīng)長距離監(jiān)測、施工難度大及要求高的問題，對(duì)水管式沉降儀進(jìn)行了改良、改進(jìn)，包括測點(diǎn)電測代替觀測房人工測讀，增大水管管路管徑、加硬材質(zhì)，增大管內(nèi)液體密度、減小黏滯力等，加強(qiáng)了儀器設(shè)備對(duì)長距離、大變形條件的適應(yīng)性，進(jìn)一步提高了儀器設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性。

(2) 針對(duì)鋼絲水平位移計(jì)長距離監(jiān)測中鋼絲受力過大、容易出現(xiàn)折斷的問題，采用桿式位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。為提高位移計(jì)對(duì)長距離、大變形條件的適應(yīng)性，在分段上根據(jù)計(jì)算成果采取縮短距離、不等間距布設(shè)等措施，采用柔性纖維桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)不銹鋼桿，同時(shí)分析了不均勻沉降對(duì)水平位移測量的影響，實(shí)現(xiàn)了桿式位移計(jì)長距離、可靠的水平位移計(jì)監(jiān)測。

(3) 研究了管道機(jī)器人、柔性測斜儀的技術(shù)原理及發(fā)展情況，分析了兩種技術(shù)分別在大石峽、兩河口堆石壩中的監(jiān)測應(yīng)用情況及其良好的變形監(jiān)測效果。

綜上所述，本文所研究的變形監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)特高土石壩超長距離變形監(jiān)測，為擬建及在建的250 m級(jí)至300 m級(jí)特高混凝土面板堆石壩的安全監(jiān)測與改進(jìn)方向提供技術(shù)參考。