3.4　安全监测仪器设备的选型、率定和安装埋设

3.4.1　仪器设备的选型

监测仪器从安装开始，历经施工、蓄水过程工作期限长达3年，而且要求在竣工移交时可更换的监测仪器设备完好率为100%，不可更换的监测仪器设备完好率为90%以上。因此选择性能稳定、质量可靠、技术指标满足时间要求的仪器，并保证安装埋设的质量，是监测工作成功的先决条件。综合考虑工程所使用的监测仪器设备的规格及其厂商在国内同类工程中的使用情况、可靠性、技术指标、仪器设备价格等因素，所提供的仪器设备的生产厂家符合《中华人民共和国计量法》的有关规定，国产仪器设备生产厂家持有工业产品生产许可证并已通过ISO9001质量体系认证；进口仪器设备拥有相关证书，并有相关应用实例，针对仪器的分布特点进行专门配备，如碾压混凝土内考虑选用大弹模仪器，水压较高部位考虑选用耐高压仪器等。各监测仪器选择情况如下所述，传感器的技术指标见表3.3。

内观仪器如应变计、测缝计、温度计、钢筋计、钢板计、锚索测力计等均选用南瑞集团公司研制生产的差动电阻式仪器。

外观变形监测仪器的选用：垂线坐标仪、引张线仪、静力水准仪、双金属管标仪选用南瑞智能电容式仪器，真空激光准直系统选用南京南瑞集团公司生产的NJG型真空激光准直系统。

渗流渗压仪器为进口的SINCO公司的VW型渗压计。

监测仪器的电缆使用南瑞公司的产品，差动电阻式仪器采用YSZW型五芯水工电缆，振弦式仪器采用NDBX型四芯屏蔽监测电缆，其余仪器采用相应配套专用监测电缆，电缆芯线在100m内无接头。

3.4.2　仪器设备的性能检验与率定

仪器设备的性能检验主要包括防水密封性能、温度性能及最小读数检验。

3.4.2.1　防水密封性能检测

1.目的

对有高压要求的仪器，检验仪器在高压水作用下的防水密封性能和绝缘电阻。

2.主要设备

能施加2MPa水压力的水压力计1台；二级压力表1支，量程2MPa；兆欧表1台；高压容器筒1台，可承受2MPa水压力，筒身备有进水管，筒盖上有排气管和压力表安装接头，备有可密封的电缆引出管。

3.试验方法

接通水压机和高压容器，在高压容器和水压机中灌满水。将仪器放入高压容器中，引出电缆，加以密封。排去空气，关闭排气管，将压力增至仪器量程的80%，恒压30min后打开排气阀，取出仪器。测量仪器与外壳之间的绝缘电阻，要求绝缘大于50MΩ。

3.4.2.2　温度性能检测

1.目的

多数监测仪器需要监测测点的温度，以便对计算物理量进行温度修正，温度检验的目的是检验温度测值的准确性或温度系数的可靠性，并检验仪器在各种温度下的绝缘性能。

2.主要设备

双层保温筒1支；可调节温度的恒温水槽1台（带搅拌器）；二级标准水银温度计1支；兆欧表1台；频率读数仪和数字式电桥各1台。

3.检验方法

先在双层保温筒中放入碎冰块，加入洁净自来水（水与冰的比例为1∶2），放入仪器，在0℃情况下恒温2h，测值稳定时测读温度。

再将仪器放入恒温槽内，在水温为20℃、40℃、60℃时进行检验。水温在每个检验温度上保持15min，仪器的读数稳定后同时测读标准温度计和监测仪器的温度值或电阻。每个检验温度稳定时，测定绝缘电阻。

4.差动电阻式仪器

（1）零度电阻。

式中　——计算零度电阻；

R0——实测零度电阻；

β——钢丝电阻温度二次系数，取β=2.2×10-6；

T1——最大试验温度，可取T1=60℃。

（2）零点温度系数。

式中　α'——钢丝电阻温度系数，取α=2.89×10-3。

（3）零下温度系数。

温度性能检验限差见表3.4。

5.振弦式、差动式仪器的限差

读数仪量测温度与标准温度计读数之差不大于0.5℃，绝缘电阻不小于200MΩ。

3.4.2.3　主要仪器的率定

1.线位移、差动电阻式仪器的检验

（1）率定工具。

1）应变计、测缝计率定工具：大校正仪、小校正仪；钢筋计率定工具：万能材料实验机（或者油压千斤顶、高精度油压力表）。

2）高精度大量程数字游标卡尺、大量程千分表。

3）与仪器类型对应的检测仪。

（2）率定步骤。

1）将传感器两端小心地固定在相应的校正仪上（或承压平台上）。

2）按照仪器的量程，将测试档等间距地划分成5～10个档（量程小的档位少，量程大的档位多），转动校正仪丝杆每一个行程，读取一个测值，并做好记录。

3）按上一步方法进行正反行程三个循环。

4）检验传感器的端基线性、回差、重复性、灵敏度系数等指标，并与技术指标要求进行对比判定仪器是否合格。

检验时先将仪器下行至下限值，量测电阻比后，逐档上行，每档测试，全量程共测得m个电阻比后向下行，逐档测试，同样测得m个电阻比。共做三次循环。

各点总平均值：

各档测点的理论值：

式中（Zu）i——上行第i档测点电阻比测值的平均值；

（Zd）i——下行第i档测点电阻比测值的平均值；

ΔZ——量程上下限六次电阻测值的平均值之差。

各测点电阻比测值的偏差：

仪器端基线性度误差：

回差：

重复性误差：

式中　Δ1——取δi的最大值；

Δ2——每一循环中各测点上行及下行两个电阻比测值之间的差值，取最大值；

Δ3——三次循环中各测点上行及下行的各自三个电阻比测值之间的差值，取其最大值。

力学性能检验的各项误差，根据《差动电阻式应变计》（GB/T 3408—1994）规定要求，其绝对值不得大于表3.5中的规定。

差阻式仪器的最小读数检验：利用力学性能检验中上下限电阻比平均值之差ΔZ计算下列各种仪器的最小读数。

①钢板计（应变计）：

式中　ΔL——相应于全量程的变形量，mm；

L——钢板计标距，mm。

②钢筋计：

式中　P——检验时的最大拉力，N；

Ae——钢筋计钢套截面积，cm。

限差：

式中　fT——厂家给定值；

f——现场检验计算值。

③测缝计（裂缝计）：

式中　ΔL——相应于全量程的变形量，mm；

ΔZ——测量范围上下限测试点的各自6次电阻测值的平均值之差。

2.渗压计的检验率定

（1）率定工具。砝码压力仪，与仪器类型对应的检测仪。

（2）率定步骤。

1）将传感器小心固定在砝码压力仪上。

2）按照仪器的量程，将测试档等间距地划分成5～10个档（量程小的档位少，量程大的档位多），逐级加压和读取测值，并做好记录。

3）按上一步方法进行正反行程三个循环。

4）振弦式仪器的力学性能检验项目有分辨率、非直线度、滞后、不重复度和综合误差等项，各项的计算方法如下：

①零点荷载输出频率：

式中　m——检验循环次数；

f0i——第i次加荷和退荷测量时，零荷载下的输出频率。

②额定荷载输出频率：

式中　fdi——第i次加荷至额定荷载时的输出频率。

分辨率：

③非直线度：

式中　ΔfL——平均校准曲线与工作直线偏差的最大值；

F——额定输出频率与零荷载输出频率的平方差。

④滞后：

式中　ΔfH——回程平均校正曲线与进程平均校正曲线，在负载相同测点输出偏差的最大值。

⑤不重复度：

式中　ΔfR——进程和回程重复校准时，各测点输出偏差的最大值。

⑥综合误差：

式中　ΔfC——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。

限差即以上各项力学性能检验的误差，其绝对值不得大于表3.6的规定。

3.接收仪表、测量仪器的年检

按国家制定的有关规程规范的规定，接收仪表、测量仪器在使用期间均进行年检，按期由有国家认证的计量部门或有资质的检验机构检定合格后方能投入使用。

3.4.3　监测仪器安装埋设

3.4.3.1　多点位移计安装埋设

多点式位移计有多个锚头，灌浆后各锚头与被测点结合在一起，多根带保护管的传递杆一端分别与多个测点锚头相连，另一端穿过封孔锚头同外面的传感器相连。测点锚头因嵌固于混凝土中，故测点锚头与传感器底板间混凝土的变形可通过测杆传递到传感器上，从而测得该处多个测点围岩的位移。

本工程多点式位移计主要布置在坝基、厂房及进水口基础部位，以监测大坝及厂房基岩变位情况。

多点位移计钻孔孔径76mm，钻孔应通畅，要求钻孔扩孔段与钻孔同心，安装前用水清洗钻孔；对岩芯进行拍照、描述，作出钻孔岩芯柱状图。钻孔结束后应冲洗干净，检查钻孔通畅情况，测量钻孔深度、方位、倾角；按照设计的测点深度，将锚头、位移传递杆、护管、隔离支架和传感器组装后运至埋设地点；画出锚头布置图，依据孔深标出灌浆管的位置；将预埋安装管用膨胀螺栓固定在孔口，调整预埋管的位置，使预埋管与钻孔同轴，然后用水泥砂浆固定；将多点位移计测杆放入孔中，在固定支座与预埋管的连接处涂抹环氧黏剂，将多点位移计测杆支撑在该位置，直到环氧固化为止；灌浆管随最深的锚头一起送到孔内，深入长度比最深的锚头加深0.5m；为确保注浆饱满，应根据不同的孔深、倾角以及部位，选择适当的注浆压力灌入水泥砂浆，当排气管中开始回浆即表明已灌满，即可停止灌浆，堵住灌浆管和排气管；钻孔内水泥砂浆凝固后，剪去外露的灌浆管和排气管，将传感器固定到孔口的环形锚头上；依次将各传感器连接到连接杆座上；传感器与电缆连接好并做好记录，采用读数仪进行检测；安装完毕后，将位移计电缆从保护罩的电缆孔中引出，安装保护罩。多点位移计安装埋设示意图，如图3.7所示。

3.4.3.2　应力计的安装埋设

应变计是埋设在混凝土中监测混凝土应力应变的仪器，由于碾压原因，仪器较容易被损坏，因此必须采用特殊的施工工艺，在应变计埋设位置附近混凝土浇筑达到埋设高程时，将自制的无底保护箱（长×宽×高=110cm×110cm×80cm）埋设点位围住，即在埋设仪器高程预留坑的方法，待混凝土浇筑超过保护箱高度、混凝土碾压合格后，埋入支架、支杆，之后进行应变计组安装，严格控制方向，角度位置无误后，取出保护箱，在预留坑内回填满足要求的回填材料，每层厚30cm，并用插钎人工捣实，捣实时切不可碰撞应变计，直至仪器全部被混凝土覆盖，按规定测读混凝土浇筑前、中、后的读数。

无应力计与应变计配套布置。安装时应先将应变计用细铅丝悬置于无应力计筒中心，无应力计筒大口朝上。仪器布设点高程混凝土碾压合格后，挖除该处碾压混凝土，放入无应力计筒及仪器，用人工将同碾压混凝土标号一致的普通混凝土（去掉大于8cm的骨料）细心填入无应力计筒内，并用插钎轻轻捣实，在其上部覆盖混凝土时不得在振动半径范围内强力振捣，回填层厚不小于30cm。

应变计（无应力计）在埋设期间必须边埋设边用读数仪进行测量，以防止在埋设过程中损坏，以便及时补埋，从而确保仪器的埋设成功率。应变计组和无应力计安装埋设示意图如图3.8所示。

3.4.3.3　钢板计的安装埋设

钢板计由小应变计改装而成。主要布置在压力管道、厂房蜗壳及大坝中、底孔钢衬外表面埋设，以监测钢板应力。

钢板计的夹具与钢板焊接时应采用模具定位。夹具焊接冷却至常温后，安装小应变计。钢板计表面设保护盖。将专用夹具焊接在压力钢管外表面，夹具有足够的刚度保证钢板应力计不受弯。仪器外盖上保护铁盒，盒周边与压力钢管接触处点焊，接触处填沥青等防水材料，避免浆液流入盒内。

3.4.3.4　压应力计的安装埋设

压应力计埋设时应特别注意受压板与混凝土之间应完全接触。垂直方向的压应力计埋设方法如下：先在混凝土表面预留约30cm的坑，过1d将埋设坑表面刷毛，在坑底部用砂、浆铺平（厚度约5cm），约1.5h砂浆初凝后，再用塑性砂浆（粒径≤0.6mm）做成一圆锥状放在中央，然后用应力计轻轻旋压使砂浆从压应力计底盘边缘挤出，再用一个三脚架放在压应力计表面，加上400～500N荷重，再将除去8cm以上大骨料的同标号混凝土覆上，并用小型振捣器振捣，然后轻取出三脚架，并在埋设处插上标志。安装前后用读数仪表对仪器进行测量，并记录测量值，仪器在具体埋设期间必须边埋设边用读数仪表进行测量，以防止在埋设过程中损坏，以便及时补埋，从而确保仪器的埋设成功率。

3.4.3.5　钢筋计/锚杆应力计的安装埋设

锚杆应力计、钢筋计结构原理相同，安装时的操作方法基本类似。

按钢筋（锚杆、锚筋）直径选配相应规格（一般选择等直径、或者应力相称）的钢筋计（锚杆应力计、锚筋桩应力计），将仪器两端的连接杆分别与钢筋（锚杆、锚筋）焊接在一起，焊接强度不低于钢筋强度。焊接过程中应采取措施避免温升过高而损伤仪器。安装、焊接带钢筋计（锚杆应力计）的钢筋，电缆引出点朝下。混凝土入仓应远离仪器，振捣时振捣器至少应距离钢筋计0.5m，振捣器不可直接插在带钢筋计的钢筋上。带钢筋计的钢筋绑扎后作明显标记，留人看护。混凝土浇筑之前，应用遮盖保护。待仪器周围50cm范围内混凝土浇筑完毕后，看护人员方可离开。钢筋计安装示意图如图3.9所示。

3.4.3.6　测缝计的安装埋设

测缝计安装，可采用挖坑或者预留坑的方式进行埋设。

采用预留坑方式时，预留坑应满足一定的尺寸要求，在混凝土碾压完毕后安装测缝计，外罩保护罩，并在坑内回填混凝土。在仪器埋设前，坑的所有表面应按照混凝土施工缝的要求进行处理，回填的混凝土应仔细振捣密实。

当采用挖坑方式时，在混凝土碾压完毕后，将埋设点碾压混凝土挖开，坑深应不小于20cm，将仪器固定在缝的两侧，外罩保护罩，再回填混凝土，并振捣密实。

对于埋设在基岩与混凝土接触面的测缝计：

（1）在岩体中钻孔，孔径不小于90mm，孔深1m。

（2）在孔内填满有微膨胀性的水泥砂浆，将带有加长杆的套筒挤入孔中，筒口与孔口齐平。然后将螺纹口涂上机油，筒内填满棉纱，旋上筒盖。在混凝土浇至高出仪器埋设位置20cm时，挖去捣实的混凝土，打开套筒盖，取出填塞物，旋上测缝计，回填混凝土。

对于埋设在不同混凝土浇筑块接缝处的测缝计，在先浇混凝土内预埋套筒，筒口与接触面齐平。然后将螺纹口涂上机油，筒内填满棉纱，旋上筒盖。在混凝土浇至高出仪器埋设位置20cm时，挖去捣实的混凝土，打开套筒盖，取出填塞物，旋上测缝计，回填混凝土。坝体测缝计安装示意图如图3.10所示。

对于裂缝计埋设，除加长杆弯钩和仪器凸缘盘外应全部用多层塑料布包裹；在埋设位置上将捣实的混凝土挖深约20cm的坑，将裂缝计放入，回填混凝土。

3.4.3.7　温度计的安装埋设

埋设在坝体上游面附近的库水温度计，应使温度计轴线平行坝面，且距坝面5～10cm。埋设在混凝土内的温度计，可在该层混凝土碾压后挖坑埋入，再回填混凝土，并人工捣实。

埋设在大坝混凝土内温度计：先测量放样，确定温度计的高程、埋设位置。埋设在碾压混凝土内的温度计，可在该层混凝土碾压后挖坑埋入，再回填混凝土，并人工捣实。仪器埋设过程中及混凝土振捣密实后应进行观测，如发现不正常应立即处理或更换仪器进行重埋。

埋设在坝基内温度计：按先测量放样，确定温度计的高程、埋设位置。在坝基面按设计深度钻孔，将温度计按设计深度绑扎在电缆上，小心地放入孔内。将电缆引出，用水泥砂浆回填钻孔。

3.4.3.8　渗流监测仪器设备的安装调试

渗流监测仪器分测压管渗压计及埋入式渗压计两种。埋入式渗压计主要用于监测坝体渗透压力、混凝土的层间渗透压力及钢衬与衬砌接触部位的渗透压力。

1.测压管渗压计的安装埋设

测压管渗压计的安装方式分为有压孔、无压孔和时有时无等三种方式。

依照设计及现场放样，精确决定渗压计的接长电缆。电缆接长应牢固，接头处作好绝缘处理；电缆头部的标记应醒目、牢固、耐久、不易损坏；根据设计情况确定渗压计的安装位置。根据渗压孔口情况加工好连接法兰等孔口附件，对于常年有压的测点，可根据设计的要求将渗压计安装在测压管管口或测压管内。对于无压或时有压时无压的测点，渗压计必须安装在测压管内最低水位以下约1m的位置；安装前必须进一步确定测压管的测值变化情况，检查以前的人工测值变化范围，并对测压管水位进行实际测量，保证设计的仪器安装位置与实际情况相符；按照设计安装测压管管口附件，需保证管口附件与测压管的结合处不漏水。记录仪器的安装位置，对仪器进行测量，同时测读测压管内水位或压力表读数等初始安装参数；进行一段时间的自动化与人工对比观测。必须保证人工观测设备的精度，所用的压力表或测绳必须经过检验。如自动化与人工测值差别较大时，应查找原因并予以改正。测压管安装示意图如图3.11所示。

2.埋入式渗压计的安装

安装前取下仪器端部的透水石，将仪器在水中浸泡2h以上，使其达到饱和状态，在测头上装有干净的饱和细砂的沙袋，使仪器进水口通畅，并防止水泥浆进入渗压计内部。在安装前应按厂家提供的方法建立仪器的初始读数，检查和标定仪器的参数，并做好记录。

在混凝土内埋设渗压计，可采用挖坑法，坑深30～40cm，成坑后应清理。安放孔隙水压力计前应填入15cm细石英砂，细石英砂也需充分饱和。将渗压计进水口朝上游放入，坑内回填干净砂和碎石至坑顶面并捣实，仪器电缆引向观测站。记录首次读数，并及时填写埋设记录。埋入式渗压计的安装埋设如图3.12所示。

在基岩面上埋设渗压计时，应先在预定位置钻一个直径不小于50mm的孔，孔内充填砾石，再将装入砂袋的渗压计放到集水孔上。渗压计就位并固定后，周围用砂浆糊住。砂浆终凝后，即可在其上浇筑混凝土。

渗压计采用便携式读数仪进行测量。仪器在被混凝土埋没前和刚被埋没时应进行观测，在具体埋设期间必须边埋设边用仪表进行测量，以防止在埋设过程中损坏，以便及时补埋，从而确保仪器的埋设成功率。

3.4.3.9　量水堰的安装埋设

量水堰用以监测坝体和坝基渗流水量。按照设计要求和现场的渗流量情况选购和加工堰板，量水堰的堰板应采用厚度不小于8mm的不锈钢板制作。过水堰口下游侧切削成45°坡口。堰槽长度应大于7倍的堰上水头，且总长不小于2m，其中堰板上游的堰槽长度应大于5倍堰上水头，且不小于1.5m；堰板下游的堰槽长度应大于2倍堰上水头，且不小于0.5m。堰槽宽度应不小于堰口最大水面宽度的3倍。

在堰槽的预留位置安装堰板，堰顶至排水沟沟底的高度应大于5倍的堰上水头，堰板应直立且与水流方向垂直。堰板应为平面，局部不平处不得大于±3mm。堰口的局部不平处不得大于±1mm。堰板顶部应水平，两侧高差不得大于堰宽的1/500。直角三角堰的直角，误差不得大于30″。堰板和侧墙应铅直，在堰口上游3～5倍的堰上水头处安装量水堰计。量水堰安装及结构埋设如图3.13所示。

3.4.3.10　环境量监测仪器的安装埋设

环境量监测主要包括水位监测、温湿度监测、降雨量监测等。

1.水位监测

（1）水尺。水位水尺的施工：水尺在大坝混凝土浇筑完毕后设置，水尺要求定位准确，并绘出铅直中心线，用红白相间涂料绘制刻度，水尺宽度为10～15cm。

（2）测水位计。水位计可直接置于水中或悬挂于测井内，测井可采用ϕ500mm的钢管，钢管最下端（5m）加工成花管，管底用堵头封死。镀锌钢管安装在坝上、下游合适的部位，具体安装部位视现场实际情况确定。上游库水位计放在死水位以下0.5～1m处。仪器安装完成后用读数仪测读，正确以后将电缆引至测站。

2.温湿度监测

将百叶箱设置在设计指定位置，温湿度计直接置于百叶箱内。

3.降雨量监测

安装固紧仪器时，环口应置水平，否则要适当调节垫圈调试，环口水平后，缷下筒身，调节调平螺杆，使仪器水泡居中，仪器信号线应妥善固定好，避免意外。本仪器配有尼龙排水管供用户利用，一般讲，尼龙管不宜太长，以防折弯堵水。安装完成后，通电调试。

3.4.3.11　水力学监测通用底座的安装埋设

通用底座位置应按施工图放样，将仪器电缆由穿线嘴引入，底座内预留1～2m，电缆端部短路（便于埋设施工中对电缆检测），并热缩或其他密封处理。为不影响过流面混凝土外观，通用底座采用直接固定在模板一侧方法，以保证通用底座表面同过流面齐平。通用底座与电缆管（PVC管）的连接处要包裹严密不得漏浆。再用适量黄油将盖板与法兰环缝、螺栓、提盖螺孔及盖板等外表面涂抹密实。底座出线（或电缆保护管）与结构钢筋绑扎固牢。浇筑与过流道壁面混凝土同仓浇筑，设专人盯仓，避免振捣棒或其他施工机械损伤底座或电缆。

特殊要求：鉴于底流速测头和掺气仪具有方向性，为流速和掺气测点安装埋设底座时，要注意测点所在断面过流道的水流方向，须以盖板上两个安装螺孔中心线作为方向标志，并应保证其与水流方向线平行，如图3.14所示。

3.4.3.12　正、倒垂线系统

在两岸坝肩及重点观测坝段埋设正垂线和倒垂线，以监测坝体的挠度以及坝体、坝基的水平位移。

1.正垂线观测设备的安装

正垂孔施工完成并验收合格后方可进行正垂观测设备的施工。正垂观测设备由垂线悬挂装置、垂线、重锤、油桶和观测台组成。为了使垂线设置在垂孔中的最佳位置处，发挥倒垂的最大效用，安装好倒垂线悬挂装置是十分重要的工作。安装前将认真做好准备工作。

（1）根据垂线保护管各高程的偏心值作图。其步骤同倒垂线。

（2）各圆共同组成的部分（阴影部分）即为有效孔段。根据此阴影部分即可确定正垂线悬挂装置埋设的最佳位置。

（3）在埋设施工时，在坝顶保护管处向下开挖40cm×40cm×40cm的坑，在坑内预埋10mm厚钢板（钢板中间留有保护管口大的孔）。按保护管口大小制作一个木圆板。过圆心画x、y轴，并把设计的垂线钢丝位置在木板上标出，钻一小孔，以备安装时应用。

（4）根据选定的最优位置，把钢丝在圆形木板上的小孔中通过，用“倒垂法”悬挂钢丝，检查垂线钢丝位置是否符合要求。在不锈钢丝上相应于孔口标记处做出记号，以便焊接正垂线悬挂装置时用。

（5）正垂线悬挂装置焊接前，对钢丝与悬挂装置连接处，进行拉力试验，经试验钢丝断了，但连接处未断未脱，即符合要求。

（6）正垂线悬挂装置穿钢丝，确保钢丝位置同孔口标记一致。将正垂线悬挂装置底板与坑内预埋钢板焊接牢固。

（7）安装钢丝、重锤、油桶组及组建观测支架，做线体实验，检查自由度。

2.倒垂线观测设备的安装

在倒垂钻孔完成及保护套管施工完成，并经验收合格后，才可以进行倒垂监测设备的安装工作。倒垂观测设备由浮体组、垂线、锚块（锚固点）和观测台组成。为了使垂线设置在倒垂孔中的最佳位置处，发挥倒垂的最大效用，埋设好倒垂线锚块是十分重要的工作。埋设前应认真做好准备工作。

（1）根据垂线保护管各高程的偏心值作图。其步骤如下：①取一页白纸、确定x轴和y轴，坐标原点为保护管“孔口”高程处的中心位置；②把保护管中心各高程测点的坐标标在该白纸上。以各高程的中心位置为同心、保护管相应的半径值为半径作圆。

（2）各圆共同组成的部分（阴影部分）即为有效孔段。根据此阴影部分即可确定倒垂线锚块埋设的最佳位置。为了保证必要的测量范围，要求垂线钢丝距保护管壁任何一点均应大于40mm。

（3）在埋设施工时，可按保护管口大小制作一个木圆板。过圆心画x、y轴，并把设计的锚块位置在木板上标出，钻一小孔，以备安装时应用。

（4）根据选定的最优位置，把钢丝在圆形木板上的小孔中通过，先将锚块试放一次，检查锚块位置是否符合要求。当锚块放至孔底时，需在不锈钢丝上相应于孔口标记处做出记号，以便埋设时，判断锚块是否达到孔底。

（5）锚块埋设前，须对钢丝与锚块连接处进行拉力试验，经试验钢丝断了，但连接处未断未脱，即符合要求。

（6）埋设锚块时采用放浆筒法。水泥砂浆用1∶1，水泥标号52.5。其稠度以能顺利放浆为准。数量以将锚块埋入为限。

（7）锚块埋设时，依据保护管的内径及锚杆的长度准确计算所需的砂浆量，使锚块沉入砂浆后垂线与锚块杆的连接部露出砂浆以上3～5cm，严格按设计规定的砂浆混合比拌浆，控制好砂浆量，用灌浆桶快速将砂浆送入孔底。调整锚块上定位杆的直径使其小于有效孔径2mm，用垂线将锚块送入孔底沉入砂浆后再提起距孔底10cm，并用专用夹具将钢丝固定在孔口标识出的有效孔心的位置使锚块归心，并将孔口保护以防杂物掉入。终凝7d以上后，拆除专用夹具，并用1/3的浮力张拉倒垂线，线体稳定自由后检查测试线体的位置，确认是否满足设计要求。终凝21d以上后安装好倒垂浮体组。做线体实验，检查自由度。

（8）浮体组的安装。倒垂锚块埋设5d后，可进行浮体组的安装。浮体安装时主要注意以下几点：①油箱应水平，浮体位于油箱正中，并保持平衡；②将浮体移动后，能恢复到原来的位置；③油箱加盖后，浮体能自由移动，并满足测试精度要求。

3.垂线坐标仪的安装

（1）结构及原理。RZ型双向垂线坐标仪由测量部件、标定部件、挡水部件及屏蔽罩组成，测量信号由电缆引出，如图3.15所示。

仪器采用差动电容感应原理非接触的比率测量方式。在垂线上固定了一个中间极板，在测点上仪器内分别有一组上下游向的极板1、2和左右岸向的极板3、4，每组极板与中间板组成差动电容感应部件，当线体与测点之间发生相对变位时则两组极板与中间板间的电容比值会相应变化，分别测量二组电容比变化即可测出测点相对于垂线体的水平位移变化量。

（2）安装、调试方法。

1）根据设计图纸加工仪器支架。

2）将仪器支架安装到位。安装过程中应仔细检查仪器支架的安装位置及安装方向是否满足设计要求，并用水准尺检查仪器支架是否水平。

3）用螺栓将坐标仪固定在支架上。安装应根据季节适当调整，将坐标仪安装在最佳位置。

4）按照电缆连接约定连接坐标仪电缆，将电缆芯线与坐标仪焊接。

5）将电缆引入数据采集单元。电缆头标记必须醒目、牢固，防止牵引过程中脱落或损坏。

6）人工给定位移，利用百分表人工读数，同时自动化测读，现场检查坐标仪灵敏度系数，电缆接线是否准确无误；仪器安装完成后，对垂线线体进行复位实验，核实垂线线体是否自由。

为了便于计算，垂线坐标仪的测值方向为坝体向下位移为正，坝体向左位移为正；若不一致，在模块接线端子处将该组二桥压线进线位置互相调换使其一致。

4.现场调试

为确保仪器使用质量，并使在现场能检查仪器性能，每个工程配置了一套标定部件，用于检查仪器输出数值是否正常，可用标定部件在坐标上标定。

标定部件由专用标定架1台，30（或50）mm百分表1支，磁性表架1个及连接在屏蔽罩上的2块不锈钢标定架定位块组成。将标定架用2个M6×16的螺丝固定在标定架定位块上，垂线固定在标定架推动块中心刻槽中，将表架吸在另一块定位块上，将百分表对准标定架推动块，并使表杆与坐标方向平行。推动块刻槽中有-25mm、-12.5mm、0、12.5mm、25mm五个刻槽位置，在左右方向和上下游方向分别从中间位置（0mm位置）进行标定，将测量范围均分10档，全量程测得11个测值。共完成三个正、反行程测量，将所得资料经计算得到仪器在左右方向、上下方向的线性误差、回差和重复性误差。

量程求正、反行程测值的均值为ai（i=0、1、2、…、10）。

满量程输出值的均值：

单位格值：

S表示标定位移量程，取25mm或50mm。

线性度误差：

式中　——i测点端基线拟合值与该点测值平均值之偏差的最大值。

回差：

式中　——三个测回中，正反行程测值之最大偏差值。

重复性误差：

式中　Δmax——同测点三个正反行程中三测值之最大偏差。

测量基本（总）误差：

坐标仪的温度附加误差试验、长期稳定性试验、双向灵敏度影响试验，一般现场不具备一定条件和设备，可不做此试验，仅做线性标定或做灵敏度标定。

3.4.3.13　引张线系统

在廊道内埋设引张线以监测所在高程的水平向位移。引张线系统安装时需注意以下两点：①要求引张线线体保护管准直，以便引张线线体有足够的变形空间；②要求测点墩与待测部位紧密结合，能代表该处变形，且在同一高程面上。

1.引张线设备的安装

（1）安装要求。

1）依据设计测点部位，埋设安装相应的设备。

2）端点、测点埋设时需在先期的混凝土上插筋，处理接面，使端点的混凝土墩完全反映该点的状况。

3）张紧端夹线装置的V形定位槽中心线，要与引张线方向一致，且V形槽的水平高程略高于滑轮顶端。固定端固线装置中固线头的中心线必须与引张线的方向一致。

4）测点部分的埋设必须可靠，能准确反映测点的变位。并且尽可能使测点在同一高程上，高程误差在±5mm之内。如用人工比测装置，则要求测量标尺必须水平并且垂直于引张线方向。

5）测点、端点及线体必须有保护设施。保护管要置于支架上，相邻两管用管箍或法兰连接，测点保护与管道之间连接要考虑防风。

6）遥测引张线系统考虑电缆的保护。

（2）安装步骤。

1）先放出端点、测点及管道支架的平面位置，并测出其相对高差，以便按设计尺寸埋设时调整部件的高度。

2）按照设计要求安装引张线支架。

3）若事先未留二期混凝土或连接物，需用风钻或人工打孔予埋测点的插筋，再埋设安装各测点保护箱底板。要求底板保持水平。

4）埋设固定端、张紧端的混凝土墩及埋设件，保证端点部件的底板水平。

5）安装线体保护管道及端点的保护箱。

6）放线并将各测点遥测引张线仪的中间板穿在线上，将钢丝张紧，在浮箱中加“SG”溶液，使浮体托起至设计高程。

7）调整安装光学比测装置，保证测尺水平且与引张线垂直。调整标尺的高程，使线体到标尺面之间的距离在1～1.5mm之间。

8）检查线体在测量范围内是否完全自由：在某点线体人为给定一位移，分别测读各测点读数，并记录。最后放弃使线体自由并记录各测读数，重复三次。分析观测数据判断线体是否自由，若不自由需排查处理，使线体自由。

2.引张线仪的安装

（1）将仪器安装到位。安装过程中应仔细检查仪器支架的安装位置及安装方向是否满足设计要求，并用水准尺检查仪器支架是否水平。

（2）用螺栓将坐标仪固定在支架上。了解测点以往的测值变化规律，对于测值变化较大的测点，应根据安装季节适当调整，将坐标仪安装在最佳位置。

（3）按照电缆连接约定连接坐标仪电缆，将电缆芯线与坐标仪焊接。

（4）将电缆引入观测站。电缆宜放入保护管或电缆桥架。

（5）外露电缆必须放入钢保护管内，保护管之间攻丝套扣连接。

（6）电缆头标记必须醒目、牢固，防止牵引过程中脱落或损坏。

（7）人工给定位移，利用百分表人工读数，检查坐标仪灵敏度系数，电缆接线是否准确无误。

（8）仪器安装完成后，对线体进行复位实验，核实线体是否自由。

3.现场调试

智能电容式引张线仪的现场调试方法参照垂线坐标仪进行。

3.4.3.14　静力水准系统的安装埋设

坝体横向、纵向廊道内埋设静力水准系统6套，采用连通管法监测坝体和坝基的倾斜。静力水准系统安装时要求各测点支撑用钢板安装于同一高程面上，放样要求较高。

1.静力水准仪的安装

（1）利用水准仪等仪器，依据设计位置现场具体放样。

（2）安装静力水准仪。静力水准仪底板必须安装牢固、水平，同一条静力水准各测点之间安装底板的安装高差不大于3mm；用螺栓将静力水准仪固定在安装底板上，仪器安装也需水平。

（3）将静力水准管路与各测点仪器连通，要求连接处稳固、密封，不易脱落及漏液。

（4）加入静力水准专用液体。加液时应从一端开始，匀速加液，同时排出管路中的气泡。

（5）加液后，将浮子放入主体容器中，并将装有电容式传感器的上盖板装在主体容器上。

（6）将仪器电缆引入观测站。

（7）检查管路中是否有气泡，接头处是否漏液。

（8）静力水准仪采用人工仪表进行读数。

2.现场调试

静力水准仪标定方法原理与垂线坐标仪类似，可参照进行。

3.4.3.15　双金属标系统的安装埋设

在两岸坝肩及重点坝段埋设双金属标6套，观测坝基的垂直位移。双标管钻孔方法可参考垂线孔的施工。管标及仪器安装方法如下：

1.双金属标的安装

（1）保护管（套管）的埋设。

1）双标保护管采用无缝钢管。保护管（套管）每隔3～8m焊接4个大小不同的U形钢筋，组成断面的扶正环。

2）保护管应保持平直，底部加以焊封。保护管采用丝扣连接，接头处应精细加工，保证连接后整个保护管的平直度，安装保护管时全部丝扣连接缝用防渗漏材料密封。

3）下保护管前，可在钻孔底部先放入水泥砂浆，高于孔底约1.0m。保护管下到孔底后略提高，但不得提出水泥砂浆面，并用钻机或千斤顶进行固定。

4）然后准确测定保护管的偏斜值，若偏斜过大，应加以调整，直到满足设计要求，方可采用水泥砂浆进行保护管的固定；待水泥砂浆具有足够的强度后，才能拆除固定保护管的钻机或千斤顶。

（2）双金属标的安装。

1）在保护管（套管）内安装双金属管，双金属管采用钢管和铝管，钢管在外，铝管在内，两者套结而成。钢管和铝管安装前均需采样测定温度线膨胀系数，其测量误差宜小于±2×10-7℃，并能够保证主体工程的观测精度要求。

2）为固定双金属管在套管内的位置，宜每隔2m设置一个厚25mm的橡胶环，钢心管和铝心管从其中穿过，橡胶环的大小应保证心管不晃动。

3）钢管采用丝扣连接，铝管采用管箍连接。钢管和铝管每隔4～5m焊接4个导向柱板，组成一环形导向装置。

4）双金属管的底盖采用青铜棒专门加工，顶部应带有人工测量基座，底盖应能密封止水。

5）在双金属管底部设锚块，锚块采用A3钢加工，与双金属管连接处攻丝，连接处应密封不得漏水。

6）埋设双金属管时，宜向孔底放入厚0.5m、加了缓凝剂的水泥砂浆，将双金属管慢慢放至孔底沉入水泥砂浆深处进行锚固。

7）双金属孔上方预埋一块70cm×70cm的安装钢底板，底板上开有圆孔穿过钢保护管，钢底板底部和锚筋焊接后锚固在新浇混凝土墩内，锚固深度大于300mm，锚筋底部带有弯钩。施工时应保证保护管与钻孔壁之间的灌浆不能流入孔内，以保证钢心管与铝心管自由变形。在钢底板的指定位置应预先开好4个M8螺孔，以安装变位计附件。另外，双金属标在人工比测时应注意，水准尺不能与周边仪器相碰撞。

2.双金属标位移计的安装

（1）用螺栓将双金属标位移计固定在安装底板上，仪器安装调水平。调整初始位置。

（2）将仪器电缆引入观测站，并开始人工测量。

3.4.3.16　真空激光监测设备的安装调试

真空激光准直系统的施工主要包括配套土建工程施工和真空激光监测设备的安装调试两大部分。

1.激光发射端的安装

修建发射端安装平台和安装底板，然后在其上安装激光设备。安装激光光源底板时，应用水泡控制底板处于水平位置，其高度按照设计图纸进行调节；安装激光光源固定支架，通过调节螺栓调节激光管，使激光光源中心线在真空管道中心线上；安装组合光栏，调节光栏的高度，使激光光束通过小孔光栏。

2.激光接收端的安装

修建接收端安装平台和安装底板，然后在其上安装激光设备。安装接收端底板，安装时应用水泡控制底板处于水平位置，其高度按照设计图纸进行调节；安装接收屏，使接收屏的中心位于管道中心线上；安装CCD坐标仪，CCD坐标仪的安装应满足测量要求。

3.测点箱的安装

为保证测点箱和坝体牢固结合，并便于安装调整，在每一测点处设1个混凝土测点墩，上置钢面板，用插筋（带螺杆）使面板和坝体联为一体，再将测点箱紧固在面板上。为防止雨水等流进坑内，测点坑上加盖钢盖板并有排水措施。

4.波带板翻转机构的安装及调整

将波带板翻转机构用螺丝固定于测点箱内，将波带板大致放在管道中间，按照翻转机构电路板的接线接好电源线和通讯线。将所有的测点全部安装完成后，将测点箱盖盖上，进行抽真空。当真空抽到测量真空度后，用电脑控制轮流举起不同部位的波带板，并记下各个波带板在成像屏上所成的像的位置。然后再根据该位置按系统各测点的放大倍率计算出翻转机构及波带板精确调整的位置进行精调。

5.软件的调试

在工控机上安装真空激光系统测量软件。运行该软件，完成各种功能的操作：对系统进行定时，单点测量，多次重复测量。

3.4.3.17　强震仪的安装

1.仪器安装

仪器内有1台垂直向和2台水平方向的传感器相互正交成三轴向安装。仪器安装时注意安装测量的正方向。

仪器安装需要考虑底座安装调水平，仪器壳上装有水准仪，要求调整到水准泡在小黑圈内。仪器备有附加安装底板，用ϕ8mm螺栓固定。

2.仪器连线

检查所有电缆线应完好，无破损和断路，按要求接好电源、记录器。并核对接线无误后，用开关接通正负电源等待1min，用万用表检测各方向低灵敏度输出线与输出信号地线电压，仪器出厂时调在小于10mV，如大于50mV仪器可进行调整。

3.灵敏度S的标定

仪器输出下限测量频率为0，因此可利用地球重力场对仪器的灵敏度进行静标定。标定方法：接通电源，根据三轴向加速度计所在不同位置，沿着每台加速度计的长轴轴线，左、右翻转90°，即使加速度计受±1g的重力加速度作用。

也可以利用下式对SLJ型加速度计翻转的角度α计算其灵敏度：

垂直：

水平：

式中　α——加速度计翻转角度；

VZ（VR）——加速度向左（右）翻转的角度α时输出的电压值。

4.仪器系统标定

系统标定时请连接记录器进行，将加速度计翻转适当的角度，用记录器将标定过程记录下来，作为实测时的分析标准。

5.标定

SLJ型三分向加速度计为了与数字强震记录仪配接标定检测使用，内部设置了标定加速度计阻尼与自振频率装置，以便通过记录器远程检查加速度计的工作情况。

由数字强震仪输出两组标准格式的时程曲线给SLJ型加速度计的无阻尼设置端（UNDAMP）和标定端（STEP），此时加速度计响应标定输出典型时程曲线。

6.仪器调零

仪器调水平后，接通电源，仪器有机械调零孔，使用专用工具按给出仪器位置安装调整示意图的⊕→⊖方向调整，用数字万用表监测仪器的输出电压大小。注意用力适当，勿调过量，防止扭伤簧片，造成损坏。

3.4.3.18　外部变形监测网平面网点

（1）平面位移监测网等级为一等。

（2）点位选择在视野开阔，通视良好，基础稳定的地方。

（3）对平面监测网基准点的基础开挖至基岩，并深入基岩下0.5m，地面观测墩高1.3m。

（4）观测墩浇筑时采用ϕ16mm螺纹钢和C20混凝土，并按规定养护，标墩顶部设置强制对中盘，强制对中盘采用长水准气泡调整水平，其倾斜度不大于4'。

（5）埋设时，注意避开交会视线上的障碍物1m以上。

3.4.3.19　外部变形监测网垂直网点

（1）垂直位移监测网采用国家一等水准精度施测。

（2）点位选择在隐蔽不易被破坏，基础稳定的地方，尽量利用施工测量控制网点。

（3）垂直位移监测网点为现浇标墩，一般按基岩水准标形式，条件好时，可按岩石水准标形式浇筑。

（4）水准标心顶端高于标面0.5～1.0cm。

（5）在水准点旁设立指示牌。

3.4.3.20　表面变形监测点

（1）平面位移测点标墩为现浇钢筋混凝土观测墩（C20），坝顶监测点标墩高于地面2.0m，并与监测部位紧密结合。

（2）标墩顶部设置强制对中盘。强制对中盘应调整水平，其倾斜度不得大于4'。

（3）埋设时，注意避开交会视线上的障碍物1m以上。

3.4.3.21　坝体水准基点和水准测点

坝体水准工作基点位于坝基灌浆洞两端，标石为基岩水准标或岩石水准标；坝体内水准测点为混凝土水准标或岩石水准标。点位选择在隐蔽不易被破坏，基础稳定的地方，埋设时标心采用不锈钢标心，表面加保护盖防止破坏。水准标心顶端高于标面0.5～1.0cm。

3.4.3.22　监测仪器的电缆安装

1.电缆的连接

监测电缆在仪器埋设点附近应预留一定的富余长度。电缆牵引方向应尽量垂直或平行于混凝土面埋设。监测仪器至监测站的电缆应尽可能少用接头。电缆的连接和测试按《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178—2003）实施。在监测仪器引线进行必要的连接、套接和安放后，在回填或埋入混凝土中之前，监测仪器引线应立即进行测试。仪器电缆也应进行通电测试。弦式仪器的电缆应采用专门配套的屏蔽电缆，仪器电缆连接方法参见供货厂家说明书。在电缆的端部应提供防水、防湿的保护套管，监测仪器电缆进入监测站处应有2m以上的镀锌电缆套管。电缆采用热缩连接。

（1）根据设计和现场情况准备仪器的加长电缆。

（2）在要连接的电缆一端预先套上的里层带有热融胶的热缩套管，再在电缆的每根芯线的一端分别套上一根细的热缩套管。

（3）把铜丝的氧化层用砂布擦去，按同种颜色互相搭接，铜丝相互叉入，拧紧，涂上松香粉，放入已熔化好的锡锅内摆动几下取出，使上锡处表面光滑无毛刺，如有应锉平。

（4）检查各芯线电阻，测值正常后加热热缩每根芯线的热缩套管，用火从中部向两端均匀地加热，排尽管内空气，使热缩管均匀地收缩，并紧密地与芯线结合。

（5）将芯线并在一起，用专用的自粘胶带紧紧地把芯线裹在一起，裹时一圈一圈地依次进行，并用力拉长胶带，边拉边缠，使粗细一致，包扎体内不能留空气。

（6）接好电缆的屏蔽层（可以互相压按在一起），重复上述（5）的做法，包裹之后的电缆外径略小于外层热缩管的内径为宜。

（7）将预先套在电缆的外层热缩套管移至缠胶带处加温热缩，如果外层热缩套管的内层不自带热融胶，热缩前应在热缩管与电缆外皮搭接段缠上热熔胶，用火从中部向两端均匀地加热，排尽管内空气，使热缩管均匀地收缩，并紧密地与电缆结合。

（8）接头热缩前后应测量、记录电缆芯线电阻、仪器读数。

电缆连接示意图如图3.16所示。

2.电缆的保护

（1）电缆在牵引过程中，要严防开挖爆破、碾压坝中电缆的牵引受力过大、施工机械损坏电缆，以及焊接时焊渣烧坏电缆。

（2）电缆跨施工缝或结构缝布置时，应采用穿管过缝的保护措施，防止由于缝面张开或剪切变形而拉断电缆，具体要求如下：

1）电缆跨缝保护管直径应足够大（为电缆束直径的1.5～2.0倍），使得电缆在管内可以松弛放置段。

2）跨缝管段应有伸缩管，以免因保护管伸缩而造成局部混凝土开裂。