岩土工程安全监测施工技术分析

    关键词：岩土工程；监测仪器；电缆连接；数据采集

 

    0前言

    随着社会的发展，世界各国的水利水电及公路、铁路等基础设施的建设，日新月异、突飞猛进。在工程项目的实施过程中，岩土工程安全监测工作显得尤为重要，根据安全监测数据分析，可提前预知岩土工程变形趋势及变化量，以便土建工程施工提前采取相应措施，避免重大事故的发生，加快施工进度。如果没有监测数据指导施工，工程项目难以顺利实施，然而现场如何确保监测工作的有效实施，确保监测数据的连续性、完整性、可靠性、及时性和准确性，第一时间把最完整的资料提供给施工各方，值得进一步探讨。

 

    1仪器安装前的技术准备工作

    技术准备的目的是了解设计意图、布置和技术规程，以便满足设计要求，达到设计目的。技术准备的主要内容有：（1）阅读监测工程设计图纸、报告及各项技术规程，熟知设计意图和监测实施的技术方法与标准。（2）设计交底与技术培训：通过设计交底使工作人员更加了解设计意图，明确监测目的与意义。通过培训，使工作人员了解技术方法、技术标准及施工注意事项，确保施工质量。（3）考察现场条件，制定施工方案：监测工程的施工是与其他工程交叉进行的，仪器安装埋设施工既要达到设计要求，又要克服恶劣环境的影响，避免干扰。因此，仪器安装埋设前，对现场条件要进行全面的考察，提出具体措施与施工方案（包括进度计划），在施工过程中还要根据条件变化随时进行调整。

 

    2.1仪器设备现场验收

    根据开工申请、施工组织报告及设计技术要求，仪器进入现场后，应在监理的主持下，由设计部门、业主方进行现场验收。仪器设备到达现场后，应及时通知施工各方组织验收，验收过程中应检查生产厂家资质证明，如生产许可证、使用说明书、体系认证证书、率定资料、检验合格证、装箱单等是否齐全，包装是否规范，仪器外观是否良好，测读是否正常。仪器技术参数及数量是否与设计要求相符，若有疑问应及时与厂家联系。

 

    2.2仪器设备现场检验和率定

    在埋设安全监测仪器之前，都要逐一进行检验率定，主要目的是检查仪器的工作性能、灵敏度，率定仪器的工作曲线。检验率定的主要内容是进行力学性能、温度性能和防水性能的检验率定，其中仪器力学性能的检验率定最重要。只有检验合格、率定曲线符合性良好的仪器才能在工程中使用。岩土工程监测一般选用有多年生产历史及多个工程实践应用实例的正规仪器厂家的仪器设备，仪器出厂时都进行了各项检验与标定，并附有标定卡片及合格证。但从仪器出厂到安装前还有运输、储存等环节，仪器的性能可能会发生变化。岩土工程内部监测中，监测仪器大多在隐蔽的工作环境下长期运行，仪器一旦安装埋设，一般无法再进行检修和更换。因此，对所有将要埋设的仪器，必须在现场进行全面的检验和率定。其主要的任务是：校核仪器出厂参数的可靠性、检验仪器工作的稳定性，以检验仪器在搬运过程中是否损坏、保证仪器性能长期稳定。

    观测仪器的埋设应严格按照规程规范、仪器说明书及现场监理的要求实施，以确保监测数据能准确反映建筑物真实变形量。

 

    仪器与电缆的连接是保证监测仪器能长期运行的重要环节之一。尽管仪器经过各种测试保证无任何质量问题，可若加长电缆或连接头有问题，仪器也不能长期正常工作，故电缆与仪器的连接在安装前必须引起足够重视。

 

    4.1电缆质量的要求

    监测仪器的接长信号电缆应具有耐油、耐酸、耐碱、防水和质地柔软的性能，电缆外保护套宜印有长度标记。具体要求可参照SL531-2012《大坝安全监测仪器安装标准》执行。

 

    4.2电缆的连接

    仪器接长信号电缆的连接依其外护套的材质不同而采用不同的连接方法。PVC外护套电缆的连接宜采用热缩套管法。橡胶外套电缆的连接宜采用硫化法。但在实际施工过程中，由于热缩套管法相对操作方便，造价低廉，目前已被广泛采用，硫化法在实际工程中已鲜有人使用，仅在有特殊要求的部位使用。电缆热缩套管法虽优点明显，但也不可避免存在一定不足。在实际使用过程中，热缩套管法接线仅适用于耐水压小于1.0MPa的工程部位，而对于大中型水工建筑物，经常有水压力超过1.0MPa的部位（如水电站的压力管道、高坝坝基等），采用此法接线很难保证电缆接线的质量，甚至会影响到监测数据的正常读数采集。而高水头压力的部位往往也是工程监测的重点部位，为了保证该部位监测数据的有效、稳定、可靠，采用耐水压监测仪器是必然的，而更重要的是在电缆接引的时候也要保证电缆接头部位耐水压要求。当接引的信号电缆有耐水压要求时，硫化法是首选，因为其在水利水电行业使用时间长、技术成熟，耐水压能达到3.0MPa甚至更高，但操作复杂、造价高是这种方法最突出的缺点。为了弥补以上方法的缺陷，有些厂家在热缩套管法的基础上研制出外护套强度更高和两端密封更牢的专用接头，称为“专用接头法”。专用接头法实际上就是在电缆进行热缩套管连接后再在接头外增加特制的防水外壳，这样就提高了电缆接头耐水压的要求，实验证明其耐水压最低能满足3.0MPa的要求。与硫化法相比，这种方法仅增加适当的成本就能满足硫化法所具备的技术参数，且操作简单。通过压水实验得知，在5MPa压力作用下，采用热缩管套管连接的普通接头，10d左右就出现绝缘下降，并迅速衰减，两个月时间就会严重影响观测数据，一年左右水会从接头处渗透，从200m外的端头滴出。而采用专用接头连接的电缆在高水压下仍然能保持良好的绝缘性，且稳定性也好。因此，在有耐水压要求的部位使用专用接头是可行的。

 

    4.3电缆的敷设及保护

    观测电缆走线是监测施工的组成部分。电线走线和仪器安装、埋设同等重要，设计与施工阶段均应予以重视。电缆走线有明走、暗走之分，但无论电缆采取什么样的走线方式，其最终目的是保证监测电缆的完整性，避免由于监测电缆受损导致仪器无法正常读数。具体如何走线不详细描述，下面重点介绍在实际走线过程中容易忽略的问题。（1）在进行电缆敷设前，首先要熟悉设计图纸和水工建筑物的整体建筑结构，避免由于对建筑物不熟而导致监测电缆漏埋、错埋。（2）电线走线敷设时，应严格按照电缆走线设计图和技术规范施工，尽可能减少电缆接头。遇有特殊情况需要改变时，应以设计修改通知为依据。（3）由于地下工程施工的特殊性，开挖期地下工程进行电缆敷设及保护一定要切实可靠，同时也对监测施工人员提出了很高的要求。在进行地下工程电缆走线时，首先要了解开挖期地下洞室的主要施工工序，根据主要施工工序结合监测设计图纸提前规划监测电缆的敷设方案，尽量避免或减少洞室开挖爆破对电缆的损坏；其次要熟悉地下系统结构，地下系统是比较复杂的建筑结构，在进行电缆走线时一定要考虑全面，尤其注意在洞室交叉部位及附近是否有电缆走线，做到尽可能的避让，同时做好标记并画走线图。（4）做好电缆走线记录是电缆敷设的最后一步，在实际工程中，这一点往往容易被忽略，实际上这是监测电缆敷设最关键也是最重要的一个环节。在很多工程中，由于监测电缆敷设后没有及时或没有做好电缆走线记录，后续工程施工损坏了监测仪器电缆的情况屡见不鲜。

 

    5现场观测数据的采集与分析

    仪器安装埋设后，其初始值的选取非常重要，直接关系到以后观测数据是否真实反映建筑物的实际变化量。若监测数据小于建筑物的实际变化量，则监测不到建筑物的安全隐患，容易发生重大事故；若监测数据大于建筑物的实际变化量，则会造成对建筑物安全性的错误判断，在建筑物本身处于安全运行的情况下，投入大量人力物力对建筑物进行不必要的加固，造成资金浪费。因此，基准值不能随意确定，必须考虑仪器安装埋设的位置、所测介质的特性、仪器的性能及环境因素等，然后根据初期数次观测、并考虑以后一系列变化或稳定情况后，才能确定基准值的数值，下面以混凝土内安装的仪器为例，分析应如何选取初始值。安全监测仪器多为金属材料制成，因材料热膨胀系数原因，仪器读数会受温度变化影响。仪器在埋设前处于自然环境中，埋设后则处于混凝土内部，埋设前后温差较大，如按常规方法确定初始值，那么早期混凝土的水化热升温在仪器测值变化中势必起到主导作用，而真正需要监测的物理量并没有发生变化，这样势必造成实测物理量与实际情况发生较大的偏差。因此对混凝土内监测仪器初始值的选取要结合监测仪器自身的特性，同时也要考虑水化热对监测成果的影响。如测缝计的初始值宜在混凝土终凝时确定；钢筋计宜在混凝土固化后，钢筋能够随周围材料变形时确定；渗压计宜在混凝土水化热基本稳定时确定；应变计组初始值选取不仅要考虑温度的平衡还要考虑其弹性上的平衡，一般在应变相差范围10～25με且埋设点的温度达到均衡时确定初始值。

 

    安全监测工程作为一项辅助性工程，在主体工程中起着举足轻重的作用。认真做好安全监测工作能为掌握主体工程建筑物的变形情况提供科学有效的理论依据，确保建筑物的安全运行，降低运行成本，间接创造一定的经济效益。综上所述，要做好安全监测工作，现场监测人员必须注意以下几点：（1）要由有资质的专业施工部门实施，以保障安全监测工程质量。（2）仪器选型技术参数要达到或超过设计要求，以满足设计思路及意图。（3）认真做好仪器到场的验收及现场率定检验，以确保仪器的可靠性。（4）协调现场各土建施工单位，强化安全监测，人人重视安全监测工作，以保障仪器安装埋设后的完整性及安全性。（5）严格按照规程规范安装埋设，并认真做好安装埋设过程及监测过程中的各项记录，以保障监测数据的真实性、完整性及连续性。（6）对观测数据进行认真细致的分析，以准确判断变形量，确保建筑物的安全运行。

    参考文献：

    [1]DL/T5006-2007，水电水利工程岩体观测规程[S].

    [2]岩土工程安全监测手册•第三版[M].北京：中国水利水电出版社，2013.