SXF-D型振弦式多点位移计使用说明书

SXF-D系列振弦式多点位移计使用说明书水利部南京水利水文自动化研究所南京达捷大坝安全技术发展公司地址：南京市雨花区铁心桥街95号电话：[phone]邮编：210012传真：[phone]网址：电邮：[e-mail]1用途SXF-D型振弦式多点位移计适用于长期埋设在水工结构物或土坝、土堤、边坡、隧道等结构物内，测量结构物深层多部位的位移、沉降、应变、滑移等，并可同步测量埋设点的温度。多点位移计的位移传感器采用的是SXF型振弦式位移计，其由位移计加装配套附件而组成。振弦式位移计的敏感测量元件，其与固定机架的材料线膨胀系数极为接近，经试验温度修正系数甚小，使用中不需要温度修正。2规格及主要技术参数型号规格SXF-25D×SXF-50D×SXF-100D×SXF-150D×SXF-200D×量程mm2550100150200分辨力％FS0.05精度％FS≤0.5温度测量范围℃-20～+60温度测量精度℃±0.5耐水压MPa0.5，其它耐水压可按要求定制绝缘电阻MΩ≥50×：表示测点数3结构及工作原理3.1结构SXF-D型振弦式多点位移计主要由位移传感器及护管、不锈钢测杆及PVC护管、安装基座、测杆护管连接座、锚头、护罩、信号传输电缆等组成。测杆护管接头护罩安装基座观测电缆传感器护管测杆护管连接座锚头传感器分配盘测杆密封头接线端子后接圈测杆接头3.2工作原理当被测结构物发生变形时将会通过多点位移计的锚头带动测杆，测杆拉动位移计产生位移变形，变形传递给振弦式位移计转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可计算出被测结构物的变形量；并可同步测量埋设点的温度值。3.3计算方法a)当外界温度恒定多点位移计仅受到轴向变形时，每一测点的变形量Li与输出的频率模数（Hz2/1000）变化量△Fi具有如下线性关系：Li=ki△Fi△Fi=Fi-F0i式中：ki—该测点位移计测量变形量的最小读数，单位为mm/F；△Fi—该测点位移计实时测量值相对于初始值的变化量，单位为F；Fi—该测点位移计的实时测量值，单位为F；F0i—该测点位移计的初始值，单位为F。b)当多点位移计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，每一测点的位移计有一个输出量△Fi´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。实验可知△Fi´与△T具有如下线性关系：Li´=ki△Fi´+(bi-hiα)△T=0ki△Fi´=-(bi-hiα)△T△T=T-T0式中：bi—该测点位移计的温度修正系数，单位为mm/℃；△T—温度实时测量值相对于初始值的变化量，单位为℃；T—温度的实时测量值，单位为℃；T0—温度的初始值，单位为℃；hi—该测点测杆长度，单位为mm；α—测杆的线膨胀系数，单位为10-6/℃。注：测杆材料为不锈钢，不锈钢的线膨胀系数一般取16.5×10-6/℃。c)埋设在混凝土结构物或其它结构物内的多点位移计，受到的是变形和温度的双重作用，因此位移计的一般计算公式为：L=k△F+(b-hα)△T=k(F-F0)+(b-hα)(T-T0)式中：L—被测结构物的变形量，单位为mm。注：SXF-D型振弦式多点位移计中的敏感测量元件，与固定机架的材料线膨胀系数极为接近，所以其温度修正系数b甚小。由此一般计算公式为：L=k△F-hα△T=k(F-F0)-hα(T-T0)4安装与埋设多点位移计使用场合很广，埋设安装的部位和环境也各有不同，埋设方法有水平埋设、倾斜埋设、垂直埋设，通常可安装埋设在坝体的廊道内、坝体的坝肩内、隧道内、山体的边坡内、土坝内、路堤内等。多点位移计安装埋设的位置和环境不同，埋设安装方法也有所不同。下面主要对埋设在岩体内，测量岩体稳定性的埋设安装方法作一些简述，在其它结构物内埋设安装多点位移计的方法可参照进行。4.1前期准备安装埋设前应将所有仪器进行建档，每套多点位移计要有一个组号，每组中每支位移传感器要有一个点号。记录各点传感器的出厂编号，以及连接测杆的长度。每套多点位移计出厂时，观测电缆的长度根据客户的需要引出，用户也可自行接长电缆。4.2多点位移计的组装（标准配置）4.2.1组装说明多点位移计的位移传感器出厂时均已标定检验合格，如发现某一支传感器损坏或有异常情况，可在厂家专业技术人员的指导下进行检查或更换传感器。4.2.2测杆及锚头和护管及密封头的组装安装前应首先核对设计测量点数及各点深度，标注每组多点位移计各测量点的编号。根据各测点的测量深度配制不锈钢测杆(Ф7)和PVC护管(Ф15)的长度。测杆分为：0.5米、1米、1.5米三种长度，一般以1.5米的测杆为主，0.5米和1米的测杆用于调配埋设深度。护管为1.5米标准长度，客户安装时可自由裁成需要的长度。组装时从锚头一端开始，将第一节测杆旋上锚头并带胶拧紧，测杆的另一头用测杆接头连接下一节测杆并带胶拧紧。当第一节和第二节测杆连接好后穿入第一节护管，护管一头与密封头连接(胶粘)，另一头用护管接头连接(胶粘)下一节护管，然后依次连接测杆和护管直到规定的长度为止。当最深测点的测杆和护管连接超过第二深测点位置时，按以上方法连接第二深测点的测杆及锚头和护管及密封头，依次类推完成剩余测点的组装。注意：最靠近传感器一端的护管采用带内部变径的护管（用电工胶布标记），用来定位测杆，以便方便更换传感器。4.2.3分配盘和自锁扎带的使用自锁扎带的作用是使组装好的护管和测杆能集中，不至于接长后扭曲和交错在一起。同时也有利于多点位移计在入孔就位时测杆不会散开，减少与孔壁间的摩擦便于安装就位。安装时应每隔约2米左右距离，将测杆护管(包括排气管)等排列整齐，用自锁扎带捆扎在一起。分配盘套在距安装基座0.5米的护管外，其作用是在孔口将测杆和护管分配在规定的位置上，以便于传感器和安装基座的就位。4.2.4传感器和安装基座的安装当测杆和护管安装完成后安装传感器，先将测杆护管（PVC管）分别插在传感器护管（不锈钢管）内，将传感器与测杆连接拧紧，再将传感器护管连接到基座上即可。安装基座固定后应调整传感器位置，使多点位移计安装定位后可按设计要求调节测量范围。当多点位移计向下安装时，需将传感器固定端拉出固定；当多点位移计向上或水平安装时，需将传感器固定端压到底部固定。4.2.5观测电缆的连接安装基座在出厂时已配备了一定长度的观测电缆，电缆长度通常根据客户的要求配备。观测电缆与传感器电缆的连接采用接线端子连接的方法，多点位移计出厂时观测电缆和接线端子已连接好，在工地现场只要与传感器电缆连接即可。接线端子放在一个塑料盒内，连接完成后，用读数仪读取各支传感器的读数，确认无连接错误及需要调整的部件后，罩上护罩保护。由于护罩内的空间有限，传感器电缆的外护套不能留的太长，其芯线的长度在保证有效连接接线端子的前提下，可少许多留一些以便于今后的维修需要。传感器芯线接好后应排列整齐用自锁扎带捆紧。下面是多点位移计标准配置的接线表：测点号端子号10芯电缆芯线传感器电缆芯线1#1红色长线1#传感器红色线2红色短线1#传感器黑色线2#3黑色长线2#传感器红色线4黑色短线2#传感器黑色线3#5蓝色长线3#传感器红色线6蓝色短线3#传感器黑色线4#7黄色长线4#传感器红色线8黄色短线4#传感器黑色线温度9白色线4#传感器白色线10绿色线4#传感器绿色线屏蔽11屏蔽线4个测点屏蔽线并接4.2.6排气管和灌浆管的安装排气管从多点位移计安装基座旁边引出。若多点位移计埋设方位向下，排气管伸进孔内1-2米即可；若多点位移计埋设方位是平放或向上(如装在顶拱上)，则排气管应与测杆一起安装，其长度应比最长的测杆最少还长20cm以上，以保证注浆时空气能完全排出。另外，将排气管顶端削成45°，侧面再多做几个通气孔，以防泥砂阻塞排气管口后不能排气。排气管采用小口径无接头能承受一定压力的长塑料硬管。灌浆管的安装位置也是在孔口多点位移计安装基座的旁边伸进孔内，灌浆管的深度一般与排气管的长度相反，排气管口靠近孔口时，灌浆管口就在孔底，排气管口靠近孔底时，灌浆管口就在孔口附近。4.3安装埋设图多点位移计安装埋设图如图1所示。电缆带护管的测杆带护管的测杆测杆锚头测杆锚头灌浆管排气管传感器装置混凝土衬砌灌浆管水泥砂浆水泥砂浆混凝土墩台传感器装置护罩电缆排气管向下安装向上安装图1：多点位移计的安装埋设示意图4.3.1钻孔根据设计要求确定安装埋设高程、方位、角度，在设计定位的地方钻孔。钻孔直径根据多点位移计测点的配置数量决定，测点数越多孔径越大。多点位移计的标准配置为4点测头，钻孔直径最小为60mm，深度按设计要求确定，孔外保护罩高度为160mm；孔口直径扩孔至80mm，深度为500mm。通常钻孔深度要比设计要求孔深200～500mm，以防落渣堵塞后减少孔深。钻孔宜取岩芯，并进行岩芯描述，孔壁要平整、光滑。造孔完毕安装仪器前应进行清孔和测深，条件允许时孔壁要冲洗干净。4.3.2安装就位4.3.2.1整体安装法在大型地下洞室或露天施工场所安装多点位移计时，可在现场寻找大于多点位移计埋设最深测点深度的平整地面，将整套多点位移计装配好，然后整体运至孔位处，慢慢将多点位移计送入钻孔中就位(入孔弧度不要过小)，直至多点位移计安装基座落入孔口并放置牢固。多点位移计就位后在基座旁引出排气管和插入注浆管，固定好后用速干膨胀水泥将排气管和注浆管和孔口封闭固结。4.3.2.2分体安装法如测杆太长或工作场地狭小可采用分体安装法。先将最深测点的测杆及锚头和护管及密封头组装两节后，用绳子兜住锚头放入孔中，然后逐级接长逐级下放，边连接边向钻孔内延伸推进。当最深测点的测杆和护管推进到第二深测点高程时，将第二测点的测杆和护管也顺序放下，这时两组测杆和护管捆扎在一起同时逐级接长逐级下放，在下放的同时每隔2米左右将测杆相互之间用扎带捆扎一次，其它各级测杆和护管照此依次放下，至到孔口高程。各点测杆和护管就位后装上分配盘再与传感器和安装基座连接固定在孔口处。有时现场安装采用先将测杆和护管安装埋入钻孔中灌浆固结，然后再安装传感器和固定安装基座。采用此种方法安装埋设时，应注意当各测点的测杆和护管全部进入钻孔后，尾部安装分配盘，分配盘放置于扩孔底面。此时测杆和护管端头要尽量平齐(各测点的测杆接头应旋上），高出扩孔底部100mm～150mm，以方便下一步安装传感器和安装基座。4.3.2.3注意事项安装就位全过程中要拽紧兜锚头和测杆的绳子防止测杆和护管掉入钻孔内，兜锚头的绳子也可用于调整孔口处测杆和护管的高低。兜锚头的绳子只有在多点位移计安装完成，将要灌浆前才能取出。安装测杆时，测杆与测杆之间的连接一定要牢靠不可松动，最好用胶固定。PVC护管接头和测杆护管连接座涂抹PVC胶粘接测杆护管。4.3.3灌浆多点位移计安装就位后即可灌浆，以防孔中有破碎岩石掉块或泥沙固结。灌浆过程中排气管内会不断有空气排出，当排气管中开始回浆时表明灌浆已满。此时，可拆除灌浆设备，堵住灌浆管和排气管。由于多点位移计安装有正装和反装之分，因此灌浆也分为孔口灌浆和孔底灌浆两种方式。4.3.3.1孔底灌浆(图1向下安装)灌浆设备将砂浆先从灌浆管内注入钻孔，灌浆要由下向上泛浆，使孔内不会产生空隙，逐级灌浆逐级拔出灌浆管。排气管在灌浆时排出孔内的气体，使沙浆顺利上泛，当排气管内排出砂浆后，说明灌浆到孔口了，即可将排气管拔出。4.3.3.2.孔口灌浆(图1向上安装)在安装测杆时即将排气管与测杆绑缚在一起，排气管要比最长的锚头长出一个固结空间。灌浆管从多点位移计安装基座旁插入孔内，灌浆时沙浆从孔口向孔底泛浆，孔中的空气由于沙浆的压迫从孔底排气管中排出。当沙浆从排气管中排出时，即为钻孔中已注满了沙浆。此方法灌浆要求灌浆压力比较大，而且要求孔口密封性能好、强度高。待砂浆初凝后，才可拆下注浆管，剪去外露的排气管。4.4初始位置调整多点位移计安装定位后，需设定传感器的初始位置。先拆下护罩，松开紧固传感器的螺栓，利用传感器的连接线上下拉动传感器，调