徐宏杰

1 工程概況

引黃北干線1號(hào)隧洞線路始于大梁水庫地下泵站，至馬鞍山七里河一側(cè)出洞，洞長45km，選線時(shí)盡可能避開隧洞沿線的煤礦采空區(qū)，但在該隧洞出口段仍不可避免地通過崔家?guī)X采空區(qū)。

由于采空區(qū)中心與邊界的變形程度不均勻，中心邊緣處的變形較嚴(yán)重，為使北干線1號(hào)隧洞采空區(qū)巖移變形監(jiān)測(cè)資料具有可比性，準(zhǔn)確分析采空區(qū)塌陷變形的特征，合理評(píng)價(jià)崔家?guī)X煤礦采空區(qū)場(chǎng)地的穩(wěn)定性，必須對(duì)采空區(qū)進(jìn)行巖移變形監(jiān)測(cè)。

2 儀器安裝

2.1 主要儀器安裝

安裝傳遞桿及錨頭時(shí)，首先在已鑿好的鉆孔中安裝測(cè)點(diǎn)錨頭和不銹鋼應(yīng)力傳遞桿，錨頭安裝在洞線附近到以下75m，每15m間隔一個(gè)測(cè)點(diǎn)，傳遞桿與各錨頭連接并延伸至孔口，傳遞桿外部套PVC保護(hù)管。其次對(duì)鉆孔內(nèi)采用自下而上的方法灌注1∶1水泥漿至孔口，使錨頭與周圍基巖固結(jié)為一體，待水泥漿凝固后安裝傳感器及底座。

安裝多點(diǎn)位移計(jì)時(shí)，必須待孔內(nèi)水泥漿凝固后以自由狀態(tài)進(jìn)行安裝。安裝時(shí)對(duì)不同測(cè)頭或錨頭相應(yīng)的傳遞桿連接不同的傳感器，并做好考證表。同時(shí)記錄不同儀器安裝前和安裝后的測(cè)值，并在儀器電纜上做好編號(hào)，以保證各儀器電纜不混淆。儀器安裝好后，做好混凝土外部保護(hù)，進(jìn)行人工測(cè)量。

電纜長度按設(shè)計(jì)圖牽引路線進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件適當(dāng)加長15%左右松馳系數(shù)。由于儀器電纜埋設(shè)后不便檢查、處理，在儀器引線安放和連接后，回填之前立即對(duì)觀測(cè)儀器及電纜進(jìn)行測(cè)試。電纜兩端做好標(biāo)記，標(biāo)明儀器永久編號(hào)。電纜通過防水、防潮接線端口進(jìn)入測(cè)控單元，并接入對(duì)應(yīng)的模塊通道。

MCU調(diào)試測(cè)量控制單元設(shè)置在地面監(jiān)測(cè)站內(nèi)，采用壁掛式機(jī)箱，用4個(gè)M8膨脹螺栓固定在墻上，機(jī)箱底部距離地面1.25m，具體的布設(shè)位置視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，以方便運(yùn)行管理為宜。

測(cè)控單元安裝后及時(shí)通電檢查，采用便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作：一是對(duì)接入測(cè)控單元的儀器進(jìn)行巡檢、單檢、選測(cè)、存儲(chǔ)、入庫等操作，檢驗(yàn)各監(jiān)測(cè)功能是否正常。二是對(duì)測(cè)控單元“查詢當(dāng)時(shí)時(shí)鐘”、“設(shè)置時(shí)鐘”，用鼠標(biāo)選中要調(diào)試的測(cè)控單元箱號(hào)，在“請(qǐng)輸入”對(duì)話框中輸入開始時(shí)間及存儲(chǔ)周期，檢查測(cè)控單元是否在所設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。三是啟動(dòng)定時(shí)測(cè)量，測(cè)量完后查詢相應(yīng)測(cè)控單元的歷時(shí)測(cè)值，做好記錄，然后切斷測(cè)控單元電源，稍后再開機(jī)重新查詢測(cè)控單元的歷時(shí)測(cè)值，查詢有無丟失現(xiàn)象。四是對(duì)測(cè)控單元進(jìn)行各項(xiàng)檢查并確認(rèn)其功能正常后，取初始值，同時(shí)將初始值及各儀器的技術(shù)參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫，投入正常測(cè)量。

2.2 儀器安裝位置

CKQ22鉆孔：孔口高程1288.0m，孔深120m，坐標(biāo) X：4369558.845，坐標(biāo) Y：37615912.000，洞底高程1247.5m，安裝后孔口基點(diǎn)高程1288.849m。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及整理計(jì)算方法

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集

現(xiàn)場(chǎng)施工埋設(shè)安裝期間，采用GK-403振弦式頻率計(jì)進(jìn)行觀測(cè)GEKON出廠的GK4450-1-300型位移計(jì)。

MCU安裝后，通過通訊軟件按照相應(yīng)的要求對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，由MCU對(duì)所轄傳感器進(jìn)行定時(shí)測(cè)量。觀測(cè)的數(shù)據(jù)直接用便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集，然后導(dǎo)入專用數(shù)據(jù)庫，在專用程序計(jì)算后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理量，并剔除觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差及系統(tǒng)誤差。對(duì)懷疑存在系統(tǒng)誤差的測(cè)值，利用其他測(cè)量手段進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，并與相鄰的觀測(cè)設(shè)施的觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)考證，證明確實(shí)存在系統(tǒng)誤差后，再進(jìn)行處理。同時(shí)定期將數(shù)據(jù)庫中的原始觀測(cè)資料換算為位移值和溫度物理量，檢查計(jì)算結(jié)果是否有異常變化。

3.2 LN-MD多點(diǎn)位移計(jì)的計(jì)算方法

原廠標(biāo)定中采用GK-403型頻率計(jì)進(jìn)行讀數(shù)，采用LN1018-Ⅱ型MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)不同傳感器相應(yīng)的換算公式進(jìn)行計(jì)算。GEOKON儀器技術(shù)參數(shù)為：量程300mm，靈敏度0.02%F.S，精度±0.1%。計(jì)算時(shí)，用于測(cè)量和換算振弦式位移計(jì)的基本單位是“Digits（字）”，數(shù)字計(jì)算以下列公式為基礎(chǔ)：

用下列公式將Digits（字）換算為位移計(jì)算：

式中:D未修正——未經(jīng)過溫度修正的測(cè)值；

R1——當(dāng)前讀數(shù)；

R0——初始讀數(shù)，通常在安裝中獲得；

C——儀器的率定系數(shù)，mm/字；

F——任意工程單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

儀器安裝后，對(duì)儀器做鋼筋混凝土保護(hù)。由于混凝土強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致測(cè)值不穩(wěn)定，且不具代表性，因此，初試值采用11月18—19日混凝土凝固且具有一定強(qiáng)度后的GK403小儀表測(cè)值。

4 監(jiān)測(cè)資料的整理與分析

多點(diǎn)位移計(jì)是用來觀測(cè)采空區(qū)垂直方向不同埋深的沉降變化，測(cè)值為正值時(shí)，儀器受拉，測(cè)點(diǎn)相對(duì)孔口表現(xiàn)出一定的沉降變化；測(cè)值為負(fù)值時(shí)，儀器受壓，測(cè)點(diǎn)相對(duì)孔口表現(xiàn)出一定的抬升變化。從本時(shí)段監(jiān)測(cè)資料及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)物理量可以看出，CKQ22所安裝的6支位移計(jì)物理量測(cè)值變化過程線均表現(xiàn)出相同的態(tài)勢(shì)，呈規(guī)律性變化。同時(shí)隨著外界溫度的下降，各儀器的物理量測(cè)值向受拉方向不斷上升，物理量測(cè)值與溫度的變化成反比關(guān)系。具體可分為兩個(gè)階段：第一階段為安裝后到11月19日，各儀器物理量測(cè)值均由負(fù)值向正值變化，即由受壓方向受拉方向變化，測(cè)值在0.5～0.0mm之間；第二階段為11月19日后，各儀器測(cè)值較為穩(wěn)定，物理量過程線基本呈一直線，物理量測(cè)值在0線附近波動(dòng)，波動(dòng)范圍不超過±0.1mm時(shí)，屬正常變化范圍。經(jīng)分析，前者趨勢(shì)性變化是因儀器保護(hù)墩混凝土強(qiáng)度的變化影響和外界氣溫下降影響所致，不是采空區(qū)的真正位移。故在本時(shí)段內(nèi)采空區(qū)是穩(wěn)定的，沒有明顯的沉降變化。

5 結(jié)語

通過監(jiān)測(cè)可知，各儀器呈現(xiàn)出良好的靈敏性、可靠性和穩(wěn)定性，說明引黃工程北干線1號(hào)洞崔家?guī)X煤礦采空區(qū)巖移變形監(jiān)測(cè)CKQ22儀器所安裝的安全監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備完全能夠勝任今后采空區(qū)巖移變形的監(jiān)測(cè)工作。

在整個(gè)施工期和觀測(cè)期，引黃工程北干線1號(hào)隧洞崔家?guī)X煤礦采空區(qū)巖移變形監(jiān)測(cè)所安裝儀器完好率100%，設(shè)備工作正常，穩(wěn)定性良好，沒有出現(xiàn)任何事故。