厄瓜多爾索普拉多水電站導流洞施工期收斂變形監測施工技術

黃傳庚

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

厄瓜多爾索普拉多拉水電站導流洞全長1321.247 m，隧洞開挖斷面型式為馬蹄形，最大斷面尺寸為7.75 m×10.1 m，最小斷面尺寸為7.6 m×9.9 m，坡度分別為18%和2%。根據地質圖紙可知，巖石等級主要為II～IV 類，局部為I、V 類。

2 導流洞施工監測

由于導流洞面臨的地質力學環境復雜，在隧洞開挖前，不同洞段的地質條件、巖體結構、風化程度和地應力特征不易掌握，力學參數難以確定，施工臨時支護措施的合理性也難以判定。因此，加強施工期監測，注重信息反饋分析工作非常重要。

2.1 監測方案的設計原則

隧洞新奧法施工強調對開挖后圍巖變形的適時監測。圍巖變形有絕對位移與相對位移之分，絕對位移是指隧洞圍巖或隧洞頂底板及側端某一部位的實際位移值，其量測方法是在距實測點較遠的地方設置一基點，然后定期用全站儀自基點向實測點量測，根據前后兩次觀測所得的標高及方位變化確定隧洞圍巖的絕對位移量。但是，絕對位移量測需要花費較長的時間并受現場施工條件的限制，除非必需，一般不進行量測。

巖體表面變形是隧洞開挖后其應力形態變化的直觀反映，對于地下工程的穩定能提供較可靠的信息，也比較容易施測，因此，在進行隧洞施工期現場變形監測時，需要多量測相對位移值，以確定圍巖內空收斂變形。做為判斷圍巖動態的主要量測項目之一，這項量測原理簡單、操作方便，若能在各個項目量測中找出內空收斂位移變形與其他量測項目之間的規律性時，還可省掉一些其它項目的量測。

本工程施工期監測方案的設計遵循新奧法的基本原則。施工期現場監測實施的主要目的在于掌握圍巖和支護的動態信息并及時反饋、指導施工作業;了解支護結構的作用和效果;確保工程施工安全和經濟性;將監測的成果反饋于設計與施工過程中。

綜上所述，將導流洞工程施工期監測方案設計應遵循的原則可歸納為:監測項目選址應針對具體的地形及地質條件和監測目標，體現其針對性;監測數據的采集應按施工程序緊跟掌子面，體現其及時性;監測信息的反饋分析應配合施工臨時支護的力學分析，體現其對施工監測的指導作用。

2.2 施工期的監測布置

按照上述設計原則及對施工監測條件的分析，導流洞工程的監測主要是對圍巖進行收斂變形監測。導流洞采用全站儀配反光標牌監測，每隔10 m 布置一個收斂監測斷面，每個監測斷面設置4個測點，共需布置約520個收斂測點(圖1、2)。

當地質條件、施工方法確定后，隧洞圍巖的變形位移主要受空間和時間兩種因素影響;“空間效應”是掌子面的約束作用產生的影響;“時間效應”是指在掌子面約束作用解除后，收斂位移隨時間延長而增大的現象。這兩種效應是圍巖穩定的重要標志，可以用來判別圍巖穩定情況、支護時機，推算位移速率和最終位移值。

圖1 隧洞收斂監測示意圖

圖2 反光標牌

根據經驗分析，一般情況下，當開挖掌子面距觀測斷面1.5～2倍洞徑后，“空間效應”的影響基本消除。因此，初始觀測斷面應盡可能靠近開挖掌子面，距離不宜大于1 m。觀測斷面間距宜大于2倍洞徑，觀測斷面測線的數量和方向應根據圍巖的變形條件和隧洞的形狀與大小確定。

圖3 收斂測點布置示意圖

測點布置優先考慮拱頂、拱座和邊墻的要求，導流洞施工期安全監測過程中的隧洞收斂監測斷面測點布置情況見圖3。

3 收斂觀測及成果分析

收斂觀測頻率根據觀測斷面的設定時間、圍巖的變形速率、距離掌子面的距離等因素確定，一般新設觀測斷面的測量頻率為1次/d，距離掌子面4倍洞徑時或測值趨于穩定時為1次/3 d，遇到特殊情況時可增加測次。

在導流洞收斂觀測過程中，根據每個斷面每天的收斂情況進行匯總統計(表1);根據監測斷面的地質條件、施工方法和支護內容的不同，導流洞洞壁收斂變形過程曲線可以歸納為逐漸衰減型、直線發展型和發散型三類。隧洞開挖后圍巖變形分類情況見圖4。

圖4 開挖后隧洞圍巖變形分類示意圖

(1)衰減型。由于圍巖開挖的空間效應和時間效應，隨著時間的增加和測點離掌子面的距離越來越遠，一般情況下圍巖的變形速率越來越小，并以指數衰減的形式變化，直至最終趨于零。這種曲線表明圍巖是趨于穩定的。如圖5所示的K1+300(IV 類)斷面，持續監測一周，圍巖收斂速率小于0.1 mm/d，可以判定圍巖變形已經收斂。

圖5 K1+300(IV 類)收斂變形曲線圖

(2)直線型。圍巖的變形速率基本不變或很少衰減，隨著時間的增加和離掌子面距離的增大，圍巖松弛加大，變形量越來越大，如果沒有及時加強支護，隧洞最終可能會發展為破壞性變形。

導流洞V 類圍巖段長達99 m，且部分洞段與既有電站尾水洞交叉，此類交叉地段在施工期觀測中需增加觀測次數，及時通報并及早做好加強支護。

(3)發散型。曲線斜率即變形速率隨時間延續而增大，圍巖可能失穩，預示該段圍巖可能出現塌方等破壞性變形。在導流洞洞段進行施工期監測期間未出現此類變形。

4 結語

按照“新奧法”施工的基本理念，通過對厄瓜多爾索普拉多拉水電站導流洞施工期開挖圍巖實施收斂變形監測，并對監測數據進行處理分析可知，在導流洞開挖中圍巖的變形主要是衰減型發展。監測分析結果為施工期圍巖支護措施的設計提供了技術參考，保證了導流洞開挖施工期安全順利的進行。