淺談輸水隧洞永久觀測儀器應用

(遼寧省石佛寺水庫工程建設管理局， 沈陽 110166)

1 工程概況

大伙房輸水一期工程主體工程為85.32km的深埋長距離輸水隧洞，隧洞施工采用3臺開敞式TBM和鉆爆法相結合的聯合施工方案，輸水隧洞開挖洞徑8m，成洞洞徑7.16m。隧洞縱坡為1/2380,自流引水，設計引水流量70m3/s，年引水量20.86億m3。

2 安全監測概況

針對隧洞施工特點，依隧洞圍巖分類，施工過程中布設了圍巖變形監測斷面，布設監測點，采用收斂計監測洞室周邊變形及拱頂下沉情況。同時，選擇21個典型斷面，布設多種監測儀器，進行多項目監測，綜合反映隧洞工作性態。典型斷面主要選擇在：地應力較大、洞室較大的埋深處，巖石強度較低的溝谷淺埋處，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用鉆爆法施工處，進、出口水流條件變化處，可能對隧洞圍巖穩定造成影響的斷層處，有補給來源預計可能產生涌水、滲漏的斷層交匯破碎帶處、巖性變化接觸帶處。隧洞共布設21個監測斷面，監測斷面布置見下頁表1。

表1 典型監測斷面和觀測項目

3 永久觀測儀器安裝流程

各種監測儀器的安裝、埋設流程為：儀器、設備到達施工現場→現場檢驗率定→安裝埋設施工→施工單位自檢→監理工程師復測→初始讀數繪圖。

4 永久觀測儀器施工步驟

4.1 多點位移計

多點位移計用來量測孔壁巖體不同深度的軸向位移，它能監測到洞室圍巖內不同深度上的軸向變形，并分析判斷洞室圍巖位移的變化范圍和松弛范圍，預測預報圍巖穩定性，為修改錨桿支護參數提供重要依據。其埋設方法為：

a.鉆孔：采用巖芯鉆鉆孔，孔徑91mm；鉆孔開始前和鉆孔過程中，隨時校核鉆孔位置、方向和孔深，鉆孔軸線要保持直線，偏差不得大于設計要求；孔壁平直，不允許出現陡坎；孔口保持平整，將松動巖石清除干凈；鉆孔完畢，使用壓力清水將鉆孔沖洗干凈。

b.儀器安裝：在孔口預埋好傳感器安裝基座，根據預定位置逐點安裝測點和固定點，注意防止測點和固定點之間傳遞位移的連接件互相干擾；桿式鉆孔多點位移計安裝時，桿斷面要有足夠的尺寸，在孔內每隔2～3m設托架一個，防止長度變化或彎曲。

c.錨頭錨固：采用灌漿錨固方法，全部錨頭和傳遞桿安裝完畢后，經檢驗確定無誤，用水泥漿進行封孔灌漿，灌漿壓力不大于0.5MPa，水灰比為0.5∶1，并可加入水泥重量的5%的膨脹劑、1%的減水劑；灌漿時要防止桿體和錨頭移動，排氣管回漿時表明此時孔內注滿漿，封孔待水泥漿固化，在此期間嚴防錨頭部位巖體受振動或人為擾動。

d.多點位移計安裝標準見圖1。

圖1 多點位移計安裝標準

4.2 滲壓計

滲壓計安裝埋設在隧洞圍巖內，其埋設方法為：在地下洞室圍巖內埋設滲壓計，需要用水平淺孔埋設和集水；淺孔深度0.5m，直徑φ110mm；如果孔壁無透水裂隙，可根據需要深度，在孔底填細砂，將滲壓計埋在細砂中，并將孔口用蓋板封上，然后用水泥砂漿封住，砂漿終凝后即可填筑混凝土。安裝標準見圖2。

圖2 滲壓計安裝標準

4.3 錨桿測力計

a.根據設計要求造孔：鉆孔直徑大于錨桿測力計最大直徑，鉆孔方位符合設計要求，鉆孔需沖洗干凈并嚴防孔壁沾油污。

以上統計可得出，從2010年開始，關于高?；鶎有姓藛T職業倦怠研究的文獻數量一直較穩定，每年的發稿數量都較穩定地保持在45篇以上?？梢姡P于高?；鶎有姓芾砣藛T的職業倦怠已保持長期且系統地深入研究，這也從一定意義上反映了該課題的研究的必要性。

b.按照監測設計要求裁截錨桿長度，選用螺紋連接的錨桿測力計，需要在裁截后的錨桿上先焊接螺紋接頭，然后再與錨桿測力計用螺紋連接，接頭與錨桿保持同軸。

c.錨桿的組裝：將錨桿測力計按設計要求深度與裁截的錨桿對接，同時裝好排氣管；需要對焊的錨桿測力計，在水冷卻下進行對焊，鋼筋計與錨桿焊接只能采用對焊、坡口焊或熔槽焊，錨桿測力計與錨桿保持同軸。

d.組裝檢測合格后，將組裝的錨桿緩慢地送入鉆孔內；安裝時確保錨桿測力計不產生彎曲，電纜和排氣管不受損壞，錨桿根部與孔口平齊。

e.錨桿測力計進入孔后，引出電纜和排氣管，裝好灌漿管，用水泥砂漿封閉孔口。

f.灌漿錨固：水泥漿水灰比為0.5∶1，灌漿時在設計規定的壓力下進行，灌至孔內停止吸漿時，持續10min即可結束，水泥漿終凝后測量錨桿測力計的初始讀數。

g.錨桿測力計安裝標準見圖3。

圖3 錨桿測力計安裝標準

4.4 鋼筋計

a.準備：按鋼筋直徑選配相應規格的鋼筋計，將鋼筋計表面的鐵銹除盡，在設計安裝位置，將被測鋼筋截下相應的長度。

b.安裝：鋼筋計與鋼筋焊接采用對焊、坡口焊或熔槽焊(焊接強度不低于受力鋼筋強度)，軸心對正重合，將鋼筋計與鋼筋的中心線對正后焊接；焊接時儀器要包上濕綿絲并不斷澆冷水，直至焊接完畢，邊焊接邊監測，保證儀器內部溫度低于70℃，焊縫在冷卻前切忌澆冷水。

c.回填：經現場監測確定儀器工作正常后，方可澆筑混凝土，儀器周圍人工振搗密實，混凝土初凝后測取基準值。

4.5 應變計、無應力計

根據設計要求確定應變計的埋設位置，埋設儀器的角度誤差不超過±1°，位置誤差不超過2cm，可用細鉛絲固定；埋設儀器周圍混凝土回填時，要小心填筑，剔除混凝土中8cm以上大骨料，用人工或用小型振搗器在周圍插振，大型振搗器不得接近應變計組1.5m以內范圍，在澆筑混凝土時要專人值守；埋設時保持儀器正確位置和方位，埋設后做好標記，以防人為損壞。

無應力計埋設步驟為：將無應力計筒以鉛絲懸掛或鋼筋支撐的方法定位，大口向上固定在埋設位置，然后在筒內填滿相應應變計附近的混凝土，人工搗實；筒口用木板蓋實，將電纜線穿過木板小孔。

4.6 土壓力計

在設計安裝部位圍巖處，鑿出一塊50cm×50cm、深約15cm凹槽，并用高強度水泥砂漿將此凹槽填平，將土壓力盒安裝在找平后的平面上。土壓力盒安裝標準見圖4。

圖4 土壓力盒安裝標準

5 安全監測結果

自動化監測投入運行以來，每天6點、18點各自動測量1次，在通水期間水位計加密監測。監測資料分析成果表明，測值與實際運行情況基本相符，無趨勢性變化：監測圍巖變形約為1mm，監測錨桿應力變幅小，大部分滲壓計測值在0.5kPa以下，應變計測值最大約90με，鋼筋應力最大約為80MPa。隧洞維護時檢查發現：實際圍巖變形較小，外水壓力影響小?？傻贸鼋Y論：各項永久觀測儀器運行平穩，可有效反應隧洞運行時狀況。

6 結 語

在輸水隧洞通水運行期間，人工觀測難度較大。實施永久觀測儀器，不僅可實現“無人值班、少人值守”，節約人工成本，而且降低了觀測的難度和風險。因此，永久觀測儀器的合理選擇，可以確保工程安全穩定運行，充分發揮工程效益。