某采空區(qū)渠道施工期內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)分析

孫明霞 肖建峰

某采空區(qū)渠道施工期內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)分析

孫明霞 肖建峰

一、安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

某采空區(qū)明渠渠道長(zhǎng)3.9km，Ⅰ等1級(jí)建筑物。渠道設(shè)計(jì)流量315m3/s，加大流量375m3/s。渠道縱比降1/26000，設(shè)計(jì)水深7.0m，加大水深7.637～7.644m；渠道設(shè)計(jì)底寬19.5～24.5m，內(nèi)邊坡1∶3～1∶2，外邊坡1∶2～1∶2.5。

該采空區(qū)屬于煤礦采空區(qū)，煤層頂板覆巖已經(jīng)破壞，地面沉陷盆地已經(jīng)或正在形成，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。雖然設(shè)計(jì)采用了注漿法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行加固處理，但由于開挖煤層埋藏深度變化較大，所以開采沉降穩(wěn)定時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。故渠道變形監(jiān)測(cè)是安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，要引起重視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保渠道工程的運(yùn)行安全。

渠堤位移監(jiān)測(cè)分內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)和外部位移監(jiān)測(cè)兩種。內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于某一基準(zhǔn)點(diǎn)的位移，而外部位移監(jiān)測(cè)則是監(jiān)測(cè)這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位移變化，內(nèi)外觀結(jié)合監(jiān)測(cè)才能得到內(nèi)部位移測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移。采空區(qū)內(nèi)部水平位移采用測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)，不同深度垂直位移采用多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)。下面以某一監(jiān)測(cè)斷面為例進(jìn)行施工期內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)分析，儀器布置見(jiàn)示意圖1。

圖1　渠道測(cè)斜儀、多點(diǎn)位移布置斷面圖

二、施工期監(jiān)測(cè)

1.內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)

內(nèi)部水平位移一般采用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)斜儀由測(cè)斜管、測(cè)頭、電纜、測(cè)讀設(shè)備組成。測(cè)斜儀工作原理是利用重力擺錘始終保持鉛直方向的性質(zhì)，測(cè)得儀器中軸線與擺錘垂直線間的夾角變化，進(jìn)而換算出沿鉆孔深度各測(cè)點(diǎn)的水平位移值。測(cè)斜管埋設(shè)在鉆孔內(nèi)，管內(nèi)有兩組互成90°的導(dǎo)向槽，測(cè)斜儀順導(dǎo)槽放在測(cè)斜管內(nèi)。測(cè)斜管與壩體緊密結(jié)合，假定測(cè)斜管的位移與沿測(cè)斜管埋設(shè)的土層位移協(xié)調(diào)一致，當(dāng)土體位移時(shí)，逐段（一般0.5m）量測(cè)變形后測(cè)斜管軸線與鉛垂線之間的夾角，乘以分段長(zhǎng)度（一般0.5m）即得到某一段的位移變化，逐段累計(jì)可以計(jì)算出總位移變化。初期觀測(cè)可以建立起測(cè)斜管位移的初始斷面。其后的觀測(cè)會(huì)顯示當(dāng)土層發(fā)生位移時(shí)斷面位移的變化。此次觀測(cè)時(shí)，探頭從測(cè)斜管底部向頂部移動(dòng)，在每0.5m間距處暫停并進(jìn)行測(cè)量工作。先讀取順坡A向每隔0.5m讀數(shù)，再讀取順?biāo)鰾向每隔0.5m讀數(shù)，將當(dāng)前觀測(cè)數(shù)據(jù)與初始值對(duì)比，可以確定順坡向或順?biāo)飨虿煌叱痰乃轿灰谱兓浚@示出當(dāng)前位置所發(fā)生的位移。內(nèi)部水平位移方向規(guī)定如下：A向“+”表示順坡向位移，“-”表示逆坡向位移；B向“+”表示順?biāo)飨蛭灰疲?”表示逆水流向位移。

取某監(jiān)測(cè)斷面作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面，在監(jiān)測(cè)斷面左、右岸一級(jí)馬道上分別埋設(shè)深部位移孔MIN1和MIN2。儀器埋設(shè)后，施工單位按規(guī)范要求進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和資料整編。

2013年10月5日在左岸埋設(shè)深部位移孔MIN1，實(shí)測(cè)孔深為65.50m，不同深度位移特征值（A向和B向）見(jiàn)表1。由表1可知，2013年10月15日測(cè)的孔深25.0m和45.0m處順坡向（A向）水平位移為-0.1mm和0.3mm，2013年11月15日相應(yīng)位移值為-0.2mm和0.5mm，位移值很小。2013年10月15日測(cè)的孔深25.0m和45.0m處順?biāo)鞣较颍˙向）水平位移為-0.2mm和0.4mm，2013年11月15日相應(yīng)位移值為0.3mm和-0.1mm，位移值也很小。水平位移值基本圍繞孔軸線左右變化，說(shuō)明這是觀測(cè)誤差范圍內(nèi)，也是儀器本身帶來(lái)的誤差；從A向或B向累積位移曲線趨勢(shì)分析，A向或B向孔口累積位移最大26.1mm，均在30mm以內(nèi)，見(jiàn)圖2（MIN1）。

表1　MIN1孔累積相對(duì)水平位移與深度關(guān)系表

表2　MIN2孔累積相對(duì)水平位移與深度關(guān)系表

圖2　MIN1孔、MIN2孔累積相對(duì)水平位移與深度關(guān)系曲線圖

2013年10月5日在右岸埋設(shè)深部位移孔MIN2，實(shí)測(cè)孔深為66.00m，不同深度位移特征值（A向和B向）見(jiàn)表2。由表2可知，2013年10月15日測(cè)的孔深25.0m和45.0m處順坡向（A向）水平位移為1.0mm和0.9mm，2013年11月15日相應(yīng)位移值為1.2mm和1.3mm，位移值很小。2013年10月15日測(cè)的孔深25.0m和45.0m處順?biāo)鞣较颍˙向）水平位移為-0.5mm和0.4mm，2013年11月15日相應(yīng)位移值為0.2mm和0.5mm，位移值也不大。水平位移值也是基本圍繞孔軸線左右變化，也是觀測(cè)誤差范圍內(nèi)；從A向或B向累積位移曲線趨勢(shì)分析，A向或B向孔口累積位移最大值65.5mm，均在70mm以內(nèi)，見(jiàn)圖2（MIN2）。分析認(rèn)為，右岸一級(jí)馬道是主要施工交通路，大型車輛和施工載重車從測(cè)斜孔附近通過(guò)，孔口位移增大可能是受到施工的干擾造成的，所以右岸一級(jí)馬道內(nèi)部水平位移要大于左岸內(nèi)部水平位移。

2.內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)

內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)一般采用多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。多點(diǎn)位移計(jì)主要由位移傳感器、錨頭、傳遞桿及保護(hù)管、灌漿安裝基座、儀器安裝座等組成。適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在土壩、土堤、邊坡、隧道等結(jié)構(gòu)物內(nèi)，測(cè)量結(jié)構(gòu)物深層多部位的位移、沉降、應(yīng)變、滑移等。多點(diǎn)位移計(jì)的工作原理是當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形時(shí)將會(huì)通過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)的錨頭帶動(dòng)傳遞桿，傳遞桿拉動(dòng)管口位移傳感器產(chǎn)生位移變形，變形在傳感器內(nèi)轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)傳輸至讀數(shù)裝置，即可計(jì)算出被測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形量。

根據(jù)采空區(qū)工程渠道情況，2013年6月5日，在某一監(jiān)測(cè)斷面左右岸一級(jí)馬道上分別埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，用于監(jiān)測(cè)堤身內(nèi)部沉降變形情況，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)示意圖1。不同深度位移特征值見(jiàn)圖3，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，渠道斷面兩岸渠堤內(nèi)部沉降變形量不大，與沉降管是在渠堤已填筑成型一段時(shí)間后才進(jìn)行安裝有關(guān)，未能捕捉到渠堤在填筑期間的沉降量。至2013年12月底，兩沉降管實(shí)測(cè)堤身內(nèi)部最大沉降量為18.2mm，約占填筑高度的0.18%。

圖3　左堤實(shí)測(cè)渠堤內(nèi)部沉降量變化過(guò)程線圖

圖4　右堤實(shí)測(cè)渠堤內(nèi)部沉降量變化過(guò)程線圖

三、結(jié)語(yǔ)

（1）內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)成果顯示，斷面左右岸一級(jí)馬道上深部位移MIN1和MIN2孔，順坡向（A向）水平位移在0.5～65.5mm范圍內(nèi)變化，順?biāo)飨颍˙向）水平位移在-10.1～11.8mm范圍內(nèi)變化，位移量較小。

（2）內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)成果顯示，采空區(qū)沉降位移在-5.1～18.2mm范圍內(nèi)變化，位移量也較小。

（3）各監(jiān)測(cè)成果顯示，采空區(qū)工程施工期工作性態(tài)無(wú)異常。目前煤礦采空區(qū)地基尚未穩(wěn)定，鑒于采空區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和地基處理措施尚無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)，雖然監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明處理后的沉降量較小，但未經(jīng)充水考驗(yàn)（荷載加大沉降會(huì)增加），建議通水時(shí)制定詳細(xì)的通水方案，通水初期應(yīng)嚴(yán)格控制水位上升速度，邊監(jiān)測(cè)邊提高水位。并在運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理

（作者單位：中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司230601淮河水利委員會(huì)233001）