水工隧洞襯砌裂縫監測技術應用

相 楠，張心怡

（1.遼寧省水利廳，沈陽110003；2.太原理工大學，山西太原030024）

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水工隧洞襯砌裂縫監測技術應用

相 楠1，張心怡2

（1.遼寧省水利廳，沈陽110003；2.太原理工大學，山西太原030024）

摘要：以遼寧省某重點輸供水工程某隧洞為研究試點，針對水工隧洞工程中襯砌發生裂縫的現狀，通過安裝監測儀器和數據分析，對水工隧洞襯砌產生的裂縫進行監測、分析及數據整編，提出指導意見。確定研究目標，對監測過程及結果進行歸納總結。研究表明：裂縫監測技術可以實現對水工隧洞工程襯砌混凝土凝固的全過程安全監測。

關鍵詞：水工隧洞；襯砌裂縫；安全監測

襯砌是隧洞工程施工中的重要一環，建設質量密切聯系著整體工程的質量。隨著科學技術的進步，工程建設管理的理論和襯砌施工的技術雖已比較先進完備，但仍不能在絕對意義上完全規避襯砌問題的產生。本文針對遼寧省某重點輸供水工程隧洞襯砌出現裂縫的問題，通過布置監測儀器，整編分析監測數據，結合施工提出意見等工作，為建設管理單位提供決策支持，進而提高建設管理單位的管理能力，保證工程建設質量。

1　施工概況

該隧洞為高7m全長16km的馬蹄形隧洞，在隧洞進口襯砌過程中，發現多處裂縫。為了探究裂縫出現原因，在該隧洞選取了編號為L1、L2的兩個監測斷面，并在兩個監測斷面上布置34支檢測儀器，儀器全部采用光線光柵式傳感器，于2015 年5月開始安裝埋設，持續監測3個月。

2　儀器布置

儀器采用光纖光柵式傳感器，其中鋼筋計16支，應變計8支，表面裂縫計4支，埋入式裂縫計4支，埋入式測縫計2支。鋼筋計、應變計用于監測襯砌混凝土應力應變；表面裂縫計用于監測襯砌混凝土表面裂縫開合程度；埋入式裂縫計用于監測襯砌混凝土與圍巖結合的變化程度；埋入式測縫計用于監測襯砌混凝土施工分縫的變化情況。

3　安裝埋設

3.1 鋼筋計安裝埋設

（1）將鋼筋計安裝在設計圖紙布置的位置。鋼筋計與襯砌混凝土內的鋼筋采用平頭焊接方式，在焊接過程，確保儀器部位溫度不超過50℃，不得在焊縫處澆水以免影響焊接質量。焊接作業時對光纜進行保護，避免損傷。

（2）傳感器光纜沿著鋼筋走線，每隔0.5m用尼龍扎線綁扎好，重點部位可采用膠粘型式固定。

（3）儀器光纜采用PE套管保護，引至斷面保護盒。

3.2 應變計安裝埋設

（1）將應變計安裝在設計要求的位置。應變計用鋼筋上綁扎定位。

（2）應變計埋設時嚴格控制方向，安裝其間須當心避免對兩端塊施加過大的力，以防止傳感器在安裝時由于超出其量程而損壞。儀器光纜的走線與保護與鋼筋計相同。

3.3 埋入式測縫計安裝埋設

（1）采用電錘在圍巖上鉆孔，將測縫計套筒安裝在鉆孔內，采用界面膠或水泥粘連緊密。

（2）測縫計一端固定在套筒里，套筒填充棉花，避免混凝土漿液進入。

（3）儀器光纜的走線與保護與鋼筋計相同。

3.4 埋入式裂縫計安裝埋設

（1）在已澆筑混凝土的倉面上鉆孔安裝裂縫計套筒，然后在套筒內安裝裂縫計。

（2）儀器光纜的走線與保護與鋼筋計相同。

3.5 表面裂縫計安裝埋設

（1）襯砌混凝土出現裂縫后，在混凝土表面裂縫兩側鉆孔，固定錨栓，安裝儀器支架。

（2）裂縫計方向與混凝土裂縫方向垂直，將裂縫計安裝在儀器的支架上。

（3）儀器光纜沿襯砌混凝土邊墻走線，儀器光纜直接接入主光纜。

3.6 數據采集

在監測儀器安裝埋設前，將2根主光纜引入光纖光柵解調儀。儀器安裝埋設后，儀器尾纜引至斷面保護盒，直接接入主光纜。儀器埋設后即刻開始采集監測數據。

4　數據分析

通過對監測數據進行分析，得出分析成果。

（1）從溫度監測成果來看，隧洞環境溫度在14℃左右，混凝土入倉溫度在25℃左右，混凝土澆筑后24h以內達到最高溫度，L1斷面最高溫度35℃，L2斷面最高溫度40℃。混凝土降溫主要發生在最高溫升后7天內，降溫幅度達20℃，當前混凝土溫度16℃左右，已趨于穩定。

（2）混凝土鋼筋應力受力拉壓不一，以受拉為主，總體鋼筋應力較小。混凝土澆筑初期，隨著混凝土溫度的逐漸下降，鋼筋應力增長較快；隨著混凝土溫度的相對穩定（16℃左右），鋼筋應力趨于穩定。鋼筋應力最大的部位在L2斷面左邊墻的位置，值為58.64MPa，沿斷面環向方向，與混凝土最大應變在同一位置，且方向一致，這可能與周圍的地質條件有關。

（3）圍巖與襯砌混凝土結合縫呈張開狀態，主要發生在混凝土澆筑后一個月內。當前最大開合度為0.68mm，發生L1斷面（樁號：D191 +424.000）頂拱的位置，目前總體趨勢相對穩定。

（4）混凝土表面裂縫開合度總體趨勢變小，裂縫出現后無明顯擴展，目前處于穩定狀態；裂縫出現時間與混凝土應變計最大拉應變出現時間基本一致。當前測值在-0.14～-0.02mm之間。

5　指導意見

（1）從溫度監測成果來看，襯砌混凝土在澆筑后24h內達到最高溫度，溫升速度較快；且隧洞環境溫度較低，混凝土從最高溫升40℃降至20℃僅用7天時間或者更短，混凝土溫度坡降較大。

（2）從混凝土應力應變和結合縫、施工縫監測成果來看，混凝土呈收縮狀態，周邊縫開合度發展較快，說明襯砌混凝土在降溫過程中收縮發展較快。早期混凝土彈模較低，收縮產生的應變較大，隨著混凝土齡期的增加，混凝土彈模變大，混凝土內部積攢的拉應力快速發展，加之圍巖表面凹凸不平，局部的突起造成混凝土應力集中，并最終導致了混凝土拉應力過大，造成裂縫的出現，裂縫出現的時間與混凝土最大拉應變出現時間基本一致。

（3）裂縫出現后，從監測成果來看，裂縫開合度基本無明顯發展，說明襯砌混凝土的開裂使得混凝土內部應力重新分布，應力集中的現象得到釋放后，混凝土拉應變有減小的趨勢。目前襯砌混凝土裂縫無繼續發展趨勢。

（4）混凝土拆模時間較早，且缺乏養護，混凝土表面直接與較低的環境溫度接觸，容易造成襯砌表面干縮、強度不夠，進而造成耐久性損失。

（5）建議延長拆模時間，并進行必要的養護。

6　結語

水工隧洞襯砌裂縫監測技術可以通過布置監測儀器，整編分析監測數據等手段實現對水工隧洞工程襯砌混凝土進行全周期在線監測，監測結果準確可靠，為建設管理單位提供科學有效的決策支持服務，提高工程管理水平和管理能力。

參考文獻

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［4］于會泉.水利工程施工與管理［M］.中國水利水電出版社，2005.

作者簡介：相 楠（1986年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-12-14

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.038

中圖分類號：TV512

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0108-02