長大水工隧洞永久監控量測施工方法

孔祥政

(遼寧潤中供水有限責任公司， 遼寧 沈陽　110167)

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長大水工隧洞永久監控量測施工方法

孔祥政

(遼寧潤中供水有限責任公司， 遼寧 沈陽110167)

【摘要】本文介紹了遼寧省大伙房水庫輸水工程TBM2施工段主洞永久監控量測儀器的布置情況，闡述了各種常用監控量測儀器的安裝與調試方法以及數據測量周期等，為類似工程施工提供借鑒經驗。

【關鍵詞】輸水工程； 監控量測； 安裝與調試

1概述

遼寧省大伙房水庫輸水工程輸水隧洞TBM2施工段主洞長22.5km，開挖洞徑8.00m。采用以TBM掘進機法為主、鉆爆法為輔的開挖施工方法。TBM2施工段具有工期緊、洞徑大、洞線長、地質條件復雜的特點，沿線經過多條斷層破碎帶，斷層破碎帶內圍巖為Ⅳ類和Ⅴ類，有發生塌方等地質災害的可能[1-2]。為了保證工程施工和運行安全，在主洞樁號60+660、48+900、45+600、44+350處分別設置永久觀測斷面，每個監控斷面安裝和埋設的永久觀測儀器設備包括：多點位移計3套，土壓力盒3個，錨桿測力計1個，滲壓計2個，鋼架用應變計1個，鋼筋計2個，混凝土用應變計4個。其中多點位移計、土壓力盒、錨桿測力計、滲壓計在設計樁號隧洞開挖后立即進行預埋安裝；鋼架用應變計、鋼筋計、混凝土用應變計在二次襯砌混凝土澆筑前安裝。各種監控量測儀器安裝布置如圖1和圖2所示。

圖1　鉆爆法施工段永久觀測斷面布置

圖2　TBM施工段永久觀測斷面布置

2儀器設備的安裝和調試

2.1工藝流程

監控量測設備的安設和調試施工工藝流程如圖3和圖4所示。

圖3　主洞開挖后永久監控量測儀器安設和調試施工工藝流程

圖4　襯砌前永久監控量測儀器安設和調試施工工藝流程

2.2多點位移計的安裝與調試

a.使用潛孔鉆機在監測斷面的頂拱和兩側腰拱各鉆一個深12m的孔，孔直徑為75～100mm，其中孔口1.4m段直徑不小于130mm。

b.組裝多點位移計(與鉆孔同時進行)。

?小心松開捆扎的玻璃纖維測桿及保護管、錨頭、測頭傳感器固定件和灌漿管，在平坦的地面上調直多點位移計測桿，拆去所有松開的綁扎帶；

?將測桿放平調直后，拆掉支座固定螺絲，取下傳感器支座，將多點位移計測桿放進孔里，把振弦傳感器安裝到傳感器固定錨上，并同時涂抹一些硅膠；

?對于每一套多點位移計，分別將其三只測桿與三只傳感器進行連接，擰緊連接桿，做好位置編號記錄；

?當傳感器固定好后，將讀數儀連接到儀器的導線上，打開電源，觀察讀數顯示，慢慢地拉出傳感器，直到獲得所要求的讀數為止(傳感器初始位置定在可變量程的一半)，用扳手將傳感器緊固錨套管上的螺母擰緊；

?將電纜從保護罩的電纜引線孔穿入，露出保護罩約0.2m，分別對應編號將傳感器與電纜線接好并做好記錄，注意接頭應使用焊錫焊接，不得使用酸性助焊劑，接頭處用熱縮管包裹；

?把讀數儀連接到電纜上進行檢查，如正常，即可將保護罩裝在傳感器基座上，同時在O形圈上涂抹少許黃油，調整好電纜長度，使用三枚螺絲固定；

?將電纜出線孔緊固螺絲松開，涂抹一些硅膠后擰緊螺絲；

?將PVC套管套在支座尾部，在固定支座與套管的連接處涂抹PVC膠粘劑，然后將它嵌入與套管管口平齊，直到膠粘劑固化為止。

c.安裝排氣管和灌漿管：垂直向上的孔口需將φ8mm排氣管頭部與組裝好的多點位移計最前面錨頭捆在一起，使排氣管頭部接近孔口最深處；將灌漿管頭部同多點位移計最后面錨頭捆在一起(水平的孔口需將灌漿管頭部與組裝好的多點位移計最前面錨頭捆在一起，使灌漿管頭部接近孔口最深處；將排氣管捆在多點位移計上面，頭部伸入孔口200mm)。

d.將排氣管、灌漿管同多點位移計一起放入孔口內(注意水平孔口內應使排氣管位于孔口上方)，套管外側與孔口平齊，排氣管、灌漿管尾部從套管與孔口間隙中引出。

e.在安裝孔口與套管、排氣管、灌漿管周圍距孔口200mm范圍內用水泥砂漿進行錨固。

f.檢查調整灌漿管和排氣管，使管路通暢。

g.接好灌漿泵，開始灌漿。灌漿壓力不大于0.5MPa，直到排氣孔回漿為止。

h.拆除連接的灌漿泵管路，將灌漿管和排氣管封堵。

i.傳感器電纜應穿鍍鋅鋼管接到安裝在電纜匯總點的開關箱內，在電纜頭上做好標志并填寫電纜編號記錄。

j.再次讀數，確認傳感器工作正常后記錄多點位移計的編號和初始讀數。

2.3土壓力盒的安裝與調試

a.在安裝斷面頂拱、腰拱及大跨確定三處安裝位置。

b.用土壓力盒上掛耳作為模板，確定鉆孔位置，用沖擊鉆鉆孔后，安裝膨脹螺栓。

c.拌和一些速凝砂漿，將它們抹在安裝位置巖壁的表面上。

d.將土壓力盒壓進水泥砂漿中，擠出多余的水泥砂漿。

e.加上螺栓并擰緊，將土壓力盒就位。

f.用速凝水泥砂漿覆蓋保護土壓力盒、傳感器本體和電纜。

g.傳感器電纜應穿鍍鋅鋼管接到安裝在電纜匯總點的開關箱內，在電纜頭上做好標志并填寫電纜編號記錄。

h.再次讀數，確認土壓力盒工作正常后記錄土壓力盒的編號和初始讀數。

2.4滲壓計的安裝與調試

a.滲壓計安裝在斷面頂拱及拱腰的滲水點部位。

b.用風鉆在滲水點處鉆孔，孔直徑30mm，孔深500mm。

c.將滲壓計在清水中浸泡4h，使滲壓計過濾器(透水石)處于飽和狀態。

d.清洗干凈安裝孔內部，將浸泡后的整體滲壓計封裝在砂袋內，保持干凈并用水浸透，再放入鉆孔的中間位置，最后用水泥砂漿填實。

e.傳感器電纜應穿鍍鋅鋼管接到安裝在電纜匯總點的開關箱內，在電纜頭上做好標志并填寫電纜編號記錄。

f.再次讀數，確認滲壓計工作正常后記錄滲壓計的編號和初始讀數。

2.5錨桿測力計的安裝與調試

a.錨桿測力計安裝在監測斷面頂拱的側面，距拱頂約2m處。

b.用風鉆鉆孔，成孔直徑50mm，孔深5m。

c.將兩根φ22mm×1.5m錨桿分別焊接在錨桿測力計的兩端，焊接時應把搭鐵線就近固定在錨桿上，不能讓焊接電流通過錨桿測力計的傳感器。

d.先用松軟材料保護錨桿測力計上的傳感器和信號電纜，然后在錨桿和錨桿測力計上均勻涂抹錨固劑，再將錨桿和錨桿測力計整體放入鉆孔中，最后用錨固劑補滿鉆孔。

e.傳感器電纜應穿鍍鋅鋼管接到安裝在電纜匯總點的開關箱內，在電纜頭上做好標志并填寫電纜編號記錄。

f.再次讀數，確認錨桿測力計工作正常后記錄錨桿測力計的編號和初始讀數。

2.6混凝土用應變計的安裝與調試

a.在捆扎點附近用一層自硫化橡膠帶纏繞包裹，該橡膠層起振動緩沖作用，以緩沖懸掛系統的任何振動。

b.選一定長度的綁扎絲，通常用捆綁鋼筋網的扎絲，繞應變計本體纏繞兩圈，注意橡膠帶距離儀器兩端約3cm。

c.將儀器安裝在鋼筋之間，用綁扎絲末端繞鋼筋纏繞兩次，再將綁扎絲自身纏繞。

d.扎緊綁扎絲并扭緊活套固定儀器。

e.裝上激勵線圈并用軟管卡(喉箍)固定，用尼龍綁扎帶將儀器電纜固定在鋼筋上。

2.7鋼拱架用應變計的安裝與調試

a.先用清潔劑擦凈應變計安裝處的鋼拱架表面油污，再用電動角磨機磨光安裝基面。

b.在安裝點焊應變計之前應進行點焊機的測試，以保證其功能正常，并且所采用的焊接能量應適度。VK-4150應變計大約20～40W/s的焊接能量比較合適，采用隨應變計所提供的試驗片進行一系列的試驗，以確定適當的焊接能量，然后完成剝離試驗。

當采用的焊接能量適當時，用鉗子將試驗片從鋼表面揭下后，在焊點處會出現一系列的小孔。如果采用的焊接能量不足，試驗片可以輕松拉開，揭下后在安裝基面上不會有小孔。如果焊接能量過大，試驗片會變色、熔化并可能從焊點噴濺出來。

放電打火通常表明試驗片和安裝基面之間不潔凈，也可能表明能量不足，此時需要調整手控焊把的力度。如點焊區域出現過大的變形，則需減小手控焊把所施加的力度或降低焊接能量。

c.點焊應變計的焊接方式和順序。在點焊應變計的一端，先從電纜引出線的一端開始，小心移開導線使其不阻礙焊接。開始點應從安裝基片上后面一行標記點的中間開始，沿離開后面一行的方向完成焊接。當基片上所有的點焊接完畢后，再按同樣順序點焊另一端。焊接時應輕壓并保持外觀上一致，不得產生位移，要保持焊把尖端清潔，不要留有焊渣。要定時用400號粗砂紙輕輕磨一下，保持尖端表面平滑，適當的清理可使得尖端不至于在點焊中與應變計基片粘接。

當應變計兩端點焊完后，用一個小改錐輕輕敲打兩端。注意只需敲打凸緣上的點。在兩端敲打四五次后，再進行儀器讀數，繼續敲打至讀數穩定為止。

d.使用配套的固定片把電纜導線接頭點焊固定在鋼塊上，在導線上留出一些空隙。在距導線接頭約25mm處，用另一個固定片將電纜點焊固定到鋼塊上，使用尼龍扎帶或膠帶將應變計電纜固定到結構上。

e.連接便攜式讀數儀，檢查應變計讀數是否在所期望的范圍內。

2.8鋼筋計的安裝與調試

a.基康振弦式鋼筋計主要用來監測混凝土結構中的鋼筋應力或巖體錨桿應力。4911型(直徑小于12mm)振弦式鋼筋計或稱“姊妹桿”由一段高強度圓鋼，焊接在兩段長594mm的鋼筋端面之間。它設計用于平行綁扎到待測結構鋼筋上。小直徑的鋼筋可減小對混凝土斷面模量的影響，電纜從一個小的環氧樹脂保護密封裝置中引出。

b.振弦式鋼筋計通常采用標準綁扎絲綁扎安裝，通常綁扎在鋼筋計的兩端，如果鋼筋計是綁扎到大斷面的鋼筋或水平鋼筋上，則綁扎在三分之一處即可。當鋼筋計平行綁扎到結構鋼筋時，也綁扎在三分之一處，儀器電纜走線應沿著鋼筋系統并每隔1m用尼龍扎帶綁好，避免在儀器電纜上使用鐵絲綁扎，因其可能割斷電纜。

c.進行數據處理時應正確使用率定系數，確定每個鋼筋的應力特性，安裝鋼筋計時應準確記錄安裝位置和編號。

3測讀和記錄

在儀器設備安裝完畢后應及時連接讀數儀器并記錄初始讀數，在隨后一段時間的觀測中應參照下表所規定的時間間隔和測次進行數據的測讀，并認真做好觀測記錄和相關資料的整編[3]。

永久監測項目監測頻率表

4結語

在長大水工隧洞地質條件較差的Ⅳ類和Ⅴ類圍巖洞段安裝監控量測設備，可以及時發現支護結構和圍巖的異常變形，發現塌方等地質災害發生的預兆，及時采取補救措施，適當修改支護工程的設計及施工方案，能有效防止地質災害事故的發生。

參考文獻

[1]張照太，陳竹，楊曉迎.超長隧洞TBM法施工圍巖變形監測方法分析[J].水利建設與管理，2007(11):32-34.

[2]班樹春，王丹，高荃.新奧法施工隧道施工階段監控量測的實施[J].水利建設與管理，2009(10):44-46.

[3]黃祖同,黃武敏.水利工程大壩施工監測技術研究與實踐[J].山西建筑，2013(1):206-207.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.005

中圖分類號：TV672+.1

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0015- 04

Permanent monitoring measurement method of Changda hydraulic tunnel

KONG Xiangzheng

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110167,China)

Abstract：In the paper, layout condition of permanent monitoring measurement instruments of TBM2 construction section main tunnel in Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project is introduced. Installation and debugging method, data measurement cycle, etc. of commonly-used monitoring measurement instruments are described. Reference experience can be provided for similar project construction.

Key words：water conveyance project; monitoring measurement; installation and debugging