府谷縣某水庫導流泄洪洞變形監測分析

楊 晶,張 靜

(府谷縣應急救援保障中心,陜西 榆林 719499)

為了掌握府谷縣某水庫導流泄洪洞運行情況,為設計、施工運行單位正確評估水利工程安全運行提供準確可靠的信息資料,現就水庫導流泄洪洞安全運行情況進行分析。

1 概 況

府谷縣某水庫導流泄洪洞位于河道右岸,由底洞、表孔兩個進口及其共用的洞身、出口挑流鼻坎組成。其中,導流洞全長1428.45m(洞水平投影),由進口涵洞段、壓力洞段、豎井段、明流洞身段、出口挑流鼻坎段組成;側槽布置在底洞軸線下游,兩洞軸線不重合,成55°47′夾角。側槽后的緩坡隧洞以平面彎道與底洞軸線重合,再以斜洞與底洞相接。側槽堰形采用“WES”實用堰,堰長55m 。

2 監測內容與技術路線

2.1 監測點布設

為了及時準確地掌握導流洞變化情況,在導流洞、側槽三岔口(導)0+421m、0+440m 兩個監測斷面埋設有48支多點位移計,用于監測圍巖變形;在(導) 0+422m、0+441m兩個監測斷面埋設24支錨桿應力計,用于監測圍巖應力。在上述四個監測斷面布設有應變計26支、無應力計5支、鋼筋計30支,以監測結構的應力應變,同時布設4支滲壓計監測襯砌外透水壓力。

底洞進口監測內容:分別布設了12支多點位移計和錨桿應力計,用于監測弧形閘門門軸處推力及門軸后深層圍巖的變形和錨桿應力;布設了18支鋼筋計用于監測左右側墻弧形閘門門軸拉錨筋鋼筋應力;布設了2支應變計和無應力計用于左右側墻結構混凝土應力應變監測;布設滲壓計4支,用于監測襯砌外透水壓力;水力學通用底座1個。導流泄洪洞底洞進口高邊坡、側槽高邊坡、導流洞出口高邊坡共設置14個外部變形觀測墩[1]。

2.2 技術路線

水平位移監測基準網點進行水平方向、垂直角、邊長測量,對向觀測邊長、垂直角。對導流洞變形監測觀測點采用交會法進行水平位置觀測。高程采用電磁波測距觀測邊長和垂直角進行測量。

3 導流泄洪洞三岔口監測數據分析

3.1 三岔口圍巖變形監測

導流泄洪洞0+427.577m～1+395.847m段為底洞、表孔共用段。在三岔口的0+421m(舌頭段)和0+440m(高洞室段)設置A-A和B-B兩個監測斷面。其中A-A斷面埋設7套多點位移計,B-B斷面埋設5套多點位移計,通過埋設于三岔口部位的多點位移計監測數據成果可知:

多點位移計埋設初期,大部分測點表現為圍巖表面相對深層圍巖呈張開位移變形,期間變化量相對較大,尤其是頂拱及拱角線部位的圍巖相對其它監測時段的變形速率較大。圍巖應力經約2a調整后至2022年,除個別測點圍巖變形有微量增大外,大部分測點基本趨于穩定。

由0+421m和0+440m兩個監測斷面多點位移計的位移歷史最大值、最小值統計表(見表1)可以看出:洞室頂部的圍巖變形量普遍大于兩邊墻的圍巖變形量,邊墻較高部位的大于邊墻較低部位的。截止至2022年11月1日,0+421m斷面的頂拱及左右拱角線的最大張開量分別為6.2mm、5.6mm、4.1mm,而左右兩邊墻的最大張開量分別為3.3mm、4.4mm;0+440m斷面的頂拱及左右拱角線的最大張開量分別為4.2mm、3.4mm、4.3mm,兩邊墻的最大張開量分別為1.6mm、2.4mm。三岔口0+421m和0+440m多點位移計位移量特征值見表1。

表1 導流泄洪洞三岔口0+421.0m斷面多點位移計位移特征值表 mm

3.2 三岔口錨桿應力監測

在導流泄洪洞三岔口的0+422m(舌頭段)和0+441m(高洞室段)設置A-A和B-B兩個監測斷面,每個斷面埋設12支單點錨桿應力計。埋設于三岔口圍巖內的錨桿應力計監測數據,見表2。

表2 導流泄洪洞三岔口0+422、0+441m斷面錨桿應力計應力特征值表 MPa

由表2可知:

1)0+422m斷面錨桿軸向拉應力最大值出現在左拱角線下0.6m處,最大值為107.4MPa,與此測點高程較近的多點位移計四個測點也發生了較大的變形量,并且距左拱角線較近的頂拱錨桿也產生了較大應力值57.8MPa。頂拱上的多點位移計也發生較大位移變形,最大值在6.3～7.4mm,頂拱此處的0203R07錨桿應力計也測得較大錨桿軸向拉應力為46.7MPa。

2)0+441m斷面右拱角線附近出現較大錨桿拉應力,分別是0203R21、0203R22兩個測點,其測值分別為278.4MPa和167.3MPa,此部位測點0203M11圍巖變形也是同斷面所有點的最大位移。可知錨桿拉應力基本上和圍巖張開變形成對應關系。

3.3 三岔口混凝土應力應變監測

在導流泄洪洞三岔口的0+421m(舌頭段)和0+440m(高洞室段)設置A-A和B-B兩個監測斷面,其中A-A斷面埋設14支應變計,B-B斷面埋設12支應變計,監測襯砌混凝土應力應變情況。

3.3.1 混凝土自生體積變形

由無應力計自生體積監測數據可知:0+421m斷面的0203N01為先收縮后膨脹,自生體積變形-43～20με,0203N03為微膨脹型,自生體積變形90με。0203N05為先膨脹后收縮,自生體積變形-79με。0+440m斷面的0203N02、0203N04均為微膨脹型,自生體積變形92～114με。詳見表3。

表3 導流泄洪洞混凝土線膨脹系數與混凝土自生體積變形 με

3.4 三岔口鋼筋應力監測

在導流泄洪洞三岔口的0+422m(舌頭段)和0+441m(高洞室段)設置A-A和B-B兩個監測斷面,其中A-A斷面埋設18支鋼筋計,B-B斷面埋設12支鋼筋計,用于監測襯砌混凝土鋼筋應力。通過鋼筋計監測數據可知:三岔口鋼筋計在運行期鋼筋應力基本上同溫度呈負相關,呈年度周期性變化。歷史最大鋼筋應力為86.4MPa,出現在高洞室段拱角(0203R45),當前鋼筋應力在-30.7～49.1MPa,各個點的鋼筋應力測值穩定。

4 導流泄洪洞進口閘井

4.1 弧形閘門門軸錨筋鋼筋應力監測

在導流洞進口左、右弧形閘門兩側門軸拉錨筋中的1號、15號和29號錨筋各安裝3支鋼筋計,用于監測錨筋應力。導流洞進口弧形閘門門軸錨筋鋼筋計布置示意圖見圖1。

圖1 導流洞進口弧形閘門門軸錨筋鋼筋計布置示意圖

由2007—2022年觀測數據可以看出:左右側的拉錨筋大部分表現為:拉應力先增大,之后小幅減小并趨于穩定的變化趨勢。其左側邊墻拉錨筋的最大拉應力出現在1#筋,其最大拉應力36.2MPa,1#筋拉應力分布表現為:距門軸處由近至遠,拉應力由大變小;15#和29#筋最大拉應力均出現在距門軸最遠的測點,拉應力最大分別為:13.0MPa和15.1MPa。

右側邊墻拉錨筋的最大拉應力出現在15#筋,其最大拉應力40.8MPa;1#和29#筋最大拉應力分別出現在錨筋中間和距門軸最遠的測點,拉應力最大分別為:15.08MPa和16.1MPa。

4.2 弧形閘門門軸后深層基巖錨桿應力監測

導流洞弧形閘門門軸后深層基巖處三點串聯錨桿應力特征值表,見表4。

表4 導流洞進口弧形閘門門軸后深層基巖錨桿應力特征值表 MPa

由表4可以看出:4根錨桿的錨桿應力大部分表現為前期拉應力最大,之后有小幅增大但逐漸趨于穩定的變化趨勢。各錨桿具有入巖越深錨桿應力越大的特征,其中0+126樁號的兩45°頂角處和洞軸線部位的3根錨桿測點均表現較大的錨桿應力,其最大值分別為53.9MPa、65.3MPa、54.7MPa。洞軸線0+123樁號處錨桿3個測點錨桿應力最大值在25.3～30.0MPa,其前期應力變幅較大,之后各年度趨于平穩收斂。

可以看出:4根錨桿的錨桿應力大部分表現為前期拉應力最大,之后有小幅增大但逐漸趨于穩定的變化趨勢。各錨桿具有入巖越深錨桿應力越大的特征,其中0+126樁號的兩45°頂角處和洞軸線部位的3根錨桿測點均表現較大的錨桿應力,其最大值分別為53.9MPa、65.3MPa、54.7MPa。洞軸線0+123樁號處錨桿3個測點錨桿應力最大值在25.3～30.0MPa,其前期應力變幅較大,之后各年度趨于平穩收斂。

5 結 語

經過對府谷縣某水庫導流洞2022年觀測數據分析探討,可以得出以下結論:

1)三岔口部位:①埋設初期圍巖變形舌頭段0+421.0樁號頂拱最大張開量7.0mm,之后圍巖變形逐漸趨于穩定;同監測斷面頂部圍巖變形大于兩邊墻圍巖變形,同觀測部位淺層圍巖變形大于深層圍巖變形;②錨桿拉應力基本上和圍巖變形成對應關系。錨桿最大應力為高洞室段0+441樁號頂拱部位,量值為278.4MPa,其余測點錨桿應力逐漸收斂,量值基本上在-76.9～118.1MPa之間;③高洞室段拱角最大鋼筋拉應力為86.4MPa,目前鋼筋應力穩定,其余測點的量值為-30.7～49.1MPa。混凝土自生體積變形92～114με,0+421m斷面岔口舌頭段底板最大拉應變為132με,0+440m斷面洞室右邊墻下部最大拉應變為148με,超出混凝土極限拉應變;在裂縫修補后,目前應變計測值穩定。

2)導流洞進口部位:弧形閘門門軸拉錨筋及門軸后深層基巖錨桿應力為12.2～50.2MPa,測值穩定。