厄瓜多爾索普拉多水電站導(dǎo)流洞施工期收斂變形監(jiān)測(cè)施工技術(shù)

黃傳庚

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

厄瓜多爾索普拉多拉水電站導(dǎo)流洞全長(zhǎng)1321.247 m，隧洞開挖斷面型式為馬蹄形，最大斷面尺寸為7.75 m×10.1 m，最小斷面尺寸為7.6 m×9.9 m，坡度分別為18%和2%。根據(jù)地質(zhì)圖紙可知，巖石等級(jí)主要為II～I(xiàn)V 類，局部為I、V 類。

2 導(dǎo)流洞施工監(jiān)測(cè)

由于導(dǎo)流洞面臨的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境復(fù)雜，在隧洞開挖前，不同洞段的地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度和地應(yīng)力特征不易掌握，力學(xué)參數(shù)難以確定，施工臨時(shí)支護(hù)措施的合理性也難以判定。因此，加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)，注重信息反饋分析工作非常重要。

2.1 監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)原則

隧洞新奧法施工強(qiáng)調(diào)對(duì)開挖后圍巖變形的適時(shí)監(jiān)測(cè)。圍巖變形有絕對(duì)位移與相對(duì)位移之分，絕對(duì)位移是指隧洞圍巖或隧洞頂?shù)装寮皞?cè)端某一部位的實(shí)際位移值，其量測(cè)方法是在距實(shí)測(cè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方設(shè)置一基點(diǎn)，然后定期用全站儀自基點(diǎn)向?qū)崪y(cè)點(diǎn)量測(cè)，根據(jù)前后兩次觀測(cè)所得的標(biāo)高及方位變化確定隧洞圍巖的絕對(duì)位移量。但是，絕對(duì)位移量測(cè)需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間并受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，除非必需，一般不進(jìn)行量測(cè)。

巖體表面變形是隧洞開挖后其應(yīng)力形態(tài)變化的直觀反映，對(duì)于地下工程的穩(wěn)定能提供較可靠的信息，也比較容易施測(cè)，因此，在進(jìn)行隧洞施工期現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)時(shí)，需要多量測(cè)相對(duì)位移值，以確定圍巖內(nèi)空收斂變形。做為判斷圍巖動(dòng)態(tài)的主要量測(cè)項(xiàng)目之一，這項(xiàng)量測(cè)原理簡(jiǎn)單、操作方便，若能在各個(gè)項(xiàng)目量測(cè)中找出內(nèi)空收斂位移變形與其他量測(cè)項(xiàng)目之間的規(guī)律性時(shí)，還可省掉一些其它項(xiàng)目的量測(cè)。

本工程施工期監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)遵循新奧法的基本原則。施工期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)施的主要目的在于掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息并及時(shí)反饋、指導(dǎo)施工作業(yè);了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用和效果;確保工程施工安全和經(jīng)濟(jì)性;將監(jiān)測(cè)的成果反饋于設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中。

綜上所述，將導(dǎo)流洞工程施工期監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則可歸納為:監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選址應(yīng)針對(duì)具體的地形及地質(zhì)條件和監(jiān)測(cè)目標(biāo)，體現(xiàn)其針對(duì)性;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)按施工程序緊跟掌子面，體現(xiàn)其及時(shí)性;監(jiān)測(cè)信息的反饋分析應(yīng)配合施工臨時(shí)支護(hù)的力學(xué)分析，體現(xiàn)其對(duì)施工監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)作用。

2.2 施工期的監(jiān)測(cè)布置

按照上述設(shè)計(jì)原則及對(duì)施工監(jiān)測(cè)條件的分析，導(dǎo)流洞工程的監(jiān)測(cè)主要是對(duì)圍巖進(jìn)行收斂變形監(jiān)測(cè)。導(dǎo)流洞采用全站儀配反光標(biāo)牌監(jiān)測(cè)，每隔10 m 布置一個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，共需布置約520個(gè)收斂測(cè)點(diǎn)(圖1、2)。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件、施工方法確定后，隧洞圍巖的變形位移主要受空間和時(shí)間兩種因素影響;“空間效應(yīng)”是掌子面的約束作用產(chǎn)生的影響;“時(shí)間效應(yīng)”是指在掌子面約束作用解除后，收斂位移隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大的現(xiàn)象。這兩種效應(yīng)是圍巖穩(wěn)定的重要標(biāo)志，可以用來(lái)判別圍巖穩(wěn)定情況、支護(hù)時(shí)機(jī)，推算位移速率和最終位移值。

圖1 隧洞收斂監(jiān)測(cè)示意圖

圖2 反光標(biāo)牌

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，一般情況下，當(dāng)開挖掌子面距觀測(cè)斷面1.5～2倍洞徑后，“空間效應(yīng)”的影響基本消除。因此，初始觀測(cè)斷面應(yīng)盡可能靠近開挖掌子面，距離不宜大于1 m。觀測(cè)斷面間距宜大于2倍洞徑，觀測(cè)斷面測(cè)線的數(shù)量和方向應(yīng)根據(jù)圍巖的變形條件和隧洞的形狀與大小確定。

圖3 收斂測(cè)點(diǎn)布置示意圖

測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)先考慮拱頂、拱座和邊墻的要求，導(dǎo)流洞施工期安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中的隧洞收斂監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置情況見圖3。

3 收斂觀測(cè)及成果分析

收斂觀測(cè)頻率根據(jù)觀測(cè)斷面的設(shè)定時(shí)間、圍巖的變形速率、距離掌子面的距離等因素確定，一般新設(shè)觀測(cè)斷面的測(cè)量頻率為1次/d，距離掌子面4倍洞徑時(shí)或測(cè)值趨于穩(wěn)定時(shí)為1次/3 d，遇到特殊情況時(shí)可增加測(cè)次。

在導(dǎo)流洞收斂觀測(cè)過(guò)程中，根據(jù)每個(gè)斷面每天的收斂情況進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)(表1);根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面的地質(zhì)條件、施工方法和支護(hù)內(nèi)容的不同，導(dǎo)流洞洞壁收斂變形過(guò)程曲線可以歸納為逐漸衰減型、直線發(fā)展型和發(fā)散型三類。隧洞開挖后圍巖變形分類情況見圖4。

圖4 開挖后隧洞圍巖變形分類示意圖

(1)衰減型。由于圍巖開挖的空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，隨著時(shí)間的增加和測(cè)點(diǎn)離掌子面的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，一般情況下圍巖的變形速率越來(lái)越小，并以指數(shù)衰減的形式變化，直至最終趨于零。這種曲線表明圍巖是趨于穩(wěn)定的。如圖5所示的K1+300(IV 類)斷面，持續(xù)監(jiān)測(cè)一周，圍巖收斂速率小于0.1 mm/d，可以判定圍巖變形已經(jīng)收斂。

圖5 K1+300(IV 類)收斂變形曲線圖

(2)直線型。圍巖的變形速率基本不變或很少衰減，隨著時(shí)間的增加和離掌子面距離的增大，圍巖松弛加大，變形量越來(lái)越大，如果沒有及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，隧洞最終可能會(huì)發(fā)展為破壞性變形。

導(dǎo)流洞V 類圍巖段長(zhǎng)達(dá)99 m，且部分洞段與既有電站尾水洞交叉，此類交叉地段在施工期觀測(cè)中需增加觀測(cè)次數(shù)，及時(shí)通報(bào)并及早做好加強(qiáng)支護(hù)。

(3)發(fā)散型。曲線斜率即變形速率隨時(shí)間延續(xù)而增大，圍巖可能失穩(wěn)，預(yù)示該段圍巖可能出現(xiàn)塌方等破壞性變形。在導(dǎo)流洞洞段進(jìn)行施工期監(jiān)測(cè)期間未出現(xiàn)此類變形。

4 結(jié)語(yǔ)

按照“新奧法”施工的基本理念，通過(guò)對(duì)厄瓜多爾索普拉多拉水電站導(dǎo)流洞施工期開挖圍巖實(shí)施收斂變形監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析可知，在導(dǎo)流洞開挖中圍巖的變形主要是衰減型發(fā)展。監(jiān)測(cè)分析結(jié)果為施工期圍巖支護(hù)措施的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考，保證了導(dǎo)流洞開挖施工期安全順利的進(jìn)行。