水工引水隧洞監(jiān)控量測方法綜述

譚 嘯

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽110166)

0 引 言

水工引水隧洞開挖施工時，受風化帶或斷層破碎帶的影響經(jīng)常會遇到Ⅳ、Ⅴ類圍巖段，這樣的圍巖極不穩(wěn)定，而開敞式TBM(全斷面巖石隧道掘進機)法或新奧法開挖施工過程中要合理利用圍巖的應力重分布，允許圍巖有一定的變形以形成新的巖拱，充分發(fā)揮圍巖的自承力，節(jié)約支護工程量，這就要求在施工過程中必需監(jiān)測圍巖的變形，防止圍巖變形過大而失穩(wěn)破壞［1］。因此，如何安裝監(jiān)控量測設備，如何觀測并及時分析觀測到的數(shù)據(jù)是工程施工者應該重視的問題。

1 監(jiān)測儀器設備安裝埋設

監(jiān)測儀器的安裝埋設按照分部位、分時段實施，總體原則為:將盡早獲取洞室開挖后圍巖初期變形資料、盡量減少監(jiān)測與開挖或混凝土襯砌施工的干擾，協(xié)調(diào)有效保護監(jiān)測儀器設備與開挖、襯砌三者關(guān)系。

在施工作業(yè)時，為及時進行監(jiān)測適時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測儀器的安裝和埋設等作業(yè)將與隧洞開挖或混凝土襯砌作業(yè)發(fā)生相互干擾，為此，在施工作業(yè)現(xiàn)場配備調(diào)度人員進行施工協(xié)調(diào)，保證監(jiān)測作業(yè)的開展。

同時由于混凝土封堵施工可能造成監(jiān)測儀器電纜的破壞，故須對監(jiān)測儀器和電纜采取防護措施，并在現(xiàn)場設專人負責已安裝儀器和電纜的監(jiān)管保護工作［2］。

儀器安裝埋設前，應向監(jiān)理提交安裝計劃并經(jīng)驗收合格后，進行下一個工序的安裝工作。監(jiān)控量測儀器設備的安裝方法如下:

1.1 安裝前準備

監(jiān)控量測專業(yè)工作人員按事先批準的編碼系統(tǒng)填寫安裝儀器、材料、配件、工具清單，并對各種監(jiān)控量測儀器設備、電纜、觀測斷面樁號、控制坐標等進行編號，建立儀器檔案。復雜儀器要在室內(nèi)進行模擬安裝調(diào)試，熟悉安裝過程，明確各安裝作業(yè)人員工作項目［3］。

1.2 測量放點

根據(jù)施工設計圖紙和埋設措施計劃，由專業(yè)測量人員實施。

1.3 鉆孔施工

滲壓計、測縫計、溫度計及變形監(jiān)測等儀器安裝的鉆孔，按施工設計圖紙要求實施。嚴格控制孔徑、孔深和孔斜。當有取芯要求時，及時對巖芯進行描述和保存。

監(jiān)測斷面的鉆孔位置緊跟開挖面，距鉆爆法施工掌子面1.0 ～1.5 m。

鉆孔設備:鉆爆法施工段，可采用鑿巖臺車、錨桿鉆機、潛孔鉆機和地質(zhì)鉆機鉆孔;TBM 施工段盡可能采用TBM 上配帶的錨桿鉆機設備，當其不能滿足時，另配潛孔鉆機、地質(zhì)鉆機設備。

1.4 安裝前現(xiàn)場檢查

測量人員標定儀器的安裝位置后，請土建人員鉆取安裝孔并由監(jiān)控量測安裝人員查看現(xiàn)場、核對儀器位置、鉆孔深度及孔徑、安裝條件(水、電、灌漿設備)等。

1.5 儀器安裝

監(jiān)控量測儀器的安裝應由經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員依照施工圖紙和安裝操作規(guī)程進行。

1.6 儀器調(diào)試與測讀

儀器安裝完成后，應先檢查儀器工作狀況，測量并記錄儀器初始讀數(shù)，評定儀器的安裝質(zhì)量，如不合格則進行補救處理［4］。

1.6.1 滲壓計

按施工圖紙所示位置測量放樣和鉆孔，孔徑110 mm，孔深同設計要求。埋設前將滲壓計充水飽和，通常的作法是浸于水中2 h以上。滲壓計用砂袋包裹送入孔內(nèi)設計埋設深度，同一孔內(nèi)不同深度的各支滲壓計之間用膨潤土和砂漿分割，膨潤土的作用是防止砂漿漿液堵塞滲壓計，影響儀器使用效果。

1.6.2 測縫計

主要埋設在巖石與混凝土接觸縫之間，按施工圖紙所示位置測量放樣并鉆孔，孔徑110 mm，孔深1.0 m。

先把鉆孔注滿微膨脹水泥砂漿，再將帶有加長桿的套筒擠入孔中，套筒口應與鉆孔口齊平，將羅紋口涂上機油防銹，套筒內(nèi)填滿棉紗，旋緊筒蓋。澆筑混凝土時，把套筒蓋打開，取出棉紗，再旋上測縫計，澆筑混凝土［5］。

1.6.3 溫度計

溫度計可直接埋入混凝土內(nèi)，一般不考慮安裝方向，安裝位置誤差應控制在5cm 以內(nèi)，儀器周圍應人工回填細石混凝土，人工搗實混凝土時不得觸及溫度計。

1.6.4 電纜

嚴格按照設計圖敷設電纜，要盡量減少電纜接頭的數(shù)量。電纜應穿管保護，同時采取設置警告標志、設專人監(jiān)護和維護等保護措施，選好臨時觀測站的位置。

電纜跨越施工縫時，應預留5 ～10 cm的彎曲段以適應施工縫的變形，并應穿鋼管保護，保護鋼管兩端用瀝青麻繩封堵。電纜穿越阻水設施時，應單根平等排列，間距2 cm以上，并應加阻水環(huán)或使用阻水材料回填。

電纜敷設施工過程中，要保護好電纜頭和電纜編號，防止浸水或受潮，隨時檢測電纜和儀器的狀態(tài)及絕緣情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并進行記錄和說明。

橡膠電纜采用硫化接頭，塑料電纜采用常溫密封或熱塑接頭連接。在電纜接頭處涂環(huán)氧樹脂或浸蠟以防潮氣滲入電纜中，施工過程中要經(jīng)常保持電纜的干燥和清潔防止各種油類沾污腐蝕電纜，嚴防開挖爆破、施工機械，焊接作業(yè)時損壞電纜［6］。

1.6.5 測控單元

測控單元采用支架、安裝夾固定在墻面上，并盡可能選在易于觀測且不易被破壞的位置，設立保護裝置或在洞壁上鑿洞安裝，并設警示標志。

1.6.6 讀數(shù)儀

測讀所有的傳感器，按操作說明書，通過簡單的操作儲存讀數(shù)，并傳輸?shù)接嬎銠C電子表格和數(shù)據(jù)庫等。通過儀器接線終端箱測讀所有儀器讀數(shù)。一般隨機配有電池充電器、測讀電纜、接口電纜、通訊軟件和說明書。

1.6.7 斷面收斂儀

當開挖面越過觀測斷面1.0 ～1.5 m時，停止開挖作業(yè)，實施測量放點，保證測點在同一平面內(nèi)。TBM 施工段利用錨桿鉆機造孔，鉆孔直徑Φ 40 mm、孔深1 100 mm左右，孔向垂直于巖壁。然后埋設測點錨桿，用錨固劑將加工按設計尺寸加工成形的錨桿與圍巖錨桿牢固，錨桿外露端焊接加工好的收斂測點端頭。

在錨固牢固后約6 h左右，及時進行初次觀測，施工時采取保護措施，防止施工損壞測點。

1.6.8 監(jiān)測儀器及電纜的標識與保護措施

儀器與電纜安裝或敷設后，根據(jù)土建工程進度和實際情況，將電纜引至指定位置，采用鋼筒、槽鋼、保護箱或木柜等對儀器和電纜進行保護，以免受施工沖擊破壞［7］。

儀器和電纜安裝或敷設后，應立即繪制電纜走線圖、標記儀器位置坐標，把安裝情況材料報送監(jiān)理人，安排專人保護電纜，防止施工時損壞電纜。儀器和電纜附近的混凝土拆模后，在混凝土表面用紅漆標識儀器和電纜的位置，以免后續(xù)的灌漿鉆孔等工作損壞儀器和電纜。監(jiān)控量測技術(shù)人員應定期巡查已安裝的儀器和電纜防止土建施工損壞儀器和電纜。

2 施工期監(jiān)測

施工期必須按照規(guī)定的監(jiān)測項目、頻次和時間進行數(shù)據(jù)采集記錄工作，要做到不缺測、不漏測、無不符合精度的數(shù)據(jù)。

儀器設備安裝就緒后立即對儀器設備進行測試，并記錄其初始讀數(shù)，評價安裝質(zhì)量，同時詳細記錄埋設時監(jiān)測斷面支護情況、隧洞開挖施工情況、爆破作業(yè)情況、灌漿作業(yè)情況、開挖掌子面和監(jiān)測斷面的距離。

對新安裝的監(jiān)測儀器設備按表1 所列的測次要求進行監(jiān)測。施工期內(nèi)各類監(jiān)測項目測次按表2 中所列的測次要求進行監(jiān)測。

表1 儀器埋設初期測次表

表2 各監(jiān)測項目測次表

3 施工期監(jiān)測資料綜合分析

3.1 監(jiān)測資料分析的基礎(chǔ)工作

1)為確保監(jiān)控量測資料連續(xù)性和準確性，應隨時補充或修整有關(guān)監(jiān)測設施的變動、檢驗、校測情況，修整各種紀錄表、紀錄圖等［8］。

2)繪制監(jiān)測變量的變化過程線圖，監(jiān)測變量與某些原因變量的相關(guān)圖，檢查和判斷觀測值的發(fā)展變化趨勢。

3)根據(jù)所繪制相關(guān)圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計表和有關(guān)資料及時做出初步分析，找出各監(jiān)測變量的變化規(guī)律和變化趨勢，判斷有無異常測值，如果有則查明原因，加以解決。

3.2 監(jiān)測變量的時空分布分析

時空分析適用于所有監(jiān)測量，可找出相關(guān)監(jiān)測變量的相互關(guān)系情況，有利于對于一個較大范圍內(nèi)的圍巖變化情況的綜合判斷。

對監(jiān)測變量在時間和空間上進行檢查和分析，主要包括本次測量值與上一次測量值、本次測量值與歷史測量值，本次測量值與歷史極值，同一時間段內(nèi)附近同類或相關(guān)監(jiān)測值的變化情況進行比較分析，找出趨勢值和異常值，從而發(fā)現(xiàn)測值在時間和空間分布的趨勢或異常值。

3.3 監(jiān)測變量的統(tǒng)計模型分析

應用統(tǒng)計學原理對各個監(jiān)測量進行統(tǒng)計分析，應用回歸分析法對實測資料進行綜合分析進而建立測量值的監(jiān)測模型。

運用監(jiān)控模型在時間和空間上分別采用統(tǒng)計模型、確定性模型和混合模型，評判測量值是否正常，并預測測量值的變化規(guī)律。

4 結(jié) 論

在隧洞開挖施工過程中，根據(jù)地質(zhì)情況合理布置監(jiān)控量測儀器，并按要求施工，保證監(jiān)控儀器的安裝質(zhì)量，按規(guī)定的頻次做好觀測記錄，及時分析觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)圍巖有不穩(wěn)定傾向要及時上報，及時采取應對措施，對于防止圍巖變形坍塌，保證施工安全是十分重要的。因此，在隧洞開挖施工過程中，應該重視監(jiān)控量測工作的作用。

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［4］武忠賢. 馬欄河引水隧洞年底貫通存在問題及對策［J］.陜西水利，1997(04):17.

［5］魯修元. 滿拉水利樞紐引水隧洞塌方原因分析［J］. 東北水利水電，1999(12):30.

［6］劉仁海，何一林，劉興勇，鄒文武. 緬甸電源電站引水隧洞不良地質(zhì)段開挖支護施工［J］. 云南水力發(fā)電，2010(05):84 －86.

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