辛安泉供水工程輸水隧洞的永久變形監(jiān)測

顧海濤

（山西省漳河水利工程建設管理局，山西 長治 046000）

辛安泉供水工程輸水隧洞的永久變形監(jiān)測

顧海濤

（山西省漳河水利工程建設管理局，山西 長治 046000）

以辛安泉供水改擴建工程總干1號隧洞為例，對隧洞斷層破碎帶采用永久變形監(jiān)測儀器進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，詳細介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的設計、斷面監(jiān)測的布置、斷面監(jiān)測的施工工藝及方法，并提出了監(jiān)測資料的整編分析方法。

輸水隧洞；永久變形監(jiān)測；施工工藝

1 工程概況

辛安泉供水改擴建工程是山西省“十二五規(guī)劃”大水網(wǎng)建設中的一項重要工程，辛安泉供水改擴建工程地處山西省長治市，工程主要供水對象為黎城縣、平順縣、潞城市、屯留縣、長治市市區(qū)、長治市郊區(qū)、長治縣和壺關縣、襄垣縣共9個縣（市、區(qū)），供水任務為長治市9個縣（市、區(qū)）的城鄉(xiāng)生活、工業(yè)用水和農業(yè)灌溉。工程年供水量1.58億m3，設計流量為5.0 m3/s。

總干1號隧洞位于山西省長治市平順縣及潞城市境內，主洞全長6667.86 m(ZG0+000～ZG6+667.86)，設計坡度為1/2500，共設2條支洞，1號支洞長117.44 m，2號支洞長220.87 m，主洞斷面形式為城門洞型。設計以Ⅲ類圍巖為主，次為Ⅳ類和Ⅴ類圍巖，局部為土洞段。根據(jù)超前地質預報顯示：在樁號ZG0+194.1處，發(fā)現(xiàn)有發(fā)育產狀為N88°E/NW∠74°的F4正斷層，斷距大于10 m，斷層破碎帶寬約100 m，破碎帶所穿地層為寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）厚—巨厚層鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，泥質條帶灰?guī)r，巖體破碎，主要呈碎裂狀，屬于Ⅴ類圍巖。該斷層破碎帶將陡壁面切割成薄壁狀，存在安全隱患，根據(jù)隧洞開挖揭示的地質情況，經設計及地質工程師確認，將監(jiān)測斷面變更至樁號ZG0+205處。

2 隧洞監(jiān)測設計

2.1 斷面監(jiān)測的內容

通過對隧洞斷層處施工期和運行期全面、系統(tǒng)的觀測，對采集到的斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算分析，及時了解施工期和運行期隧洞斷層處的實際動態(tài)，并根據(jù)其發(fā)生的變化采取必要的措施。確保工程施工、運行的安全，提高工程質量，降低施工風險，充分發(fā)揮隧洞工程的效益，同時對隧洞斷層處的安全評價提供科學依據(jù)。監(jiān)測設計主要儀器有應變計、多點位移計。

應變計，用于監(jiān)測隧洞二襯鋼筋混凝土的應變，埋設在隧洞二襯鋼筋混凝土內部，當隧洞二襯鋼筋混凝土發(fā)生變形時將會引起位移計的位移，經萬向節(jié)傳遞給二級機械負放大機構，經負放大后的位移傳遞給振弦轉變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出隧洞二襯鋼筋混凝土的位移量，同時可同步測出埋設點的溫度值。

多點位移計，用于監(jiān)測隧洞巖石的變形量，埋設在隧洞巖石內部，當隧洞巖石發(fā)生變形時，將會通過多點位移計的錨頭帶動測桿，測桿拉動位移計產生位移變形，變形傳遞給振弦式位移計轉變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可計算出被測隧洞巖石的變形量，并可同步測量埋設點的溫度值。

2.2 斷面監(jiān)測的布置

在隧洞樁號ZG0+205斷面處共埋設8支應變計、3套多點位移計。應變計布置在二次襯砌混凝土里，其中監(jiān)測斷面的頂拱處（2支）、起拱處（4支）、左右腋角（2支）。多點位移計布置在巖石里，其中監(jiān)測斷面的頂拱處（1套）、左右起拱處（2套）。

3 斷面監(jiān)測施工工藝

在隧洞樁號ZG0+205斷面處，根據(jù)斷面監(jiān)測儀器布置圖指定的位置采用特制的鉆機鉆3個深度為6 m、直徑為90 mm的鉆孔，鉆孔達到要求后進行儀器的埋設，儀器的埋設應符合規(guī)范規(guī)定，應按照要求進行安裝，儀器埋設完畢后進行單元質量驗收，驗收通過后儀器的電纜加鍍鋅鋼管保護并從洞頂混凝土壁外引出，然后通過鍍鋅鋼管引至洞口測控單元。測控單元應埋設于洞內干燥位置并加以保護，以便人員操作，測控單元由光纖接入自動化控制中心。

4 施工方法

4.1 施工前準備

施工供風、供水、供電：供風系統(tǒng)采用1臺20 m3/min移動式空壓機，空壓機放置在總干1號隧洞的進口處；供水采用水泵從水箱直接抽至洞內；供電采用總干1號隧洞進口處的變壓器，沿洞內接線至施工部位。

施工安排：采用自卸汽車將材料、機具運輸至隧洞進口，然后由人工轉運至施工作業(yè)面。

4.2 儀器埋設

應變計、多點位移計在埋設前分別進行端基線性度、回差、重復性誤差、最小讀數(shù)、防水性能等項目的檢驗，檢驗合格的儀器方可埋設。

4.2.1 多點位移計的埋設與安裝

鉆孔，按設計要求確定安裝埋設高程、方位、角度，在設計定位的地方鉆孔，鉆孔深度6 m、直徑為90 mm。鉆孔完畢后應進行清孔和測探。

安裝，先將最深測點的測桿及錨頭和護管及密封頭組裝兩節(jié)后，用繩子兜住錨頭放入孔中，然后逐級接長逐級下放，邊連接邊向鉆孔內延伸推進。當最深測點的測桿和護管推進到第二深測點高程時，將第二測點的測桿和護管也按順序放下，這時兩組測桿和護管綁扎在一起同時逐級接長逐級下放，在下放的同時每隔2 m將測桿相互之間用扎帶捆扎一次，其他各級測桿和護管照此依次下放至孔口高程。各點測桿和護管就位后裝上分配盤，再與傳感器和安裝基座連接固定在孔口處。

多點位移計安裝就位后即可進行灌漿，以防孔中有碎石或泥沙固結。灌漿過程中排氣管內會不斷有空氣排出，當排氣管中開始回漿時表明灌漿已滿。此時可拆除灌漿設備，堵住灌漿管和排氣管。

4.2.2 應變計的埋設與安裝

在澆筑底板二次襯砌混凝土前先將斷面腋角處的兩支應變計綁扎在鋼筋上，澆筑混凝土時振搗棒不要觸碰到應變計。在澆筑側墻和頂拱二次襯砌混凝土前先將起拱處及頂拱處的6支應變計提前綁扎在相應的鋼筋上，在頂拱安裝應變計的地方要預留一個7 cm×7 cm的線槽，以便將應變計和多點位移計的電纜線引出來。

4.3 電纜牽引及保護

電纜敷設根據(jù)現(xiàn)場條件采取相應敷設方法，并在線路上設置標識，避免遭到其他施工損壞。電纜敷設過程中，保護好電纜頭和編號標志，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。電纜連接采用熱縮接頭密封方式。電纜采用專用接頭密封連接后，在電纜接頭處凃環(huán)氧樹脂或浸蠟以防潮。沿電纜牽引線路埋設直徑50 mm鍍鋅鋼管，將電纜穿入管內，沿管線敷設砂漿保護。儀器電纜加鋼管保護并從洞頂引出混凝土壁外，然后通過鍍鋅鋼管引至洞口測控單元。測控單元應埋設于洞內干燥位置并加以保護，便于人員操作，測控單元由光纖接入自動化控制中心。

5 監(jiān)測資料的整編分析

5.1 施工期及運行期的觀測

施工期觀測嚴格按照規(guī)范規(guī)定的監(jiān)測項目、測次和時間進行，并做到“四無”即無缺測、無漏測、無不符合精度、無違時。必要時，根據(jù)實際情況適當調整監(jiān)測測次，如遇暴雨、地震及其它特殊情況，可以增加觀測次數(shù)。對已埋設安裝并處于工作狀態(tài)的監(jiān)測儀器定期進行維護，確保儀器能采集到有效的原始觀測數(shù)據(jù)。

施工期監(jiān)測以人工觀測為主；運行期監(jiān)測以自動化監(jiān)測為主。

5.2 巡視檢查

日常巡視檢查按每周1次進行，記錄開挖時間和空間形象，裂隙、滲水等情況；年度巡視檢查每年1次，分析斷層處的整體變化情況；特別巡視檢查是在遇到暴雨、地震及其它特殊情況時及時到現(xiàn)場進行觀察。

5.3 資料整理

儀器設備安裝完畢后，對儀器設備進行測試、校正、率定，并記錄儀器設備在工作狀態(tài)下的初始讀數(shù)。在整個施工期內，對已埋設安裝并處于工作狀態(tài)的觀測儀器定期觀測和檢驗，記錄全部原始觀測和檢驗資料，及時將觀測資料換算為相應的位移等物理量，并進行資料整理，判斷有無異常的觀測值。在發(fā)現(xiàn)觀測資料異常時，立即采取必要的措施。觀測資料應用有效的軟件系統(tǒng)進行平差計算及其它一些數(shù)據(jù)處理，資料計算確保正確無誤。

在分析有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和趨勢后對斷層破碎帶現(xiàn)在的狀態(tài)做出評價，以便確認斷層破碎帶是否處于安全的狀態(tài)。

6 結語

辛安泉供水改擴建工程總干1號隧洞永久變形監(jiān)測設備的合理設置，有利于為今后隧洞的安全運行及時提供監(jiān)測資料，為日常監(jiān)測提供便捷、準確和詳實的數(shù)據(jù)，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，確保隧洞的安全運行。

TV698.1

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1004-7042（2017）09-0044-02

顧海濤（1987-），男，2012年畢業(yè)于華北水利水電學院水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-07-03；

2017-08-12