府谷縣某水庫導流泄洪洞變形監(jiān)測分析

楊 晶,張 靜

(府谷縣應(yīng)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(shè)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(xiàn)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(cè)槽布置在底洞軸線下游,兩洞軸線不重合,成55°47′夾角。側(cè)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(cè)槽堰形采用“WES”實用堰,堰長55m 。

2 監(jiān)測內(nèi)容與技術(shù)路線

2.1 監(jiān)測點布設(shè)

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

底洞進口監(jiān)測內(nèi)容:分別布設(shè)了12支多點位移計和錨桿應(yīng)力計,用于監(jiān)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(yīng)力;布設(shè)了18支鋼筋計用于監(jiān)測左右側(cè)墻弧形閘門門軸拉錨筋鋼筋應(yīng)力;布設(shè)了2支應(yīng)變計和無應(yīng)力計用于左右側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測;布設(shè)滲壓計4支,用于監(jiān)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(cè)槽高邊坡、導流洞出口高邊坡共設(shè)置14個外部變形觀測墩[1]。

2.2 技術(shù)路線

水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)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(jiān)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(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 三岔口圍巖變形監(jiān)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(shè)置A-A和B-B兩個監(jiān)測斷面。其中A-A斷面埋設(shè)7套多點位移計,B-B斷面埋設(shè)5套多點位移計,通過埋設(shè)于三岔口部位的多點位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)成果可知:

多點位移計埋設(shè)初期,大部分測點表現(xiàn)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(jiān)測時段的變形速率較大。圍巖應(yīng)力經(jīng)約2a調(diào)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(wěn)定。

由0+421m和0+440m兩個監(jiān)測斷面多點位移計的位移歷史最大值、最小值統(tǒng)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(yīng)力監(jiān)測

在導流泄洪洞三岔口的0+422m(舌頭段)和0+441m(高洞室段)設(shè)置A-A和B-B兩個監(jiān)測斷面,每個斷面埋設(shè)12支單點錨桿應(yīng)力計。埋設(shè)于三岔口圍巖內(nèi)的錨桿應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù),見表2。

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

由表2可知:

1)0+422m斷面錨桿軸向拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)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(fā)生了較大的變形量,并且距左拱角線較近的頂拱錨桿也產(chǎn)生了較大應(yīng)力值57.8MPa。頂拱上的多點位移計也發(fā)生較大位移變形,最大值在6.3～7.4mm,頂拱此處的0203R07錨桿應(yīng)力計也測得較大錨桿軸向拉應(yīng)力為46.7MPa。

2)0+441m斷面右拱角線附近出現(xiàn)較大錨桿拉應(yīng)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(yīng)力基本上和圍巖張開變形成對應(yīng)關(guān)系。

3.3 三岔口混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

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

3.3.1 混凝土自生體積變形

由無應(yīng)力計自生體積監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)與混凝土自生體積變形 με

3.4 三岔口鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

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

4 導流泄洪洞進口閘井

4.1 弧形閘門門軸錨筋鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

在導流洞進口左、右弧形閘門兩側(cè)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(jiān)測錨筋應(yīng)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(shù)據(jù)可以看出:左右側(cè)的拉錨筋大部分表現(xiàn)為:拉應(yīng)力先增大,之后小幅減小并趨于穩(wěn)定的變化趨勢。其左側(cè)邊墻拉錨筋的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在1#筋,其最大拉應(yīng)力36.2MPa,1#筋拉應(yīng)力分布表現(xiàn)為:距門軸處由近至遠,拉應(yīng)力由大變小;15#和29#筋最大拉應(yīng)力均出現(xiàn)在距門軸最遠的測點,拉應(yīng)力最大分別為:13.0MPa和15.1MPa。

右側(cè)邊墻拉錨筋的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在15#筋,其最大拉應(yīng)力40.8MPa;1#和29#筋最大拉應(yīng)力分別出現(xiàn)在錨筋中間和距門軸最遠的測點,拉應(yīng)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(yīng)力監(jiān)測

導流洞弧形閘門門軸后深層基巖處三點串聯(lián)錨桿應(yīng)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(yīng)力特征值表 MPa

由表4可以看出:4根錨桿的錨桿應(yīng)力大部分表現(xiàn)為前期拉應(yīng)力最大,之后有小幅增大但逐漸趨于穩(wěn)定的變化趨勢。各錨桿具有入巖越深錨桿應(yīng)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(xiàn)較大的錨桿應(yīng)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(yīng)力最大值在25.3～30.0MPa,其前期應(yīng)力變幅較大,之后各年度趨于平穩(wěn)收斂。

可以看出:4根錨桿的錨桿應(yīng)力大部分表現(xiàn)為前期拉應(yīng)力最大,之后有小幅增大但逐漸趨于穩(wěn)定的變化趨勢。各錨桿具有入巖越深錨桿應(yīng)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(xiàn)較大的錨桿應(yīng)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(yīng)力最大值在25.3～30.0MPa,其前期應(yīng)力變幅較大,之后各年度趨于平穩(wěn)收斂。

5 結(jié) 語

經(jīng)過對府谷縣某水庫導流洞2022年觀測數(shù)據(jù)分析探討,可以得出以下結(jié)論:

1)三岔口部位:①埋設(shè)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(wěn)定;同監(jiān)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(yīng)力基本上和圍巖變形成對應(yīng)關(guān)系。錨桿最大應(yīng)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(yīng)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(yīng)力為86.4MPa,目前鋼筋應(yīng)力穩(wěn)定,其余測點的量值為-30.7～49.1MPa?；炷磷陨w積變形92～114με,0+421m斷面岔口舌頭段底板最大拉應(yīng)變?yōu)?32με,0+440m斷面洞室右邊墻下部最大拉應(yīng)變?yōu)?48με,超出混凝土極限拉應(yīng)變;在裂縫修補后,目前應(yīng)變計測值穩(wěn)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(yīng)力為12.2～50.2MPa,測值穩(wěn)定。