引水工程中豎直向上仰孔內(nèi)多點位移傳感器安裝技術(shù)

張有興，楊大凡，鄒 挺

（中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南昆明 650033）

1 工程概況

滇中引水工程是云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，工程建成投入運行后可以從根本上解決滇中地區(qū)的水資源短缺問題，具有顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。該工程以解決滇中地區(qū)的城鎮(zhèn)生活及工業(yè)用水為主，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)受水區(qū)，包括麗江、大理、楚雄、昆明、玉溪、紅河等6 個州（市）的35 個縣（市、區(qū)）。

滇中引水工程由石鼓水源工程和輸水工程組成。石鼓水源工程為無壩取水采用提水泵站取金沙江水設(shè)計抽水流量135 m3/s，共安裝12 臺混流式水泵機組，其中備用機組2 臺。輸水工程總長約664.236 km，劃分為大理I 段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段及紅河段等6 段。

輸水總干渠包括輸水、消能建筑物共118 座，其中：隧洞58 座、總長611.986 km；倒虹吸25 座、總長42.595 km；渡槽17 座、總長3.7 km；暗涵15 座、合計長4.891 km。渠道消能建筑物3 座（其中消能電站2座）、共計1.064 km，隧洞、倒虹吸、渡槽和暗涵4 種建筑物的長度分別占干線全長的92.13%、6.41%、0.56%和0.74%，消能建筑物占0.16%。

2 研究背景及意義

多點位移監(jiān)測是目前高邊坡、各種隧洞、地下硐室群監(jiān)測位移變化的常用手段，傳感器多用振弦式傳感器，這種傳感器精度高、測值可靠、數(shù)據(jù)采集方便、后期便于改造成自動化觀測，節(jié)省投資等優(yōu)點。多點位移計監(jiān)測傳感器安裝成敗的關(guān)鍵，除了組裝時的認真仔細外，最重要的還有灌漿是否密實。國內(nèi)外水利水電工程安裝多點位移計監(jiān)測傳感器均以垂直向下或水平孔傳感器的安裝居多，安裝技術(shù)已較成熟。但部分工程水工隧洞需要在洞頂豎直向上的孔內(nèi)安裝多點位移計傳感器，如云南省滇中引水工程的部分輸水隧洞內(nèi)就有此類監(jiān)測布置。目前這種安裝技術(shù)研究甚少、還未有較好的安裝埋設(shè)工藝，因此現(xiàn)有的多點位移計監(jiān)測傳感器安裝埋設(shè)技術(shù)難以滿足此類安裝埋設(shè)的需要，因此需要研究一種適用于隧洞洞頂豎直向上的孔內(nèi)多點位移計安裝施工技術(shù)，對于傾斜向上的孔也有一定效果。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越多，建設(shè)步伐越來越快，各種高速公路、高速鐵路、水利水電工程等數(shù)不勝數(shù)，以前有青藏鐵路、南水北調(diào)以及三峽工程等，后來有京張高鐵、滇中引水工程以及白鶴灘水電站，這些大型工程都少不了安全監(jiān)測工作。工程安全監(jiān)測能為施工期的施工安全提供科學(xué)的參考，對工程失穩(wěn)及時預(yù)警、采取措施，避免人員設(shè)備傷亡損毀，監(jiān)測數(shù)據(jù)成果也能及時指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計，節(jié)約投資。其中，位移變形監(jiān)測是安全監(jiān)測中最重要的內(nèi)容之一。同時，這些大型工程中有大量隧洞及地下硐室，研究能在隧洞及地下硐室內(nèi)豎直向上仰孔內(nèi)高質(zhì)量安裝多點位移傳感器的能廣泛使用的技術(shù)，將為以后的各種工程安全監(jiān)測提供有益參考，為工程更快、更好、更安全的建設(shè)提供助力，也為我國國民經(jīng)濟持續(xù)、健康發(fā)展提供幫助。

3 具體技術(shù)研究

工程隧洞及地下硐室多點位移計，一般部置在巖層較破碎地段，用于監(jiān)測隧洞深部地層位移情況。多點位移計感器安裝完成之后，監(jiān)測數(shù)據(jù)能否真實、有效反映地層深部位移變化情況孔內(nèi)灌漿飽滿、密實程度是關(guān)鍵；隧洞深部地層位移變化情況直接影響隧洞二襯混凝土的整體性甚至危及二襯混凝土的安全。

在云南省滇中引水工程中，對豎直向上仰孔內(nèi)多點位移傳感器安裝埋設(shè)工藝方法進行研究、試驗、比對，總結(jié)出如下行之有效的安裝技術(shù)：

（1）工程中多點位移計鉆孔孔徑110 mm（孔口至深1 m 段鉆孔孔徑150 mm，根據(jù)傳感器保護罩實際大小確定）、孔深15 m 三點式錨頭（d1=6 m，d2=10 m，d3=14 m）。

（2）按規(guī)范及廠家說明書要求，將多點位移計在平整場地上組裝完成，在最深錨頭上綁扎一根直徑8 mm、長超過錨頭0.8 m 作固定回漿管，回漿管綁扎至孔深14.8 m 處灌漿管綁扎至孔深10 m 處。

（3）將另外一根灌漿管綁扎至初期支護混凝土與隧洞圍巖接觸面處（孔內(nèi)一般在0.5～0.8 m 處，以孔內(nèi)成像或鉆孔電視資料確定）。

（4）將組裝好的帶2 根灌漿管和1 根回漿管的傳感器，整體裝入孔內(nèi)至安裝位置做好監(jiān)測電纜編號、灌漿管和回漿管標(biāo)記引出監(jiān)測電纜及灌漿管、回漿管然后用膨脹螺栓配定制鋼板或鐵絲，加土工布或棉紗支撐傳感器組合體不下落，并封閉孔口，保證封閉密實不漏漿。

（5）為了保證注入孔內(nèi)的水泥漿液不會在重力作用下沿著初襯與圍巖之間的縫隙流失，造成孔內(nèi)儀器錨塊未能被密實包裹受力，從而造成測值不準(zhǔn)或儀器失效，需要將原來常規(guī)向下傾斜孔內(nèi)的一次注漿完成的方式改為分兩次注漿。首次注漿的主要目的是，首先封閉初襯與圍巖之間的縫隙，避免二次注漿的漿液流失；其次是待凝固后加固孔口封口鋼板對儀器本體和注入漿液自重的抵抗力提高安全性。此步驟首次注漿由于需要漿液很少，常規(guī)注漿設(shè)備搬運成本高制漿量大效力低多余漿液，可能造成浪費、污染環(huán)境、不經(jīng)濟，因此推薦使用便攜式手動細砂堵漏注漿機，具體參數(shù)需根據(jù)工況進行選擇。

（6）使用便攜式手動細砂堵漏注漿機灌注預(yù)留，在初期支護混凝土與隧洞圍巖接觸面的灌漿管灌注稠砂漿至初期支護與隧洞圍巖接觸面處（一般灌注20 L左右即可），以保證圍巖接觸面裂縫及孔口封堵部位被徹底牢固封堵，確保二次孔內(nèi)灌漿時所有注入漿液均能留在孔內(nèi)發(fā)揮作用，保證錨塊周圍飽滿、密實。第一次灌注12 h 以上，就可以開始正常二次灌漿。

（7）二次注漿使用常規(guī)注漿機效率高、效果好。必須使用注漿機加壓注漿，注漿必須連續(xù)不間斷一次完成。注漿過程中要實時監(jiān)測儀器是否成活，發(fā)現(xiàn)儀器測讀異常應(yīng)立即停止查明原因，排除故障后再繼續(xù)灌注，看到回漿管流出與流入漿液濃度一致的漿液2 min 封閉回漿管再灌5～10 min 后結(jié)束注漿。現(xiàn)場實際施工，應(yīng)根據(jù)不同部位的設(shè)計圖紙要求注漿，漿液采用42.5#水泥拌制的水泥砂漿或水泥凈漿。實際施工時漿液強度按照設(shè)計技術(shù)要求、根據(jù)不同圍巖類別，選擇使用M10、M20、M30（漿液強度配合比由有資質(zhì)的實驗室給出）。正常情況下，Ⅲ類圍巖選M30 強度灌注，Ⅳ類圍巖選M20 強度灌注，Ⅴ類圍巖選M10 強度灌注。如果監(jiān)理工程師有其他要求，則按照監(jiān)理工程師要求執(zhí)行。上仰孔注漿壓力必須大于孔深需要的漿液最大壓力，特別是垂直上仰孔，必須保證壓力能推動漿液到達孔底，具體注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場實際孔深計算后再加一個0.2 MPa 后的壓力即為該孔注漿壓力。

（8）兩次注漿均完成后，等待7 d 的凝固時間，進行初讀數(shù)作為變形基準(zhǔn)值。后期應(yīng)根據(jù)設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求的頻次，進行持續(xù)觀測、監(jiān)測數(shù)據(jù)整編和分析評價隧洞多點位移計深部地層位移的工作性狀等。

4 實際使用效果分析

在滇中引水工程大理II 段隧洞樁號DLII46+910監(jiān)測斷面，左、右拱腰及拱頂采用此技術(shù)各安裝埋設(shè)了1 套多點位移計，測點編號為MWZ1、MWZ2、MWZ3，多點位移計位移及時間過程見圖1～圖3。

圖1 多點位移計MWZ1（左拱肩）位移—時間變化趨勢

圖2 多點位移計MWZ2（拱頂）位移—時間變化趨勢

圖3 多點位移計MWZ3（右拱肩）位移—時間變化趨勢

多點位移計不同深度位移變化發(fā)展規(guī)律性較好，圍巖深部位移變化符合一般規(guī)律對外部擾動引起的位移變化，捕捉靈敏說明傳感器安裝質(zhì)量非常高。

對持續(xù)觀測不少于18 個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，受底板開挖（2021 年3 月31 日開挖）影響，圍巖均有不同程度的變形增加，支護后未見圍巖變形急劇增加的情況。

5 結(jié)束語

（1）多點位移計安裝埋設(shè)灌漿密實十分重要。傳感器精度較高，灌漿質(zhì)量錨固端不穩(wěn)定引起的誤差會誤導(dǎo)判斷。其他監(jiān)測傳感器也大部分需要密實灌漿。此技術(shù)可以在其他傳感器安裝時使用。

（2）通過使用專業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的規(guī)范操作，觀測精度及準(zhǔn)確性、可靠性完全可達到相關(guān)規(guī)范要求，能準(zhǔn)確捕捉掌握圍巖深部位移情況。及時分析研判也為工程施工安全保駕護航。

（3）使用便攜式手動細砂堵漏注漿機預(yù)先灌注，能保證隧洞初期支護混凝土（鋼拱架）與隧洞圍巖接觸面施工過程中受混凝土自重影響產(chǎn)生的空隙被有效封堵，避免灌漿過程中水泥沿空隙流失，從而獲得真實、可靠的監(jiān)測信息。

（4）隧洞及地下硐室深部地層位移變化會直接影響隧洞現(xiàn)場施工安全，也會危害二襯混凝土的整體性，嚴重變形會使得二襯變形、開裂甚至垮塌，因此及時準(zhǔn)確捕捉、掌握圍巖深層變形，對于工程安全具有重要指導(dǎo)意義。