顧海濤

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長(zhǎng)治 046000）

辛安泉供水工程輸水隧洞的永久變形監(jiān)測(cè)

顧海濤

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長(zhǎng)治 046000）

以辛安泉供水改擴(kuò)建工程總干1號(hào)隧洞為例，對(duì)隧洞斷層破碎帶采用永久變形監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，詳細(xì)介紹了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、斷面監(jiān)測(cè)的布置、斷面監(jiān)測(cè)的施工工藝及方法，并提出了監(jiān)測(cè)資料的整編分析方法。

輸水隧洞；永久變形監(jiān)測(cè)；施工工藝

1 工程概況

辛安泉供水改擴(kuò)建工程是山西省“十二五規(guī)劃”大水網(wǎng)建設(shè)中的一項(xiàng)重要工程，辛安泉供水改擴(kuò)建工程地處山西省長(zhǎng)治市，工程主要供水對(duì)象為黎城縣、平順縣、潞城市、屯留縣、長(zhǎng)治市市區(qū)、長(zhǎng)治市郊區(qū)、長(zhǎng)治縣和壺關(guān)縣、襄垣縣共9個(gè)縣（市、區(qū)），供水任務(wù)為長(zhǎng)治市9個(gè)縣（市、區(qū)）的城鄉(xiāng)生活、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉。工程年供水量1.58億m3，設(shè)計(jì)流量為5.0 m3/s。

總干1號(hào)隧洞位于山西省長(zhǎng)治市平順縣及潞城市境內(nèi)，主洞全長(zhǎng)6667.86 m(ZG0+000～ZG6+667.86)，設(shè)計(jì)坡度為1/2500，共設(shè)2條支洞，1號(hào)支洞長(zhǎng)117.44 m，2號(hào)支洞長(zhǎng)220.87 m，主洞斷面形式為城門洞型。設(shè)計(jì)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(zhì)預(yù)報(bào)顯示：在樁號(hào)ZG0+194.1處，發(fā)現(xiàn)有發(fā)育產(chǎn)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(zhì)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(kāi)挖揭示的地質(zhì)情況，經(jīng)設(shè)計(jì)及地質(zhì)工程師確認(rèn)，將監(jiān)測(cè)斷面變更至樁號(hào)ZG0+205處。

2 隧洞監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 斷面監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

通過(guò)對(duì)隧洞斷層處施工期和運(yùn)行期全面、系統(tǒng)的觀測(cè)，對(duì)采集到的斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，及時(shí)了解施工期和運(yùn)行期隧洞斷層處的實(shí)際動(dòng)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(yùn)行的安全，提高工程質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮隧洞工程的效益，同時(shí)對(duì)隧洞斷層處的安全評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)主要儀器有應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)。

應(yīng)變計(jì)，用于監(jiān)測(cè)隧洞二襯鋼筋混凝土的應(yīng)變，埋設(shè)在隧洞二襯鋼筋混凝土內(nèi)部，當(dāng)隧洞二襯鋼筋混凝土發(fā)生變形時(shí)將會(huì)引起位移計(jì)的位移，經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳遞給二級(jí)機(jī)械負(fù)放大機(jī)構(gòu)，經(jīng)負(fù)放大后的位移傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測(cè)出隧洞二襯鋼筋混凝土的位移量，同時(shí)可同步測(cè)出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。

多點(diǎn)位移計(jì)，用于監(jiān)測(cè)隧洞巖石的變形量，埋設(shè)在隧洞巖石內(nèi)部，當(dāng)隧洞巖石發(fā)生變形時(shí)，將會(huì)通過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)的錨頭帶動(dòng)測(cè)桿，測(cè)桿拉動(dòng)位移計(jì)產(chǎn)生位移變形，變形傳遞給振弦式位移計(jì)轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可計(jì)算出被測(cè)隧洞巖石的變形量，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。

2.2 斷面監(jiān)測(cè)的布置

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

3 斷面監(jiān)測(cè)施工工藝

在隧洞樁號(hào)ZG0+205斷面處，根據(jù)斷面監(jiān)測(cè)儀器布置圖指定的位置采用特制的鉆機(jī)鉆3個(gè)深度為6 m、直徑為90 mm的鉆孔，鉆孔達(dá)到要求后進(jìn)行儀器的埋設(shè)，儀器的埋設(shè)應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，應(yīng)按照要求進(jìn)行安裝，儀器埋設(shè)完畢后進(jìn)行單元質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收通過(guò)后儀器的電纜加鍍鋅鋼管保護(hù)并從洞頂混凝土壁外引出，然后通過(guò)鍍鋅鋼管引至洞口測(cè)控單元。測(cè)控單元應(yīng)埋設(shè)于洞內(nèi)干燥位置并加以保護(hù)，以便人員操作，測(cè)控單元由光纖接入自動(dòng)化控制中心。

4 施工方法

4.1 施工前準(zhǔn)備

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

施工安排：采用自卸汽車將材料、機(jī)具運(yùn)輸至隧洞進(jìn)口，然后由人工轉(zhuǎn)運(yùn)至施工作業(yè)面。

4.2 儀器埋設(shè)

應(yīng)變計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)在埋設(shè)前分別進(jìn)行端基線性度、回差、重復(fù)性誤差、最小讀數(shù)、防水性能等項(xiàng)目的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的儀器方可埋設(shè)。

4.2.1 多點(diǎn)位移計(jì)的埋設(shè)與安裝

鉆孔，按設(shè)計(jì)要求確定安裝埋設(shè)高程、方位、角度，在設(shè)計(jì)定位的地方鉆孔，鉆孔深度6 m、直徑為90 mm。鉆孔完畢后應(yīng)進(jìn)行清孔和測(cè)探。

安裝，先將最深測(cè)點(diǎn)的測(cè)桿及錨頭和護(hù)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(jí)接長(zhǎng)逐級(jí)下放，邊連接邊向鉆孔內(nèi)延伸推進(jìn)。當(dāng)最深測(cè)點(diǎn)的測(cè)桿和護(hù)管推進(jìn)到第二深測(cè)點(diǎn)高程時(shí)，將第二測(cè)點(diǎn)的測(cè)桿和護(hù)管也按順序放下，這時(shí)兩組測(cè)桿和護(hù)管綁扎在一起同時(shí)逐級(jí)接長(zhǎng)逐級(jí)下放，在下放的同時(shí)每隔2 m將測(cè)桿相互之間用扎帶捆扎一次，其他各級(jí)測(cè)桿和護(hù)管照此依次下放至孔口高程。各點(diǎn)測(cè)桿和護(hù)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(diǎn)位移計(jì)安裝就位后即可進(jìn)行灌漿，以防孔中有碎石或泥沙固結(jié)。灌漿過(guò)程中排氣管內(nèi)會(huì)不斷有空氣排出，當(dāng)排氣管中開(kāi)始回漿時(shí)表明灌漿已滿。此時(shí)可拆除灌漿設(shè)備，堵住灌漿管和排氣管。

4.2.2 應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)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(yīng)變計(jì)綁扎在鋼筋上，澆筑混凝土?xí)r振搗棒不要觸碰到應(yīng)變計(jì)。在澆筑側(cè)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(yīng)變計(jì)提前綁扎在相應(yīng)的鋼筋上，在頂拱安裝應(yīng)變計(jì)的地方要預(yù)留一個(gè)7 cm×7 cm的線槽，以便將應(yīng)變計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)的電纜線引出來(lái)。

4.3 電纜牽引及保護(hù)

電纜敷設(shè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采取相應(yīng)敷設(shè)方法，并在線路上設(shè)置標(biāo)識(shí)，避免遭到其他施工損壞。電纜敷設(shè)過(guò)程中，保護(hù)好電纜頭和編號(hào)標(biāo)志，防止浸水或受潮；隨時(shí)檢測(cè)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(shù)脂或浸蠟以防潮。沿電纜牽引線路埋設(shè)直徑50 mm鍍鋅鋼管，將電纜穿入管內(nèi)，沿管線敷設(shè)砂漿保護(hù)。儀器電纜加鋼管保護(hù)并從洞頂引出混凝土壁外，然后通過(guò)鍍鋅鋼管引至洞口測(cè)控單元。測(cè)控單元應(yīng)埋設(shè)于洞內(nèi)干燥位置并加以保護(hù)，便于人員操作，測(cè)控單元由光纖接入自動(dòng)化控制中心。

5 監(jiān)測(cè)資料的整編分析

5.1 施工期及運(yùn)行期的觀測(cè)

施工期觀測(cè)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、測(cè)次和時(shí)間進(jìn)行，并做到“四無(wú)”即無(wú)缺測(cè)、無(wú)漏測(cè)、無(wú)不符合精度、無(wú)違時(shí)。必要時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整監(jiān)測(cè)測(cè)次，如遇暴雨、地震及其它特殊情況，可以增加觀測(cè)次數(shù)。對(duì)已埋設(shè)安裝并處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)儀器定期進(jìn)行維護(hù)，確保儀器能采集到有效的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。

施工期監(jiān)測(cè)以人工觀測(cè)為主；運(yùn)行期監(jiān)測(cè)以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主。

5.2 巡視檢查

日常巡視檢查按每周1次進(jìn)行，記錄開(kāi)挖時(shí)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(shí)及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察。

5.3 資料整理

儀器設(shè)備安裝完畢后，對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)試、校正、率定，并記錄儀器設(shè)備在工作狀態(tài)下的初始讀數(shù)。在整個(gè)施工期內(nèi)，對(duì)已埋設(shè)安裝并處于工作狀態(tài)的觀測(cè)儀器定期觀測(cè)和檢驗(yàn)，記錄全部原始觀測(cè)和檢驗(yàn)資料，及時(shí)將觀測(cè)資料換算為相應(yīng)的位移等物理量，并進(jìn)行資料整理，判斷有無(wú)異常的觀測(cè)值。在發(fā)現(xiàn)觀測(cè)資料異常時(shí)，立即采取必要的措施。觀測(cè)資料應(yīng)用有效的軟件系統(tǒng)進(jìn)行平差計(jì)算及其它一些數(shù)據(jù)處理，資料計(jì)算確保正確無(wú)誤。

在分析有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和趨勢(shì)后對(duì)斷層破碎帶現(xiàn)在的狀態(tài)做出評(píng)價(jià)，以便確認(rèn)斷層破碎帶是否處于安全的狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

辛安泉供水改擴(kuò)建工程總干1號(hào)隧洞永久變形監(jiān)測(cè)設(shè)備的合理設(shè)置，有利于為今后隧洞的安全運(yùn)行及時(shí)提供監(jiān)測(cè)資料，為日常監(jiān)測(cè)提供便捷、準(zhǔn)確和詳實(shí)的數(shù)據(jù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保隧洞的安全運(yùn)行。

TV698.1

C

1004-7042（2017）09-0044-02

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

2017-07-03；

2017-08-12