王曉佳，靳偉強(qiáng)

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710061)

0 引言

孔隙水壓力(滲流)監(jiān)測(cè)是水電站安全監(jiān)測(cè)中的重要項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)外規(guī)范規(guī)定的中型以上水利水電工程必測(cè)項(xiàng)目之一。在眾多的大壩滲流監(jiān)測(cè)儀器中，振弦式儀器的認(rèn)可度、接受度都遙遙領(lǐng)先。振弦式滲壓計(jì)能適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在水工結(jié)構(gòu)物或其他混凝土結(jié)構(gòu)物及土體內(nèi)[1]，測(cè)量結(jié)構(gòu)物或土體內(nèi)部的孔隙水壓力，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。

大多數(shù)情況下，隨著滲壓計(jì)埋設(shè)深度的增加，鉆孔難度也隨之增大。隨著滲壓計(jì)孔位、方向和地質(zhì)條件變化，滲壓計(jì)安裝、封孔的方法也要發(fā)生較大的改變，這些變化都會(huì)對(duì)滲壓計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成直接影響。

本文以巴基斯坦N-J水電站項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“N-J水電站”)地下廠房及其周邊硐室滲壓計(jì)施工為例，總結(jié)不同地質(zhì)條件下滲壓計(jì)選型、鉆孔、安裝、監(jiān)測(cè)成果分析等滲壓計(jì)施工環(huán)節(jié)，研究得到一套受復(fù)雜環(huán)境因素影響的不同量程滲壓計(jì)施工技術(shù)。

1 工程概況

位于巴控Kashmir地區(qū)的N-J水電站是420 m高水頭、長(zhǎng)距離引水式水電站，其主要施工內(nèi)容包括混凝土重力壩、引水隧洞及引水調(diào)壓系統(tǒng)、地下廠房及變壓器室、尾水隧洞及尾水調(diào)壓系統(tǒng)、地面開(kāi)關(guān)站以及10個(gè)施工支洞。

N-J水電站地下廠房豎直埋深450 m，水平埋深650 m。圍巖主要由SS-1砂巖、SS-2砂巖和泥巖組成，巖層之間呈互層狀，為陡傾角巖層，巖體中的節(jié)理裂隙及層面裂隙極其發(fā)育，擠壓帶及剪切帶也同樣發(fā)育且延伸較長(zhǎng)，巖石條件極差。為防止廠房坍塌，在開(kāi)挖過(guò)程中做了大量復(fù)雜的支護(hù)。為了防止來(lái)自引水洞的高水頭壓力(約4.2 MPa)對(duì)廠房及其周邊隧洞造成破壞，在靠近引水隧洞的周邊設(shè)計(jì)了大量的接觸灌漿、帷幕灌漿、淺孔灌漿和深孔灌漿，形成了多個(gè)阻水帷幕。

在水電站運(yùn)行期間，為了科學(xué)論證阻水帷幕在長(zhǎng)期受高壓水作用下的實(shí)際效果，了解地下廠房及其周邊硐室?guī)r體內(nèi)部的孔隙水壓力變化情況，準(zhǔn)確掌握隧洞充水期及電站運(yùn)行期隧洞基巖面內(nèi)部孔隙水壓力分部及消散情況，需要對(duì)其周邊巖體的孔隙水滲流情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)、預(yù)判事故和制定方案。

2 防滲監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和滲壓計(jì)選擇

2.1 防滲監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

N-J水電站的設(shè)計(jì)者在排水廊道、廠房、尾水調(diào)壓洞附近共布置了51套高量程的振弦式滲壓計(jì)和6套量水堰，其分布位置如圖1～圖2所示。

圖1 地下水監(jiān)測(cè)儀器平面布置圖

圖2 地下水監(jiān)測(cè)儀器橫斷面布置圖

從圖1和圖2可以看出，廠房上游側(cè)的引水洞岔管及排水廊道周邊的不同高程布置了大量的滲壓計(jì)。該區(qū)域介于引水洞及機(jī)組之間，承擔(dān)了來(lái)自引水洞的最大的水頭壓力，是防滲監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域。位于廠房下游側(cè)布置的滲壓計(jì)，主要是用于監(jiān)測(cè)電站運(yùn)行期廠房的纏繞滲水以及尾水隧洞的孔隙水壓力。從圖2可以看出，滲壓計(jì)主要分布在狹小的排水廊道和排水支洞內(nèi)，在主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完畢的主廠房及主變室頂部也有少量分布，這些區(qū)域?qū)︺@孔及儀器埋設(shè)都提出更高的要求。

N-J水電站孔隙水壓力監(jiān)測(cè)的特性見(jiàn)表1所列。

表1 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)特性表

由表1可知，其中有24孔鉆孔孔深大于20 m，有2孔鉆孔孔深達(dá)到了50 m，考慮到技術(shù)條款對(duì)鉆孔精度要求較高，可以估測(cè)，大于20 m滲壓計(jì)孔的鉆孔成孔率將大幅度降低；有25孔鉆孔向下傾斜或豎直向下，14孔鉆孔向上傾斜或豎直向上，有5孔鉆孔為水平方向，水平方向鉆孔精度較難保障；大部分孔隙水壓力計(jì)安裝位置的估測(cè)水壓力小于40 bar。

2.2 滲壓計(jì)選擇

在眾多孔隙水壓力監(jiān)測(cè)儀器中，振弦式滲壓計(jì)和差阻式滲壓計(jì)因應(yīng)用廣泛、效果良好而在業(yè)內(nèi)具有極高的認(rèn)可度。振弦式滲壓計(jì)因穩(wěn)定性較高、耐久性好、靈敏度高、輸出信號(hào)抗干擾性強(qiáng)和傳輸電纜絕緣性要求低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在水利水電工程監(jiān)測(cè)中廣受認(rèn)可[2]。

振弦式滲壓計(jì)主要由耐腐蝕不銹鋼保護(hù)外殼、過(guò)濾器(透水石)、不銹鋼傳感器膜片、振弦、半導(dǎo)體溫度計(jì)、避雷針和信號(hào)線纜等組成。通過(guò)振弦將不銹鋼傳感器膜片所承受的水壓力變化轉(zhuǎn)化為振弦元件的張力和振動(dòng)頻率，借助信號(hào)線纜將振動(dòng)頻率信號(hào)及溫度計(jì)信號(hào)傳輸至集線箱，然后通過(guò)振弦式讀數(shù)儀讀取振動(dòng)頻率及溫度，計(jì)算出與滲壓計(jì)所在位置相對(duì)應(yīng)的孔隙水壓力。線纜連接與固定是一項(xiàng)非常重要的工作，將直接影響滲壓計(jì)安裝之后的數(shù)據(jù)傳輸。

N-J水電站選用振弦式滲壓計(jì)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2所列。

表2 滲壓計(jì)主要技術(shù)參數(shù)表

由表2可知，N-J水電站選用滲壓計(jì)的外形尺寸較小，其測(cè)量精度在1‰以?xún)?nèi)，測(cè)量溫度精度在±0.5 ℃以?xún)?nèi)，設(shè)備較精密。與表1對(duì)比，滲壓計(jì)總量為51支，而鉆孔量只有44孔，這是為了避免滲壓計(jì)安裝完成后由于地質(zhì)原因或儀器自身原因造成監(jiān)測(cè)失效，設(shè)計(jì)者在排水支洞、主廠房、尾調(diào)交通洞等重要監(jiān)測(cè)部位布置了一部分復(fù)式滲壓計(jì)，即在同一個(gè)孔內(nèi)布置2臺(tái)相同型號(hào)的滲壓計(jì)。復(fù)式滲壓計(jì)前后放置于砂包內(nèi)部(土工布包裹細(xì)砂)，分別由2根相互獨(dú)立的信號(hào)線纜連接至滲壓計(jì)集線箱。

3 主要施工技術(shù)

3.1 鉆孔要求

為了避免灌漿對(duì)滲壓計(jì)或滲壓計(jì)線纜造成破壞，滲壓計(jì)鉆孔在灌漿工作全部結(jié)束之后進(jìn)行。滿足滲壓計(jì)安裝條件的鉆孔成孔孔徑為91 mm，技術(shù)條款規(guī)定的N-J水電站鉆孔精度較高，徑向誤差最大不允許超過(guò)孔長(zhǎng)的5%。地下硐室特征詳見(jiàn)表3所列。

表3 地下硐室特征表

施工區(qū)域的巖體中節(jié)理裂隙極其發(fā)育，巖石條件極差，在深孔鉆孔過(guò)程中鉆桿容易發(fā)生偏移。根據(jù)表3可知，有大量的滲壓計(jì)鉆孔位于斷面狹窄的排水廊道和排水支洞中，鉆孔設(shè)備選型較為困難。

在綜合考慮了各種鉆孔機(jī)械的性能及施工場(chǎng)地特征之后，決定在引水洞交通洞、尾調(diào)交通洞、廠房交通洞、探洞這幾處傾斜向上和豎直向上的孔深不大于25 m的滲壓計(jì)孔采用多臂鉆進(jìn)行鉆孔，其他區(qū)域均采用地質(zhì)鉆進(jìn)行鉆孔。鉆孔前，準(zhǔn)確定位開(kāi)孔位置，將鉆機(jī)鉆桿調(diào)整至合適的位置之后方可開(kāi)鉆；鉆孔期間，控制鉆頭鉆進(jìn)速度，在遇到斷層、裂隙的時(shí)候降低鉆孔速度并及時(shí)調(diào)整鉆桿角度；在遇到較為破碎的巖石鉆孔精度無(wú)法保證或塌孔的情況下，可預(yù)先進(jìn)行低壓灌漿，將破碎巖石進(jìn)行相對(duì)固定，隨后重新進(jìn)行鉆孔。

鉆孔深度應(yīng)超出滲壓計(jì)安裝位置15～30 cm。鉆孔完成后，檢查鉆孔孔壁，為確保儀器安裝順利，成孔應(yīng)通暢，孔壁應(yīng)光滑。儀器安裝前，應(yīng)采用導(dǎo)管通入大量流水，從孔底向孔口方向沖洗鉆孔。

3.2 安裝前的準(zhǔn)備工作

為了保證滲壓計(jì)使用過(guò)程中的數(shù)據(jù)精確，使用前需采用活塞式壓力計(jì)對(duì)滲壓計(jì)進(jìn)行率定，檢驗(yàn)滲壓計(jì)在不同壓力下的物理性能。

由于振弦式滲壓計(jì)不同于其他形式的壓力傳感器，讀數(shù)儀從振弦式壓力計(jì)讀取的數(shù)據(jù)并非作用于壓力計(jì)上的壓力，而是將作業(yè)于傳感器靈敏膜片上的水壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎裣倚盘?hào)，然后經(jīng)過(guò)讀數(shù)儀解析而來(lái)。因此，每一個(gè)振弦式滲壓計(jì)使用前，必須要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)滲壓計(jì)在安裝環(huán)境下未加壓力時(shí)的精確基準(zhǔn)值。

創(chuàng)建基準(zhǔn)值時(shí)先將端部的過(guò)濾器取下，在沸水中進(jìn)行沸煮，排出過(guò)濾器內(nèi)空氣，其中的過(guò)濾器為透水石。隨后在水下將過(guò)濾器重新安裝至滲壓計(jì)上，確保滲壓計(jì)的空腔內(nèi)無(wú)空氣進(jìn)入；安裝前，滲壓計(jì)應(yīng)一直浸泡在水中，保持過(guò)濾器一直處于吸水飽和狀態(tài)。

為了避免出現(xiàn)沿?zé)o規(guī)共聚聚丙烯(polypropylene-random pipe，PPR)管內(nèi)部出現(xiàn)滲流通道，影響滲壓計(jì)測(cè)量精度，在距離滲壓計(jì)約2 m范圍內(nèi)的PPR管上每隔10～15 cm鉆一組φ10 mm的滲流孔，用于漿液回流，如圖3所示。

圖3 PPR管滲流孔布置圖

安裝前，采用土工布包裹細(xì)度模數(shù)在1.6～2.2之間的細(xì)砂，制作成一個(gè)能夠包裹滲壓計(jì)的砂包。然后取一根1.5 m長(zhǎng)的φ10 mm鋼筋，將砂包固定在鋼筋一端，鋼筋伸出砂包約10～15 cm，再將鋼筋另一端用鐵絲固定在PPR管上。為避免在滲壓計(jì)安裝過(guò)程中線纜拉扯對(duì)最終數(shù)據(jù)傳輸造成影響，線纜呈S型環(huán)繞PPR管外壁并用膠帶間隔固定，PPR管之間采用套接連接，滲壓計(jì)安裝固定示意圖如圖4～圖5所示。

圖4 單支滲壓計(jì)固定示意圖

圖5 復(fù)式滲壓計(jì)固定示意圖

3.3 安裝及封孔

3.3.1 傾斜向上孔位安裝及封孔

安裝時(shí)，施工人員分2組進(jìn)行相互配合作業(yè)。一組施工人員負(fù)責(zé)對(duì)接PPR管及固定線纜至PPR管上；另一組施工人員負(fù)責(zé)將已對(duì)接好的PPR管頂著滲壓計(jì)緩慢送入鉆孔內(nèi)，根據(jù)插入孔內(nèi)PPR管的長(zhǎng)度確定滲壓計(jì)是否安裝到位。

當(dāng)滲壓計(jì)頂推到位后，采用振弦式讀數(shù)儀檢查滲壓計(jì)是否正常，如果不正常，及時(shí)查找解決問(wèn)題。讀數(shù)儀讀數(shù)正常后，及時(shí)在孔口安裝灌漿三通孔口塞，注漿管采用內(nèi)徑25 mm的聚乙烯(polyethylene pipe，PE)管，深入封孔塞至孔內(nèi)約2 m，利用PPR管作為回漿管。孔口塞固定好后還需砂漿封口，以防止?jié)B壓計(jì)在自重作用下滑出鉆孔。

待封口砂漿硬化后，開(kāi)始進(jìn)行鉆孔注漿回填，注漿漿液為無(wú)收縮水泥漿液。根據(jù)水泥漿濃度、滲壓計(jì)安裝位置與注漿機(jī)出漿口落差確定灌漿到位時(shí)的注漿機(jī)出漿口的水泥漿壓強(qiáng)，即將達(dá)到該壓強(qiáng)時(shí)減小灌漿壓力，待PPR管口有濃漿流出時(shí)停止灌漿，此時(shí)灌漿完成。灌漿時(shí)需持續(xù)觀測(cè)壓力表讀數(shù)儀，根據(jù)讀數(shù)儀讀取的數(shù)據(jù)確定受壓情況，保證滲壓計(jì)完好。灌漿完成后，再次采用檢測(cè)儀器檢查滲壓計(jì)是否正常，滲壓計(jì)安裝成功后，將孔外信號(hào)線纜掛在孔口附近，等一個(gè)區(qū)域滲壓計(jì)全部安裝完成后統(tǒng)一敷設(shè)。

3.3.2 水平孔位安裝及封孔

水平孔位的滲壓計(jì)安裝與傾斜向上孔位的滲壓計(jì)安裝相同，只需多安裝一個(gè)遇水膨脹的止?jié){環(huán)，如圖6所示。在注漿時(shí)，當(dāng)漿液到達(dá)遇水膨脹止?jié){環(huán)，止?jié){環(huán)迅速膨脹并填充附近的空隙，膨脹后的止?jié){環(huán)避免漿液流至滲壓計(jì)附近，造成滲壓計(jì)讀數(shù)失真甚至無(wú)法讀數(shù)。水平孔灌漿過(guò)程中需特別注意振弦讀數(shù)儀的數(shù)據(jù)變化情況，當(dāng)讀數(shù)儀變化明顯時(shí)，及時(shí)調(diào)整灌漿壓力，避免灌漿速度過(guò)快導(dǎo)致漿液穿過(guò)遇水膨脹止?jié){環(huán)從而進(jìn)入滲壓計(jì)附近。

圖6 水平孔位滲壓計(jì)安裝示意圖

3.3.3 傾斜向下孔位安裝及封孔

具體做法：(1)在進(jìn)行充分企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定崗位關(guān)鍵能力；(2)將崗位能力轉(zhuǎn)化為教學(xué)項(xiàng)目及任務(wù)；(3)在完成教學(xué)項(xiàng)目及任務(wù)的過(guò)程中完成教與學(xué)(見(jiàn)表1)。

傾斜向下孔位的滲壓計(jì)由PPR管下放至鉆孔底部。在安裝傾斜向下的滲壓計(jì)之前，預(yù)先對(duì)PPR管靠近滲壓計(jì)端頭500 mm的長(zhǎng)度內(nèi)灌注水泥漿，待水泥漿凝固后再進(jìn)行施工。

安裝時(shí)，施工人員分2組相互配合作業(yè)。一組負(fù)責(zé)牽拉信號(hào)線，對(duì)接PPR管，并將信號(hào)線纜固定至PPR管外側(cè)；另一組負(fù)責(zé)將已準(zhǔn)備好的PPR管及滲壓計(jì)緩慢下放至鉆孔底部。需注意的是，PPR管之間采用速凝型環(huán)氧膠水粘連，待對(duì)接點(diǎn)粘牢后，方可將滲壓計(jì)送入孔內(nèi)，以免PPR管的對(duì)接點(diǎn)拉脫。

待滲壓計(jì)被下放至鉆孔底部后，采用檢測(cè)儀器檢查滲壓計(jì)是否正常。然后向孔內(nèi)回填細(xì)砂。細(xì)砂回填至振弦式滲壓計(jì)以上約50～100 cm時(shí)(根據(jù)回填量確定)，再填入約50 cm的膨潤(rùn)土。剩余孔段再采用水泥砂漿回填，水泥砂漿回填至孔口后，再次采用檢測(cè)儀器檢查滲壓計(jì)是否正常，滲壓計(jì)安裝成功后，將孔外信號(hào)線纜掛在孔口附近，等一個(gè)區(qū)域滲壓計(jì)全部安裝完成后統(tǒng)一敷設(shè)。

3.4 線纜敷設(shè)

線纜敷設(shè)前，逐根穿入聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)防護(hù)套管。相鄰兩根PVC防護(hù)套管套接時(shí)，涂刷速凝型環(huán)氧膠水粘牢，以防止拉脫。信號(hào)線纜穿好防護(hù)套管后，采用膨脹螺絲固定于隧洞壁面，墻壁線卡間距約2 m。位于防護(hù)套管中的信號(hào)線纜不可張拉繃緊，應(yīng)處于松弛狀態(tài)并保有一定富裕量，以防止線纜被拉斷。

對(duì)于一定范圍內(nèi)滲壓計(jì)數(shù)量較多的區(qū)域，比如排水廊道，多根信號(hào)線纜連接至接線盒，將線纜連接至多芯線纜，不同滲壓計(jì)的監(jiān)測(cè)信號(hào)按照設(shè)計(jì)要求將信號(hào)線纜歸集至相應(yīng)的集線箱，集線箱輸出至終端。

4 實(shí)施效果分析

4.1 鉆孔

根據(jù)開(kāi)孔位置的空間尺寸及鉆孔特性，分別采用了多臂鉆或地質(zhì)鉆進(jìn)行鉆孔，大部分鉆孔均一次性成型。廠房東端處于節(jié)理裂隙極其發(fā)育的擠壓剪切破碎帶，巖石條件較差，成孔效果不好。由于13#鉆孔為水平方向鉆孔，且其水平埋深達(dá)到了30 m，鉆孔期間發(fā)生了卡鉆、偏差過(guò)大等現(xiàn)象。

在對(duì)13#孔鉆孔失敗的原因進(jìn)行分析之后，先用砂漿對(duì)失敗的鉆孔進(jìn)行了回填，然后采用雙管鉆+限位器的鉆孔方法，并采用了膨潤(rùn)土護(hù)壁，最終按照設(shè)計(jì)要求完成了13#孔的鉆孔。

鉆孔完成后采用測(cè)斜儀和孔內(nèi)攝像技術(shù)對(duì)孔直、孔深、孔徑等成孔效果進(jìn)行了觀測(cè)。從觀測(cè)結(jié)果分析，豎直方向和小角度鉆孔的孔直較好，水平方向和大角度鉆孔的孔直偏差較大；巖石條件完整及連續(xù)的地區(qū)一次性成孔效果好，擠壓破碎帶及軟弱巖層的鉆孔速度慢，且成孔效果相對(duì)較差。整體來(lái)說(shuō)，N-J水電站所采用的滲壓計(jì)鉆孔方法是成功的。

4.2 儀器安裝

卡薩格蘭德管是透水型超高分子量聚乙烯管，滲透系數(shù)為3×10-4m/s，氣體較難滲透。最初考慮采用卡薩格蘭德管作為滲壓計(jì)外包保護(hù)裝置。然而，在生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，滿足要求的卡薩格蘭德管外徑尺寸偏大，材質(zhì)較硬、不易彎折，安裝難度大。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)，灌漿后，卡薩格蘭德管內(nèi)部極易形成一個(gè)帶壓力的空腔，巖石內(nèi)部孔隙水壓力無(wú)法及時(shí)有效地傳遞至滲壓計(jì)傳感器膜片。經(jīng)多次改進(jìn)，采用了浸水飽和面干砂包替代卡薩格蘭德管，有效解決了上述問(wèn)題。

PPR管自身具備一定的剛性，在安裝過(guò)程中作為滲壓計(jì)推進(jìn)桿。在PPR管上鉆設(shè)滲流孔，不僅解決了漿液回流和孔內(nèi)排氣的問(wèn)題，而且避免了漿液對(duì)觀測(cè)部位的干擾。

根據(jù)滲壓計(jì)的安裝位置和孔內(nèi)布置方式，采用本文所述的安裝方法，結(jié)果表明：滲壓計(jì)安裝過(guò)程中未出現(xiàn)二次施工的現(xiàn)象，說(shuō)明滲壓計(jì)安裝方法是合理可行的。結(jié)合空位朝向采用不同的鉆孔回填方法，根據(jù)鉆孔回填后讀取的滲壓計(jì)安裝后初始讀數(shù)，回填方法也是成功的。

4.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

為驗(yàn)證滲壓計(jì)安裝埋設(shè)實(shí)施效果，選取了位于廠房上游墻的18#滲壓計(jì)在安裝階段、安裝完成至引水隧洞充水之前、引水隧洞充水階段、電站運(yùn)行前2年共4個(gè)階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中，18#滲壓計(jì)位置的孔深為10 m，鉆孔角度為-15°，估測(cè)最大壓力為5 bar，滲壓計(jì)量程為7 bar。

在18#滲壓計(jì)安裝前，創(chuàng)建了在當(dāng)前環(huán)境下的基準(zhǔn)值，即無(wú)壓力狀態(tài)下第1次監(jiān)測(cè)的壓力表讀數(shù)及溫度讀數(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況如圖7所示。在滲壓計(jì)安裝完成后灌漿過(guò)程中，每隔2 min進(jìn)行一次壓力和溫度的監(jiān)測(cè)，即第3～9次的監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)比上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，灌漿過(guò)程中，滲壓計(jì)的壓力和溫度較平穩(wěn)，表明灌漿漿液未穿過(guò)膨潤(rùn)土及細(xì)砂對(duì)滲壓計(jì)造成影響，也說(shuō)明了18#滲壓計(jì)的安裝方案是合適的。

圖7 安裝階段18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況

尾水隧洞充水前，每周進(jìn)行1次數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，尾水隧洞充水期間每天進(jìn)行1次數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)[3]，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況如圖8所示。

圖8 引水隧洞充水前18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況

從圖8可知，從第25次監(jiān)測(cè)開(kāi)始，18#滲壓計(jì)的溫度數(shù)據(jù)變化相對(duì)較大，第25次監(jiān)測(cè)時(shí)間為2017年12月3日，此時(shí)，引水隧洞支洞封堵已經(jīng)全部完成，引水隧洞無(wú)法自由進(jìn)行空氣流通，可能致使隧洞溫度升高，從而對(duì)18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的溫度造成影響；從第20次監(jiān)測(cè)開(kāi)始，18#滲壓計(jì)的壓力變化相對(duì)較大，第20次監(jiān)測(cè)時(shí)間為2017年10月28日，此時(shí)18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近正在進(jìn)行排水孔施工，可能對(duì)滲壓計(jì)埋設(shè)點(diǎn)附近的孔隙水壓力造成了一定影響。

尾水隧洞充水開(kāi)始后，對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行了二次調(diào)試，隧洞持續(xù)性的充水是在2018年1月31日啟動(dòng)的，即第34次監(jiān)測(cè)時(shí)；在2022年2月18日完成了尾水隧洞的充水工作，即第44次監(jiān)測(cè)時(shí)。從圖8可以很明顯地看出，尾水隧洞充水工作啟動(dòng)后，18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力和溫度都發(fā)生了一定的變化。

引水隧洞充水過(guò)程中，每天上午和下午各進(jìn)行1次滲壓計(jì)數(shù)據(jù)讀取，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況如圖9所示。從圖9可以看出，引水隧洞充水期間，18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力介于0.009～0.02 bar之間，與尾水隧洞充水期間的孔隙水壓力變化范圍基本一致，并未有明顯變化；18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化介于22 ℃～23 ℃之間，與引水隧洞充水前基本變化不大，略低于安裝階段的溫度。

圖9 引水隧洞充水階段18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況

選取N-J水電站運(yùn)行階段前2年內(nèi)的18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況如圖10所示。從首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行起1年內(nèi)，每天讀取1次滲壓計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；第2年開(kāi)始，每周讀取1次滲壓計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從圖10可以看出，18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力介于0～0.024 bar之間，溫度介于20 ℃～23 ℃之間。

圖10 電站運(yùn)行及階段18#滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況

從圖7～圖10可以看出，18#滲壓計(jì)整個(gè)監(jiān)測(cè)階段內(nèi)的監(jiān)測(cè)壓力在0～0.040 bar范圍內(nèi)變化；在引水隧洞充水之后，壓力變化范圍進(jìn)一步縮小至0～0.024 bar之間?？紤]到18#滲壓計(jì)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)誤差在±0.005 bar之內(nèi)，溫度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)誤差在±0.5 ℃之內(nèi)，18#滲壓計(jì)在整個(gè)監(jiān)測(cè)階段內(nèi)其監(jiān)測(cè)區(qū)域的壓力和溫度都處于正常變化范圍之內(nèi)，且長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明18#滲壓計(jì)安裝是成功的，也說(shuō)明了布置在地下硐室與引水隧洞之間的阻水帷幕效果是良好的。

5 結(jié)論

N-J水電站地下硐室滲壓計(jì)鉆孔角度朝向多樣，地質(zhì)條件及周邊施工環(huán)境復(fù)雜，在制定鉆孔方案時(shí)，結(jié)合開(kāi)孔位置所處的空間尺寸、鉆孔周邊巖體地質(zhì)情況、成孔特性等因素合理選擇鉆孔器械；根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)開(kāi)挖位置及孔位角進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，確保滲壓計(jì)的安裝位置不變；對(duì)于距離地面較高的豎直向上的孔位，為了確保鉆孔精度，采取先搭設(shè)排架再鉆設(shè)等方案。針對(duì)不同問(wèn)題制定相應(yīng)的解決方案，N-J水電站地下硐室滲壓計(jì)鉆孔一次性成功率達(dá)到了97%。

每支振弦式滲壓計(jì)安裝前，均應(yīng)根據(jù)鉆孔位置的溫度、氣壓等情況，創(chuàng)建本支滲壓計(jì)在特定環(huán)境下的基準(zhǔn)值，才能保證滲壓計(jì)安裝之后數(shù)據(jù)測(cè)量精確、有效。在滲壓計(jì)安裝時(shí)，需根據(jù)孔位的朝向(斜向上、水平、斜向下)制定不同的安裝方案及封孔方案，避免孔材料堵塞滲壓計(jì)，從而造成測(cè)值失真。從后期監(jiān)測(cè)結(jié)果看，N-J水電站地下硐室滲壓計(jì)的安裝完好率達(dá)到了100%。