水工引水隧洞監控量測方法綜述

譚 嘯

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽110166)

0 引 言

水工引水隧洞開挖施工時，受風化帶或斷層破碎帶的影響經常會遇到Ⅳ、Ⅴ類圍巖段，這樣的圍巖極不穩定，而開敞式TBM(全斷面巖石隧道掘進機)法或新奧法開挖施工過程中要合理利用圍巖的應力重分布，允許圍巖有一定的變形以形成新的巖拱，充分發揮圍巖的自承力，節約支護工程量，這就要求在施工過程中必需監測圍巖的變形，防止圍巖變形過大而失穩破壞［1］。因此，如何安裝監控量測設備，如何觀測并及時分析觀測到的數據是工程施工者應該重視的問題。

1 監測儀器設備安裝埋設

監測儀器的安裝埋設按照分部位、分時段實施，總體原則為:將盡早獲取洞室開挖后圍巖初期變形資料、盡量減少監測與開挖或混凝土襯砌施工的干擾，協調有效保護監測儀器設備與開挖、襯砌三者關系。

在施工作業時，為及時進行監測適時獲取監測數據，監測儀器的安裝和埋設等作業將與隧洞開挖或混凝土襯砌作業發生相互干擾，為此，在施工作業現場配備調度人員進行施工協調，保證監測作業的開展。

同時由于混凝土封堵施工可能造成監測儀器電纜的破壞，故須對監測儀器和電纜采取防護措施，并在現場設專人負責已安裝儀器和電纜的監管保護工作［2］。

儀器安裝埋設前，應向監理提交安裝計劃并經驗收合格后，進行下一個工序的安裝工作。監控量測儀器設備的安裝方法如下:

1.1 安裝前準備

監控量測專業工作人員按事先批準的編碼系統填寫安裝儀器、材料、配件、工具清單，并對各種監控量測儀器設備、電纜、觀測斷面樁號、控制坐標等進行編號，建立儀器檔案。復雜儀器要在室內進行模擬安裝調試，熟悉安裝過程，明確各安裝作業人員工作項目［3］。

1.2 測量放點

根據施工設計圖紙和埋設措施計劃，由專業測量人員實施。

1.3 鉆孔施工

滲壓計、測縫計、溫度計及變形監測等儀器安裝的鉆孔，按施工設計圖紙要求實施。嚴格控制孔徑、孔深和孔斜。當有取芯要求時，及時對巖芯進行描述和保存。

監測斷面的鉆孔位置緊跟開挖面，距鉆爆法施工掌子面1.0 ～1.5 m。

鉆孔設備:鉆爆法施工段，可采用鑿巖臺車、錨桿鉆機、潛孔鉆機和地質鉆機鉆孔;TBM 施工段盡可能采用TBM 上配帶的錨桿鉆機設備，當其不能滿足時，另配潛孔鉆機、地質鉆機設備。

1.4 安裝前現場檢查

測量人員標定儀器的安裝位置后，請土建人員鉆取安裝孔并由監控量測安裝人員查看現場、核對儀器位置、鉆孔深度及孔徑、安裝條件(水、電、灌漿設備)等。

1.5 儀器安裝

監控量測儀器的安裝應由經驗豐富的技術人員依照施工圖紙和安裝操作規程進行。

1.6 儀器調試與測讀

儀器安裝完成后，應先檢查儀器工作狀況，測量并記錄儀器初始讀數，評定儀器的安裝質量，如不合格則進行補救處理［4］。

1.6.1 滲壓計

按施工圖紙所示位置測量放樣和鉆孔，孔徑110 mm，孔深同設計要求。埋設前將滲壓計充水飽和，通常的作法是浸于水中2 h以上。滲壓計用砂袋包裹送入孔內設計埋設深度，同一孔內不同深度的各支滲壓計之間用膨潤土和砂漿分割，膨潤土的作用是防止砂漿漿液堵塞滲壓計，影響儀器使用效果。

1.6.2 測縫計

主要埋設在巖石與混凝土接觸縫之間，按施工圖紙所示位置測量放樣并鉆孔，孔徑110 mm，孔深1.0 m。

先把鉆孔注滿微膨脹水泥砂漿，再將帶有加長桿的套筒擠入孔中，套筒口應與鉆孔口齊平，將羅紋口涂上機油防銹，套筒內填滿棉紗，旋緊筒蓋。澆筑混凝土時，把套筒蓋打開，取出棉紗，再旋上測縫計，澆筑混凝土［5］。

1.6.3 溫度計

溫度計可直接埋入混凝土內，一般不考慮安裝方向，安裝位置誤差應控制在5cm 以內，儀器周圍應人工回填細石混凝土，人工搗實混凝土時不得觸及溫度計。

1.6.4 電纜

嚴格按照設計圖敷設電纜，要盡量減少電纜接頭的數量。電纜應穿管保護，同時采取設置警告標志、設專人監護和維護等保護措施，選好臨時觀測站的位置。

電纜跨越施工縫時，應預留5 ～10 cm的彎曲段以適應施工縫的變形，并應穿鋼管保護，保護鋼管兩端用瀝青麻繩封堵。電纜穿越阻水設施時，應單根平等排列，間距2 cm以上，并應加阻水環或使用阻水材料回填。

電纜敷設施工過程中，要保護好電纜頭和電纜編號，防止浸水或受潮，隨時檢測電纜和儀器的狀態及絕緣情況，發現問題及時處理，并進行記錄和說明。

橡膠電纜采用硫化接頭，塑料電纜采用常溫密封或熱塑接頭連接。在電纜接頭處涂環氧樹脂或浸蠟以防潮氣滲入電纜中，施工過程中要經常保持電纜的干燥和清潔防止各種油類沾污腐蝕電纜，嚴防開挖爆破、施工機械，焊接作業時損壞電纜［6］。

1.6.5 測控單元

測控單元采用支架、安裝夾固定在墻面上，并盡可能選在易于觀測且不易被破壞的位置，設立保護裝置或在洞壁上鑿洞安裝，并設警示標志。

1.6.6 讀數儀

測讀所有的傳感器，按操作說明書，通過簡單的操作儲存讀數，并傳輸到計算機電子表格和數據庫等。通過儀器接線終端箱測讀所有儀器讀數。一般隨機配有電池充電器、測讀電纜、接口電纜、通訊軟件和說明書。

1.6.7 斷面收斂儀

當開挖面越過觀測斷面1.0 ～1.5 m時，停止開挖作業，實施測量放點，保證測點在同一平面內。TBM 施工段利用錨桿鉆機造孔，鉆孔直徑Φ 40 mm、孔深1 100 mm左右，孔向垂直于巖壁。然后埋設測點錨桿，用錨固劑將加工按設計尺寸加工成形的錨桿與圍巖錨桿牢固，錨桿外露端焊接加工好的收斂測點端頭。

在錨固牢固后約6 h左右，及時進行初次觀測，施工時采取保護措施，防止施工損壞測點。

1.6.8 監測儀器及電纜的標識與保護措施

儀器與電纜安裝或敷設后，根據土建工程進度和實際情況，將電纜引至指定位置，采用鋼筒、槽鋼、保護箱或木柜等對儀器和電纜進行保護，以免受施工沖擊破壞［7］。

儀器和電纜安裝或敷設后，應立即繪制電纜走線圖、標記儀器位置坐標，把安裝情況材料報送監理人，安排專人保護電纜，防止施工時損壞電纜。儀器和電纜附近的混凝土拆模后，在混凝土表面用紅漆標識儀器和電纜的位置，以免后續的灌漿鉆孔等工作損壞儀器和電纜。監控量測技術人員應定期巡查已安裝的儀器和電纜防止土建施工損壞儀器和電纜。

2 施工期監測

施工期必須按照規定的監測項目、頻次和時間進行數據采集記錄工作，要做到不缺測、不漏測、無不符合精度的數據。

儀器設備安裝就緒后立即對儀器設備進行測試，并記錄其初始讀數，評價安裝質量，同時詳細記錄埋設時監測斷面支護情況、隧洞開挖施工情況、爆破作業情況、灌漿作業情況、開挖掌子面和監測斷面的距離。

對新安裝的監測儀器設備按表1 所列的測次要求進行監測。施工期內各類監測項目測次按表2 中所列的測次要求進行監測。

表1 儀器埋設初期測次表

表2 各監測項目測次表

3 施工期監測資料綜合分析

3.1 監測資料分析的基礎工作

1)為確保監控量測資料連續性和準確性，應隨時補充或修整有關監測設施的變動、檢驗、校測情況，修整各種紀錄表、紀錄圖等［8］。

2)繪制監測變量的變化過程線圖，監測變量與某些原因變量的相關圖，檢查和判斷觀測值的發展變化趨勢。

3)根據所繪制相關圖、數據統計表和有關資料及時做出初步分析，找出各監測變量的變化規律和變化趨勢，判斷有無異常測值，如果有則查明原因，加以解決。

3.2 監測變量的時空分布分析

時空分析適用于所有監測量，可找出相關監測變量的相互關系情況，有利于對于一個較大范圍內的圍巖變化情況的綜合判斷。

對監測變量在時間和空間上進行檢查和分析，主要包括本次測量值與上一次測量值、本次測量值與歷史測量值，本次測量值與歷史極值，同一時間段內附近同類或相關監測值的變化情況進行比較分析，找出趨勢值和異常值，從而發現測值在時間和空間分布的趨勢或異常值。

3.3 監測變量的統計模型分析

應用統計學原理對各個監測量進行統計分析，應用回歸分析法對實測資料進行綜合分析進而建立測量值的監測模型。

運用監控模型在時間和空間上分別采用統計模型、確定性模型和混合模型，評判測量值是否正常，并預測測量值的變化規律。

4 結 論

在隧洞開挖施工過程中，根據地質情況合理布置監控量測儀器，并按要求施工，保證監控儀器的安裝質量，按規定的頻次做好觀測記錄，及時分析觀測數據，發現圍巖有不穩定傾向要及時上報，及時采取應對措施，對于防止圍巖變形坍塌，保證施工安全是十分重要的。因此，在隧洞開挖施工過程中，應該重視監控量測工作的作用。

［1］李大明，王娟，雷金新. 三里坪水電站安全監測監理實踐［J］. 人民長江，2012(06):104 －106.

［2］馬忠濤. 大華橋水電站導流洞多點位移計施工與監測［J］. 貴州水力發電，2011(04):42 －45，48.

［3］黃祖同，黃武敏. 水利工程大壩施工監測技術研究與實踐［J］. 山西建筑，2013(01):214 －215.

［4］武忠賢. 馬欄河引水隧洞年底貫通存在問題及對策［J］.陜西水利，1997(04):17.

［5］魯修元. 滿拉水利樞紐引水隧洞塌方原因分析［J］. 東北水利水電，1999(12):30.

［6］劉仁海，何一林，劉興勇，鄒文武. 緬甸電源電站引水隧洞不良地質段開挖支護施工［J］. 云南水力發電，2010(05):84 －86.

［7］吳奠清. 蘇聯英古里水電站壓力引水隧洞的施工［J］. 水力發電，1981(05):62 －65.

［8］傅新軍，楊春. 大斷面隧道施工監控量測［J］. 鐵道建筑技術，2007(S1):112 －114.