长大水工隧洞永久监控量测施工方法

孔祥政

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳　110167)



长大水工隧洞永久监控量测施工方法

孔祥政

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳110167)

【摘要】本文介绍了辽宁省大伙房水库输水工程TBM2施工段主洞永久监控量测仪器的布置情况，阐述了各种常用监控量测仪器的安装与调试方法以及数据测量周期等，为类似工程施工提供借鉴经验。

【关键词】输水工程； 监控量测； 安装与调试

1概述

辽宁省大伙房水库输水工程输水隧洞TBM2施工段主洞长22.5km，开挖洞径8.00m。采用以TBM掘进机法为主、钻爆法为辅的开挖施工方法。TBM2施工段具有工期紧、洞径大、洞线长、地质条件复杂的特点，沿线经过多条断层破碎带，断层破碎带内围岩为Ⅳ类和Ⅴ类，有发生塌方等地质灾害的可能[1-2]。为了保证工程施工和运行安全，在主洞桩号60+660、48+900、45+600、44+350处分别设置永久观测断面，每个监控断面安装和埋设的永久观测仪器设备包括：多点位移计3套，土压力盒3个，锚杆测力计1个，渗压计2个，钢架用应变计1个，钢筋计2个，混凝土用应变计4个。其中多点位移计、土压力盒、锚杆测力计、渗压计在设计桩号隧洞开挖后立即进行预埋安装；钢架用应变计、钢筋计、混凝土用应变计在二次衬砌混凝土浇筑前安装。各种监控量测仪器安装布置如图1和图2所示。

图1　钻爆法施工段永久观测断面布置

图2　TBM施工段永久观测断面布置

2仪器设备的安装和调试

2.1工艺流程

监控量测设备的安设和调试施工工艺流程如图3和图4所示。

图3　主洞开挖后永久监控量测仪器安设和调试施工工艺流程

图4　衬砌前永久监控量测仪器安设和调试施工工艺流程

2.2多点位移计的安装与调试

a.使用潜孔钻机在监测断面的顶拱和两侧腰拱各钻一个深12m的孔，孔直径为75～100mm，其中孔口1.4m段直径不小于130mm。

b.组装多点位移计(与钻孔同时进行)。

ⓐ小心松开捆扎的玻璃纤维测杆及保护管、锚头、测头传感器固定件和灌浆管，在平坦的地面上调直多点位移计测杆，拆去所有松开的绑扎带；

ⓑ将测杆放平调直后，拆掉支座固定螺丝，取下传感器支座，将多点位移计测杆放进孔里，把振弦传感器安装到传感器固定锚上，并同时涂抹一些硅胶；

ⓒ对于每一套多点位移计，分别将其三只测杆与三只传感器进行连接，拧紧连接杆，做好位置编号记录；

ⓓ当传感器固定好后，将读数仪连接到仪器的导线上，打开电源，观察读数显示，慢慢地拉出传感器，直到获得所要求的读数为止(传感器初始位置定在可变量程的一半)，用扳手将传感器紧固锚套管上的螺母拧紧；

ⓔ将电缆从保护罩的电缆引线孔穿入，露出保护罩约0.2m，分别对应编号将传感器与电缆线接好并做好记录，注意接头应使用焊锡焊接，不得使用酸性助焊剂，接头处用热缩管包裹；

ⓕ把读数仪连接到电缆上进行检查，如正常，即可将保护罩装在传感器基座上，同时在O形圈上涂抹少许黄油，调整好电缆长度，使用三枚螺丝固定；

ⓖ将电缆出线孔紧固螺丝松开，涂抹一些硅胶后拧紧螺丝；

ⓗ将PVC套管套在支座尾部，在固定支座与套管的连接处涂抹PVC胶粘剂，然后将它嵌入与套管管口平齐，直到胶粘剂固化为止。

c.安装排气管和灌浆管：垂直向上的孔口需将φ8mm排气管头部与组装好的多点位移计最前面锚头捆在一起，使排气管头部接近孔口最深处；将灌浆管头部同多点位移计最后面锚头捆在一起(水平的孔口需将灌浆管头部与组装好的多点位移计最前面锚头捆在一起，使灌浆管头部接近孔口最深处；将排气管捆在多点位移计上面，头部伸入孔口200mm)。

d.将排气管、灌浆管同多点位移计一起放入孔口内(注意水平孔口内应使排气管位于孔口上方)，套管外侧与孔口平齐，排气管、灌浆管尾部从套管与孔口间隙中引出。

e.在安装孔口与套管、排气管、灌浆管周围距孔口200mm范围内用水泥砂浆进行锚固。

f.检查调整灌浆管和排气管，使管路通畅。

g.接好灌浆泵，开始灌浆。灌浆压力不大于0.5MPa，直到排气孔回浆为止。

h.拆除连接的灌浆泵管路，将灌浆管和排气管封堵。

i.传感器电缆应穿镀锌钢管接到安装在电缆汇总点的开关箱内，在电缆头上做好标志并填写电缆编号记录。

j.再次读数，确认传感器工作正常后记录多点位移计的编号和初始读数。

2.3土压力盒的安装与调试

a.在安装断面顶拱、腰拱及大跨确定三处安装位置。

b.用土压力盒上挂耳作为模板，确定钻孔位置，用冲击钻钻孔后，安装膨胀螺栓。

c.拌和一些速凝砂浆，将它们抹在安装位置岩壁的表面上。

d.将土压力盒压进水泥砂浆中，挤出多余的水泥砂浆。

e.加上螺栓并拧紧，将土压力盒就位。

f.用速凝水泥砂浆覆盖保护土压力盒、传感器本体和电缆。

g.传感器电缆应穿镀锌钢管接到安装在电缆汇总点的开关箱内，在电缆头上做好标志并填写电缆编号记录。

h.再次读数，确认土压力盒工作正常后记录土压力盒的编号和初始读数。

2.4渗压计的安装与调试

a.渗压计安装在断面顶拱及拱腰的渗水点部位。

b.用风钻在渗水点处钻孔，孔直径30mm，孔深500mm。

c.将渗压计在清水中浸泡4h，使渗压计过滤器(透水石)处于饱和状态。

d.清洗干净安装孔内部，将浸泡后的整体渗压计封装在砂袋内，保持干净并用水浸透，再放入钻孔的中间位置，最后用水泥砂浆填实。

e.传感器电缆应穿镀锌钢管接到安装在电缆汇总点的开关箱内，在电缆头上做好标志并填写电缆编号记录。

f.再次读数，确认渗压计工作正常后记录渗压计的编号和初始读数。

2.5锚杆测力计的安装与调试

a.锚杆测力计安装在监测断面顶拱的侧面，距拱顶约2m处。

b.用风钻钻孔，成孔直径50mm，孔深5m。

c.将两根φ22mm×1.5m锚杆分别焊接在锚杆测力计的两端，焊接时应把搭铁线就近固定在锚杆上，不能让焊接电流通过锚杆测力计的传感器。

d.先用松软材料保护锚杆测力计上的传感器和信号电缆，然后在锚杆和锚杆测力计上均匀涂抹锚固剂，再将锚杆和锚杆测力计整体放入钻孔中，最后用锚固剂补满钻孔。

e.传感器电缆应穿镀锌钢管接到安装在电缆汇总点的开关箱内，在电缆头上做好标志并填写电缆编号记录。

f.再次读数，确认锚杆测力计工作正常后记录锚杆测力计的编号和初始读数。

2.6混凝土用应变计的安装与调试

a.在捆扎点附近用一层自硫化橡胶带缠绕包裹，该橡胶层起振动缓冲作用，以缓冲悬挂系统的任何振动。

b.选一定长度的绑扎丝，通常用捆绑钢筋网的扎丝，绕应变计本体缠绕两圈，注意橡胶带距离仪器两端约3cm。

c.将仪器安装在钢筋之间，用绑扎丝末端绕钢筋缠绕两次，再将绑扎丝自身缠绕。

d.扎紧绑扎丝并扭紧活套固定仪器。

e.装上激励线圈并用软管卡(喉箍)固定，用尼龙绑扎带将仪器电缆固定在钢筋上。

2.7钢拱架用应变计的安装与调试

a.先用清洁剂擦净应变计安装处的钢拱架表面油污，再用电动角磨机磨光安装基面。

b.在安装点焊应变计之前应进行点焊机的测试，以保证其功能正常，并且所采用的焊接能量应适度。VK-4150应变计大约20～40W/s的焊接能量比较合适，采用随应变计所提供的试验片进行一系列的试验，以确定适当的焊接能量，然后完成剥离试验。

当采用的焊接能量适当时，用钳子将试验片从钢表面揭下后，在焊点处会出现一系列的小孔。如果采用的焊接能量不足，试验片可以轻松拉开，揭下后在安装基面上不会有小孔。如果焊接能量过大，试验片会变色、熔化并可能从焊点喷溅出来。

放电打火通常表明试验片和安装基面之间不洁净，也可能表明能量不足，此时需要调整手控焊把的力度。如点焊区域出现过大的变形，则需减小手控焊把所施加的力度或降低焊接能量。

c.点焊应变计的焊接方式和顺序。在点焊应变计的一端，先从电缆引出线的一端开始，小心移开导线使其不阻碍焊接。开始点应从安装基片上后面一行标记点的中间开始，沿离开后面一行的方向完成焊接。当基片上所有的点焊接完毕后，再按同样顺序点焊另一端。焊接时应轻压并保持外观上一致，不得产生位移，要保持焊把尖端清洁，不要留有焊渣。要定时用400号粗砂纸轻轻磨一下，保持尖端表面平滑，适当的清理可使得尖端不至于在点焊中与应变计基片粘接。

当应变计两端点焊完后，用一个小改锥轻轻敲打两端。注意只需敲打凸缘上的点。在两端敲打四五次后，再进行仪器读数，继续敲打至读数稳定为止。

d.使用配套的固定片把电缆导线接头点焊固定在钢块上，在导线上留出一些空隙。在距导线接头约25mm处，用另一个固定片将电缆点焊固定到钢块上，使用尼龙扎带或胶带将应变计电缆固定到结构上。

e.连接便携式读数仪，检查应变计读数是否在所期望的范围内。

2.8钢筋计的安装与调试

a.基康振弦式钢筋计主要用来监测混凝土结构中的钢筋应力或岩体锚杆应力。4911型(直径小于12mm)振弦式钢筋计或称“姊妹杆”由一段高强度圆钢，焊接在两段长594mm的钢筋端面之间。它设计用于平行绑扎到待测结构钢筋上。小直径的钢筋可减小对混凝土断面模量的影响，电缆从一个小的环氧树脂保护密封装置中引出。

b.振弦式钢筋计通常采用标准绑扎丝绑扎安装，通常绑扎在钢筋计的两端，如果钢筋计是绑扎到大断面的钢筋或水平钢筋上，则绑扎在三分之一处即可。当钢筋计平行绑扎到结构钢筋时，也绑扎在三分之一处，仪器电缆走线应沿着钢筋系统并每隔1m用尼龙扎带绑好，避免在仪器电缆上使用铁丝绑扎，因其可能割断电缆。

c.进行数据处理时应正确使用率定系数，确定每个钢筋的应力特性，安装钢筋计时应准确记录安装位置和编号。

3测读和记录

在仪器设备安装完毕后应及时连接读数仪器并记录初始读数，在随后一段时间的观测中应参照下表所规定的时间间隔和测次进行数据的测读，并认真做好观测记录和相关资料的整编[3]。

永久监测项目监测频率表

4结语

在长大水工隧洞地质条件较差的Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段安装监控量测设备，可以及时发现支护结构和围岩的异常变形，发现塌方等地质灾害发生的预兆，及时采取补救措施，适当修改支护工程的设计及施工方案，能有效防止地质灾害事故的发生。

参考文献

[1]张照太，陈竹，杨晓迎.超长隧洞TBM法施工围岩变形监测方法分析[J].水利建设与管理，2007(11):32-34.

[2]班树春，王丹，高荃.新奥法施工隧道施工阶段监控量测的实施[J].水利建设与管理，2009(10):44-46.

[3]黄祖同,黄武敏.水利工程大坝施工监测技术研究与实践[J].山西建筑，2013(1):206-207.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.005

中图分类号：TV672+.1

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0015- 04

Permanent monitoring measurement method of Changda hydraulic tunnel

KONG Xiangzheng

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110167,China)

Abstract：In the paper, layout condition of permanent monitoring measurement instruments of TBM2 construction section main tunnel in Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project is introduced. Installation and debugging method, data measurement cycle, etc. of commonly-used monitoring measurement instruments are described. Reference experience can be provided for similar project construction.

Key words：water conveyance project; monitoring measurement; installation and debugging