辛安泉供水工程输水隧洞的永久变形监测

2017-04-09顾海涛

山西水利 2017年9期

关键词：隧洞供水电缆

顾海涛

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

辛安泉供水工程输水隧洞的永久变形监测

顾海涛

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

以辛安泉供水改扩建工程总干1号隧洞为例，对隧洞断层破碎带采用永久变形监测仪器进行全面、系统的监测，详细介绍了监测系统的设计、断面监测的布置、断面监测的施工工艺及方法，并提出了监测资料的整编分析方法。

输水隧洞；永久变形监测；施工工艺

1 工程概况

辛安泉供水改扩建工程是山西省“十二五规划”大水网建设中的一项重要工程，辛安泉供水改扩建工程地处山西省长治市，工程主要供水对象为黎城县、平顺县、潞城市、屯留县、长治市市区、长治市郊区、长治县和壶关县、襄垣县共9个县（市、区），供水任务为长治市9个县（市、区）的城乡生活、工业用水和农业灌溉。工程年供水量1.58亿m3，设计流量为5.0 m3/s。

总干1号隧洞位于山西省长治市平顺县及潞城市境内，主洞全长6667.86 m(ZG0+000～ZG6+667.86)，设计坡度为1/2500，共设2条支洞，1号支洞长117.44 m，2号支洞长220.87 m，主洞断面形式为城门洞型。设计以Ⅲ类围岩为主，次为Ⅳ类和Ⅴ类围岩，局部为土洞段。根据超前地质预报显示：在桩号ZG0+194.1处，发现有发育产状为N88°E/NW∠74°的F4正断层，断距大于10 m，断层破碎带宽约100 m，破碎带所穿地层为寒武系中统张夏组（∈2z）厚—巨厚层鲕状灰岩夹薄层灰岩，泥质条带灰岩，岩体破碎，主要呈碎裂状，属于Ⅴ类围岩。该断层破碎带将陡壁面切割成薄壁状，存在安全隐患，根据隧洞开挖揭示的地质情况，经设计及地质工程师确认，将监测断面变更至桩号ZG0+205处。

2 隧洞监测设计

2.1 断面监测的内容

通过对隧洞断层处施工期和运行期全面、系统的观测，对采集到的断面监测数据进行计算分析，及时了解施工期和运行期隧洞断层处的实际动态，并根据其发生的变化采取必要的措施。确保工程施工、运行的安全，提高工程质量，降低施工风险，充分发挥隧洞工程的效益，同时对隧洞断层处的安全评价提供科学依据。监测设计主要仪器有应变计、多点位移计。

应变计，用于监测隧洞二衬钢筋混凝土的应变，埋设在隧洞二衬钢筋混凝土内部，当隧洞二衬钢筋混凝土发生变形时将会引起位移计的位移，经万向节传递给二级机械负放大机构，经负放大后的位移传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出隧洞二衬钢筋混凝土的位移量，同时可同步测出埋设点的温度值。

多点位移计，用于监测隧洞岩石的变形量，埋设在隧洞岩石内部，当隧洞岩石发生变形时，将会通过多点位移计的锚头带动测杆，测杆拉动位移计产生位移变形，变形传递给振弦式位移计转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可计算出被测隧洞岩石的变形量，并可同步测量埋设点的温度值。

2.2 断面监测的布置

在隧洞桩号ZG0+205断面处共埋设8支应变计、3套多点位移计。应变计布置在二次衬砌混凝土里，其中监测断面的顶拱处（2支）、起拱处（4支）、左右腋角（2支）。多点位移计布置在岩石里，其中监测断面的顶拱处（1套）、左右起拱处（2套）。

3 断面监测施工工艺

在隧洞桩号ZG0+205断面处，根据断面监测仪器布置图指定的位置采用特制的钻机钻3个深度为6 m、直径为90 mm的钻孔，钻孔达到要求后进行仪器的埋设，仪器的埋设应符合规范规定，应按照要求进行安装，仪器埋设完毕后进行单元质量验收，验收通过后仪器的电缆加镀锌钢管保护并从洞顶混凝土壁外引出，然后通过镀锌钢管引至洞口测控单元。测控单元应埋设于洞内干燥位置并加以保护，以便人员操作，测控单元由光纤接入自动化控制中心。

4 施工方法

4.1 施工前准备

施工供风、供水、供电：供风系统采用1台20 m3/min移动式空压机，空压机放置在总干1号隧洞的进口处；供水采用水泵从水箱直接抽至洞内；供电采用总干1号隧洞进口处的变压器，沿洞内接线至施工部位。

施工安排：采用自卸汽车将材料、机具运输至隧洞进口，然后由人工转运至施工作业面。

4.2 仪器埋设

应变计、多点位移计在埋设前分别进行端基线性度、回差、重复性误差、最小读数、防水性能等项目的检验，检验合格的仪器方可埋设。

4.2.1 多点位移计的埋设与安装

钻孔，按设计要求确定安装埋设高程、方位、角度，在设计定位的地方钻孔，钻孔深度6 m、直径为90 mm。钻孔完毕后应进行清孔和测探。

安装，先将最深测点的测杆及锚头和护管及密封头组装两节后，用绳子兜住锚头放入孔中，然后逐级接长逐级下放，边连接边向钻孔内延伸推进。当最深测点的测杆和护管推进到第二深测点高程时，将第二测点的测杆和护管也按顺序放下，这时两组测杆和护管绑扎在一起同时逐级接长逐级下放，在下放的同时每隔2 m将测杆相互之间用扎带捆扎一次，其他各级测杆和护管照此依次下放至孔口高程。各点测杆和护管就位后装上分配盘，再与传感器和安装基座连接固定在孔口处。

多点位移计安装就位后即可进行灌浆，以防孔中有碎石或泥沙固结。灌浆过程中排气管内会不断有空气排出，当排气管中开始回浆时表明灌浆已满。此时可拆除灌浆设备，堵住灌浆管和排气管。

4.2.2 应变计的埋设与安装

在浇筑底板二次衬砌混凝土前先将断面腋角处的两支应变计绑扎在钢筋上，浇筑混凝土时振捣棒不要触碰到应变计。在浇筑侧墙和顶拱二次衬砌混凝土前先将起拱处及顶拱处的6支应变计提前绑扎在相应的钢筋上，在顶拱安装应变计的地方要预留一个7 cm×7 cm的线槽，以便将应变计和多点位移计的电缆线引出来。

4.3 电缆牵引及保护

电缆敷设根据现场条件采取相应敷设方法，并在线路上设置标识，避免遭到其他施工损坏。电缆敷设过程中，保护好电缆头和编号标志，防止浸水或受潮；随时检测电缆和仪器的状态及绝缘情况。电缆连接采用热缩接头密封方式。电缆采用专用接头密封连接后，在电缆接头处凃环氧树脂或浸蜡以防潮。沿电缆牵引线路埋设直径50 mm镀锌钢管，将电缆穿入管内，沿管线敷设砂浆保护。仪器电缆加钢管保护并从洞顶引出混凝土壁外，然后通过镀锌钢管引至洞口测控单元。测控单元应埋设于洞内干燥位置并加以保护，便于人员操作，测控单元由光纤接入自动化控制中心。

5 监测资料的整编分析

5.1 施工期及运行期的观测

施工期观测严格按照规范规定的监测项目、测次和时间进行，并做到“四无”即无缺测、无漏测、无不符合精度、无违时。必要时，根据实际情况适当调整监测测次，如遇暴雨、地震及其它特殊情况，可以增加观测次数。对已埋设安装并处于工作状态的监测仪器定期进行维护，确保仪器能采集到有效的原始观测数据。

施工期监测以人工观测为主；运行期监测以自动化监测为主。

5.2 巡视检查

日常巡视检查按每周1次进行，记录开挖时间和空间形象，裂隙、渗水等情况；年度巡视检查每年1次，分析断层处的整体变化情况；特别巡视检查是在遇到暴雨、地震及其它特殊情况时及时到现场进行观察。

5.3 资料整理

仪器设备安装完毕后，对仪器设备进行测试、校正、率定，并记录仪器设备在工作状态下的初始读数。在整个施工期内，对已埋设安装并处于工作状态的观测仪器定期观测和检验，记录全部原始观测和检验资料，及时将观测资料换算为相应的位移等物理量，并进行资料整理，判断有无异常的观测值。在发现观测资料异常时，立即采取必要的措施。观测资料应用有效的软件系统进行平差计算及其它一些数据处理，资料计算确保正确无误。

在分析有效的监测数据的变化规律和趋势后对断层破碎带现在的状态做出评价，以便确认断层破碎带是否处于安全的状态。