水工引水隧洞监控量测方法综述

谭 啸

(辽宁润中供水有限责任公司，沈阳110166)

0 引 言

水工引水隧洞开挖施工时，受风化带或断层破碎带的影响经常会遇到Ⅳ、Ⅴ类围岩段，这样的围岩极不稳定，而开敞式TBM(全断面岩石隧道掘进机)法或新奥法开挖施工过程中要合理利用围岩的应力重分布，允许围岩有一定的变形以形成新的岩拱，充分发挥围岩的自承力，节约支护工程量，这就要求在施工过程中必需监测围岩的变形，防止围岩变形过大而失稳破坏［1］。因此，如何安装监控量测设备，如何观测并及时分析观测到的数据是工程施工者应该重视的问题。

1 监测仪器设备安装埋设

监测仪器的安装埋设按照分部位、分时段实施，总体原则为:将尽早获取洞室开挖后围岩初期变形资料、尽量减少监测与开挖或混凝土衬砌施工的干扰，协调有效保护监测仪器设备与开挖、衬砌三者关系。

在施工作业时，为及时进行监测适时获取监测数据，监测仪器的安装和埋设等作业将与隧洞开挖或混凝土衬砌作业发生相互干扰，为此，在施工作业现场配备调度人员进行施工协调，保证监测作业的开展。

同时由于混凝土封堵施工可能造成监测仪器电缆的破坏，故须对监测仪器和电缆采取防护措施，并在现场设专人负责已安装仪器和电缆的监管保护工作［2］。

仪器安装埋设前，应向监理提交安装计划并经验收合格后，进行下一个工序的安装工作。监控量测仪器设备的安装方法如下:

1.1 安装前准备

监控量测专业工作人员按事先批准的编码系统填写安装仪器、材料、配件、工具清单，并对各种监控量测仪器设备、电缆、观测断面桩号、控制坐标等进行编号，建立仪器档案。复杂仪器要在室内进行模拟安装调试，熟悉安装过程，明确各安装作业人员工作项目［3］。

1.2 测量放点

根据施工设计图纸和埋设措施计划，由专业测量人员实施。

1.3 钻孔施工

渗压计、测缝计、温度计及变形监测等仪器安装的钻孔，按施工设计图纸要求实施。严格控制孔径、孔深和孔斜。当有取芯要求时，及时对岩芯进行描述和保存。

监测断面的钻孔位置紧跟开挖面，距钻爆法施工掌子面1.0 ～1.5 m。

钻孔设备:钻爆法施工段，可采用凿岩台车、锚杆钻机、潜孔钻机和地质钻机钻孔;TBM 施工段尽可能采用TBM 上配带的锚杆钻机设备，当其不能满足时，另配潜孔钻机、地质钻机设备。

1.4 安装前现场检查

测量人员标定仪器的安装位置后，请土建人员钻取安装孔并由监控量测安装人员查看现场、核对仪器位置、钻孔深度及孔径、安装条件(水、电、灌浆设备)等。

1.5 仪器安装

监控量测仪器的安装应由经验丰富的技术人员依照施工图纸和安装操作规程进行。

1.6 仪器调试与测读

仪器安装完成后，应先检查仪器工作状况，测量并记录仪器初始读数，评定仪器的安装质量，如不合格则进行补救处理［4］。

1.6.1 渗压计

按施工图纸所示位置测量放样和钻孔，孔径110 mm，孔深同设计要求。埋设前将渗压计充水饱和，通常的作法是浸于水中2 h以上。渗压计用砂袋包裹送入孔内设计埋设深度，同一孔内不同深度的各支渗压计之间用膨润土和砂浆分割，膨润土的作用是防止砂浆浆液堵塞渗压计，影响仪器使用效果。

1.6.2 测缝计

主要埋设在岩石与混凝土接触缝之间，按施工图纸所示位置测量放样并钻孔，孔径110 mm，孔深1.0 m。

先把钻孔注满微膨胀水泥砂浆，再将带有加长杆的套筒挤入孔中，套筒口应与钻孔口齐平，将罗纹口涂上机油防锈，套筒内填满棉纱，旋紧筒盖。浇筑混凝土时，把套筒盖打开，取出棉纱，再旋上测缝计，浇筑混凝土［5］。

1.6.3 温度计

温度计可直接埋入混凝土内，一般不考虑安装方向，安装位置误差应控制在5cm 以内，仪器周围应人工回填细石混凝土，人工捣实混凝土时不得触及温度计。

1.6.4 电缆

严格按照设计图敷设电缆，要尽量减少电缆接头的数量。电缆应穿管保护，同时采取设置警告标志、设专人监护和维护等保护措施，选好临时观测站的位置。

电缆跨越施工缝时，应预留5 ～10 cm的弯曲段以适应施工缝的变形，并应穿钢管保护，保护钢管两端用沥青麻绳封堵。电缆穿越阻水设施时，应单根平等排列，间距2 cm以上，并应加阻水环或使用阻水材料回填。

电缆敷设施工过程中，要保护好电缆头和电缆编号，防止浸水或受潮，随时检测电缆和仪器的状态及绝缘情况，发现问题及时处理，并进行记录和说明。

橡胶电缆采用硫化接头，塑料电缆采用常温密封或热塑接头连接。在电缆接头处涂环氧树脂或浸蜡以防潮气渗入电缆中，施工过程中要经常保持电缆的干燥和清洁防止各种油类沾污腐蚀电缆，严防开挖爆破、施工机械，焊接作业时损坏电缆［6］。

1.6.5 测控单元

测控单元采用支架、安装夹固定在墙面上，并尽可能选在易于观测且不易被破坏的位置，设立保护装置或在洞壁上凿洞安装，并设警示标志。

1.6.6 读数仪

测读所有的传感器，按操作说明书，通过简单的操作储存读数，并传输到计算机电子表格和数据库等。通过仪器接线终端箱测读所有仪器读数。一般随机配有电池充电器、测读电缆、接口电缆、通讯软件和说明书。

1.6.7 断面收敛仪

当开挖面越过观测断面1.0 ～1.5 m时，停止开挖作业，实施测量放点，保证测点在同一平面内。TBM 施工段利用锚杆钻机造孔，钻孔直径Φ 40 mm、孔深1 100 mm左右，孔向垂直于岩壁。然后埋设测点锚杆，用锚固剂将加工按设计尺寸加工成形的锚杆与围岩锚杆牢固，锚杆外露端焊接加工好的收敛测点端头。

在锚固牢固后约6 h左右，及时进行初次观测，施工时采取保护措施，防止施工损坏测点。

1.6.8 监测仪器及电缆的标识与保护措施

仪器与电缆安装或敷设后，根据土建工程进度和实际情况，将电缆引至指定位置，采用钢筒、槽钢、保护箱或木柜等对仪器和电缆进行保护，以免受施工冲击破坏［7］。

仪器和电缆安装或敷设后，应立即绘制电缆走线图、标记仪器位置坐标，把安装情况材料报送监理人，安排专人保护电缆，防止施工时损坏电缆。仪器和电缆附近的混凝土拆模后，在混凝土表面用红漆标识仪器和电缆的位置，以免后续的灌浆钻孔等工作损坏仪器和电缆。监控量测技术人员应定期巡查已安装的仪器和电缆防止土建施工损坏仪器和电缆。

2 施工期监测

施工期必须按照规定的监测项目、频次和时间进行数据采集记录工作，要做到不缺测、不漏测、无不符合精度的数据。

仪器设备安装就绪后立即对仪器设备进行测试，并记录其初始读数，评价安装质量，同时详细记录埋设时监测断面支护情况、隧洞开挖施工情况、爆破作业情况、灌浆作业情况、开挖掌子面和监测断面的距离。

对新安装的监测仪器设备按表1 所列的测次要求进行监测。施工期内各类监测项目测次按表2 中所列的测次要求进行监测。

表1 仪器埋设初期测次表

表2 各监测项目测次表

3 施工期监测资料综合分析

3.1 监测资料分析的基础工作

1)为确保监控量测资料连续性和准确性，应随时补充或修整有关监测设施的变动、检验、校测情况，修整各种纪录表、纪录图等［8］。

2)绘制监测变量的变化过程线图，监测变量与某些原因变量的相关图，检查和判断观测值的发展变化趋势。

3)根据所绘制相关图、数据统计表和有关资料及时做出初步分析，找出各监测变量的变化规律和变化趋势，判断有无异常测值，如果有则查明原因，加以解决。

3.2 监测变量的时空分布分析

时空分析适用于所有监测量，可找出相关监测变量的相互关系情况，有利于对于一个较大范围内的围岩变化情况的综合判断。

对监测变量在时间和空间上进行检查和分析，主要包括本次测量值与上一次测量值、本次测量值与历史测量值，本次测量值与历史极值，同一时间段内附近同类或相关监测值的变化情况进行比较分析，找出趋势值和异常值，从而发现测值在时间和空间分布的趋势或异常值。

3.3 监测变量的统计模型分析

应用统计学原理对各个监测量进行统计分析，应用回归分析法对实测资料进行综合分析进而建立测量值的监测模型。

运用监控模型在时间和空间上分别采用统计模型、确定性模型和混合模型，评判测量值是否正常，并预测测量值的变化规律。

4 结 论

在隧洞开挖施工过程中，根据地质情况合理布置监控量测仪器，并按要求施工，保证监控仪器的安装质量，按规定的频次做好观测记录，及时分析观测数据，发现围岩有不稳定倾向要及时上报，及时采取应对措施，对于防止围岩变形坍塌，保证施工安全是十分重要的。因此，在隧洞开挖施工过程中，应该重视监控量测工作的作用。

［1］李大明，王娟，雷金新. 三里坪水电站安全监测监理实践［J］. 人民长江，2012(06):104 －106.

［2］马忠涛. 大华桥水电站导流洞多点位移计施工与监测［J］. 贵州水力发电，2011(04):42 －45，48.

［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(01):214 －215.

［4］武忠贤. 马栏河引水隧洞年底贯通存在问题及对策［J］.陕西水利，1997(04):17.

［5］鲁修元. 满拉水利枢纽引水隧洞塌方原因分析［J］. 东北水利水电，1999(12):30.

［6］刘仁海，何一林，刘兴勇，邹文武. 缅甸电源电站引水隧洞不良地质段开挖支护施工［J］. 云南水力发电，2010(05):84 －86.

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［8］傅新军，杨春. 大断面隧道施工监控量测［J］. 铁道建筑技术，2007(S1):112 －114.