府谷县某水库导流泄洪洞变形监测分析

杨 晶,张 静

(府谷县应急救援保障中心,陕西 榆林 719499)

为了掌握府谷县某水库导流泄洪洞运行情况,为设计、施工运行单位正确评估水利工程安全运行提供准确可靠的信息资料,现就水库导流泄洪洞安全运行情况进行分析。

1 概 况

府谷县某水库导流泄洪洞位于河道右岸,由底洞、表孔两个进口及其共用的洞身、出口挑流鼻坎组成。其中,导流洞全长1428.45m(洞水平投影),由进口涵洞段、压力洞段、竖井段、明流洞身段、出口挑流鼻坎段组成;侧槽布置在底洞轴线下游,两洞轴线不重合,成55°47′夹角。侧槽后的缓坡隧洞以平面弯道与底洞轴线重合,再以斜洞与底洞相接。侧槽堰形采用“WES”实用堰,堰长55m 。

2 监测内容与技术路线

2.1 监测点布设

为了及时准确地掌握导流洞变化情况,在导流洞、侧槽三岔口(导)0+421m、0+440m 两个监测断面埋设有48支多点位移计,用于监测围岩变形;在(导) 0+422m、0+441m两个监测断面埋设24支锚杆应力计,用于监测围岩应力。在上述四个监测断面布设有应变计26支、无应力计5支、钢筋计30支,以监测结构的应力应变,同时布设4支渗压计监测衬砌外透水压力。

底洞进口监测内容:分别布设了12支多点位移计和锚杆应力计,用于监测弧形闸门门轴处推力及门轴后深层围岩的变形和锚杆应力;布设了18支钢筋计用于监测左右侧墙弧形闸门门轴拉锚筋钢筋应力;布设了2支应变计和无应力计用于左右侧墙结构混凝土应力应变监测;布设渗压计4支,用于监测衬砌外透水压力;水力学通用底座1个。导流泄洪洞底洞进口高边坡、侧槽高边坡、导流洞出口高边坡共设置14个外部变形观测墩[1]。

2.2 技术路线

水平位移监测基准网点进行水平方向、垂直角、边长测量,对向观测边长、垂直角。对导流洞变形监测观测点采用交会法进行水平位置观测。高程采用电磁波测距观测边长和垂直角进行测量。

3 导流泄洪洞三岔口监测数据分析

3.1 三岔口围岩变形监测

导流泄洪洞0+427.577m～1+395.847m段为底洞、表孔共用段。在三岔口的0+421m(舌头段)和0+440m(高洞室段)设置A-A和B-B两个监测断面。其中A-A断面埋设7套多点位移计,B-B断面埋设5套多点位移计,通过埋设于三岔口部位的多点位移计监测数据成果可知:

多点位移计埋设初期,大部分测点表现为围岩表面相对深层围岩呈张开位移变形,期间变化量相对较大,尤其是顶拱及拱角线部位的围岩相对其它监测时段的变形速率较大。围岩应力经约2a调整后至2022年,除个别测点围岩变形有微量增大外,大部分测点基本趋于稳定。

由0+421m和0+440m两个监测断面多点位移计的位移历史最大值、最小值统计表(见表1)可以看出:洞室顶部的围岩变形量普遍大于两边墙的围岩变形量,边墙较高部位的大于边墙较低部位的。截止至2022年11月1日,0+421m断面的顶拱及左右拱角线的最大张开量分别为6.2mm、5.6mm、4.1mm,而左右两边墙的最大张开量分别为3.3mm、4.4mm;0+440m断面的顶拱及左右拱角线的最大张开量分别为4.2mm、3.4mm、4.3mm,两边墙的最大张开量分别为1.6mm、2.4mm。三岔口0+421m和0+440m多点位移计位移量特征值见表1。

表1 导流泄洪洞三岔口0+421.0m断面多点位移计位移特征值表 mm

3.2 三岔口锚杆应力监测

在导流泄洪洞三岔口的0+422m(舌头段)和0+441m(高洞室段)设置A-A和B-B两个监测断面,每个断面埋设12支单点锚杆应力计。埋设于三岔口围岩内的锚杆应力计监测数据,见表2。

表2 导流泄洪洞三岔口0+422、0+441m断面锚杆应力计应力特征值表 MPa

由表2可知:

1)0+422m断面锚杆轴向拉应力最大值出现在左拱角线下0.6m处,最大值为107.4MPa,与此测点高程较近的多点位移计四个测点也发生了较大的变形量,并且距左拱角线较近的顶拱锚杆也产生了较大应力值57.8MPa。顶拱上的多点位移计也发生较大位移变形,最大值在6.3～7.4mm,顶拱此处的0203R07锚杆应力计也测得较大锚杆轴向拉应力为46.7MPa。

2)0+441m断面右拱角线附近出现较大锚杆拉应力,分别是0203R21、0203R22两个测点,其测值分别为278.4MPa和167.3MPa,此部位测点0203M11围岩变形也是同断面所有点的最大位移。可知锚杆拉应力基本上和围岩张开变形成对应关系。

3.3 三岔口混凝土应力应变监测

在导流泄洪洞三岔口的0+421m(舌头段)和0+440m(高洞室段)设置A-A和B-B两个监测断面,其中A-A断面埋设14支应变计,B-B断面埋设12支应变计,监测衬砌混凝土应力应变情况。

3.3.1 混凝土自生体积变形

由无应力计自生体积监测数据可知:0+421m断面的0203N01为先收缩后膨胀,自生体积变形-43～20με,0203N03为微膨胀型,自生体积变形90με。0203N05为先膨胀后收缩,自生体积变形-79με。0+440m断面的0203N02、0203N04均为微膨胀型,自生体积变形92～114με。详见表3。

表3 导流泄洪洞混凝土线膨胀系数与混凝土自生体积变形 με

3.4 三岔口钢筋应力监测

在导流泄洪洞三岔口的0+422m(舌头段)和0+441m(高洞室段)设置A-A和B-B两个监测断面,其中A-A断面埋设18支钢筋计,B-B断面埋设12支钢筋计,用于监测衬砌混凝土钢筋应力。通过钢筋计监测数据可知:三岔口钢筋计在运行期钢筋应力基本上同温度呈负相关,呈年度周期性变化。历史最大钢筋应力为86.4MPa,出现在高洞室段拱角(0203R45),当前钢筋应力在-30.7～49.1MPa,各个点的钢筋应力测值稳定。

4 导流泄洪洞进口闸井

4.1 弧形闸门门轴锚筋钢筋应力监测

在导流洞进口左、右弧形闸门两侧门轴拉锚筋中的1号、15号和29号锚筋各安装3支钢筋计,用于监测锚筋应力。导流洞进口弧形闸门门轴锚筋钢筋计布置示意图见图1。

图1 导流洞进口弧形闸门门轴锚筋钢筋计布置示意图

由2007—2022年观测数据可以看出:左右侧的拉锚筋大部分表现为:拉应力先增大,之后小幅减小并趋于稳定的变化趋势。其左侧边墙拉锚筋的最大拉应力出现在1#筋,其最大拉应力36.2MPa,1#筋拉应力分布表现为:距门轴处由近至远,拉应力由大变小;15#和29#筋最大拉应力均出现在距门轴最远的测点,拉应力最大分别为:13.0MPa和15.1MPa。

右侧边墙拉锚筋的最大拉应力出现在15#筋,其最大拉应力40.8MPa;1#和29#筋最大拉应力分别出现在锚筋中间和距门轴最远的测点,拉应力最大分别为:15.08MPa和16.1MPa。

4.2 弧形闸门门轴后深层基岩锚杆应力监测

导流洞弧形闸门门轴后深层基岩处三点串联锚杆应力特征值表,见表4。

表4 导流洞进口弧形闸门门轴后深层基岩锚杆应力特征值表 MPa

由表4可以看出:4根锚杆的锚杆应力大部分表现为前期拉应力最大,之后有小幅增大但逐渐趋于稳定的变化趋势。各锚杆具有入岩越深锚杆应力越大的特征,其中0+126桩号的两45°顶角处和洞轴线部位的3根锚杆测点均表现较大的锚杆应力,其最大值分别为53.9MPa、65.3MPa、54.7MPa。洞轴线0+123桩号处锚杆3个测点锚杆应力最大值在25.3～30.0MPa,其前期应力变幅较大,之后各年度趋于平稳收敛。

可以看出:4根锚杆的锚杆应力大部分表现为前期拉应力最大,之后有小幅增大但逐渐趋于稳定的变化趋势。各锚杆具有入岩越深锚杆应力越大的特征,其中0+126桩号的两45°顶角处和洞轴线部位的3根锚杆测点均表现较大的锚杆应力,其最大值分别为53.9MPa、65.3MPa、54.7MPa。洞轴线0+123桩号处锚杆3个测点锚杆应力最大值在25.3～30.0MPa,其前期应力变幅较大,之后各年度趋于平稳收敛。

5 结 语

经过对府谷县某水库导流洞2022年观测数据分析探讨,可以得出以下结论:

1)三岔口部位:①埋设初期围岩变形舌头段0+421.0桩号顶拱最大张开量7.0mm,之后围岩变形逐渐趋于稳定;同监测断面顶部围岩变形大于两边墙围岩变形,同观测部位浅层围岩变形大于深层围岩变形;②锚杆拉应力基本上和围岩变形成对应关系。锚杆最大应力为高洞室段0+441桩号顶拱部位,量值为278.4MPa,其余测点锚杆应力逐渐收敛,量值基本上在-76.9～118.1MPa之间;③高洞室段拱角最大钢筋拉应力为86.4MPa,目前钢筋应力稳定,其余测点的量值为-30.7～49.1MPa。混凝土自生体积变形92～114με,0+421m断面岔口舌头段底板最大拉应变为132με,0+440m断面洞室右边墙下部最大拉应变为148με,超出混凝土极限拉应变;在裂缝修补后,目前应变计测值稳定。

2)导流洞进口部位:弧形闸门门轴拉锚筋及门轴后深层基岩锚杆应力为12.2～50.2MPa,测值稳定。