淺談軟巖隧洞自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)

某軟巖輸水隧洞自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)結(jié)果分析章再興（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局烏魯木齊830000）【摘要】該文章通過對(duì)隧洞自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握隧洞的變形及受力情況。隧洞的自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)對(duì)隧洞的安全運(yùn)行有重要的意義?！娟P(guān)鍵詞】軟巖隧洞自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)1、引言某軟巖隧洞為2級(jí)建筑物，隧洞長(zhǎng)1498m，所處地段為一處地勢(shì)較平坦臺(tái)地，洞身所經(jīng)過的地層，為第三系始—漸新統(tǒng)砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖互層。洞身平均埋深約46m，最大埋深約81m，圍巖屬極軟巖。隧洞運(yùn)行期的觀測(cè)儀器分為兩類，第一類為圍巖與一次支護(hù)中的儀器，包括多點(diǎn)位移計(jì)、單點(diǎn)位移計(jì)、雙點(diǎn)位移計(jì)、格柵拱架鋼筋計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)；第二類為混凝土襯砌內(nèi)部的觀測(cè)儀器，包括無應(yīng)力計(jì)，鋼筋計(jì)和應(yīng)變計(jì)。2、圍巖與一次支護(hù)監(jiān)測(cè)2.1多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果多點(diǎn)位移計(jì)共安裝2套，埋設(shè)樁號(hào)為3+720和11+700。每套儀器5個(gè)測(cè)點(diǎn)，2ME1多點(diǎn)位移計(jì)月變幅分別為0.27mm、0.3mm、0.41mm、0.37mm、0.41mm；7ME1多點(diǎn)位移計(jì)月變幅分別為1.49mm、1.82mm、1.34mm、2.49mm、2.15mm。通過分析可知11+700斷面的多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)值有明顯的變化，說明該斷面受水壓力和環(huán)境因素的影響較大，但變化范圍在工程允許的范圍值之內(nèi)。2.2單點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果該隧洞共安裝6套單點(diǎn)位移計(jì)，各位移計(jì)0MA1、1MA1、3MA1、7MA1、9MA1月變幅分別為0.06mm、0.02mm、0.09mm、0.03mm、0.11mm。從單點(diǎn)位移計(jì)特征值分析，本月干渠流量變幅很小，單點(diǎn)位移計(jì)位移量平穩(wěn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)成果均已穩(wěn)定，變形基本穩(wěn)定，本月變幅極小，隧洞處于穩(wěn)定狀態(tài)，位移計(jì)數(shù)值不隨外界環(huán)境的變化沒有太大改變。2.3格柵拱架受力狀況監(jiān)測(cè)該隧洞的格柵拱架分別布置在7個(gè)有代表性的地質(zhì)單元，安裝位置分別為0+353.0、1+932.8、3+705.3、4+718.9、5+302.0、11+678.8和15+116.8。（1）、0+353.0樁號(hào)地質(zhì)條件為湖相沉積的含泥質(zhì)粉砂巖，強(qiáng)度低、無膠結(jié)、松散，格柵拱架應(yīng)力計(jì)安裝在右側(cè)邊墻，共3只，格柵鋼筋實(shí)測(cè)應(yīng)力0RF1、0RF2、0RF3月變幅分別為1.96Mpa、2.6Mpa、2.72Mpa，內(nèi)層鋼筋的壓應(yīng)力小于外層鋼筋。（2）、1+932樁號(hào)格柵拱架應(yīng)力計(jì)安裝在右側(cè)邊墻，該樁號(hào)巖性為白色砂巖。監(jiān)測(cè)結(jié)果為內(nèi)層鋼筋（φ28mm）受拉，外層兩個(gè)鋼筋φ22mm，均為受壓，內(nèi)外層鋼筋1RR1、1RR2、1RR3月變幅分別為1.93Mpa、1.7Mpa、2.43Mpa。（3）、3+705樁號(hào)格柵拱架應(yīng)力計(jì)，安裝在拱部，該樁號(hào)地質(zhì)條件為：上導(dǎo)洞為砂巖，下導(dǎo)洞底板部位約存在2.0m厚泥巖。監(jiān)測(cè)結(jié)果為內(nèi)層鋼筋（φ28mm）受壓力，兩根外層鋼筋受拉，內(nèi)外層鋼筋2RF1、2RF2、2RF3月變幅分別為1.18Mpa、2.66Mpa、1.79Mpa，這一結(jié)果與圍巖變形較大有關(guān)。（4）、4+718.9格柵拱架測(cè)力計(jì)埋設(shè)在拱部，該樁號(hào)巖性為砂巖夾含砂礫巖，該部位雖然實(shí)測(cè)收斂變形為40mm左右，不大，但含礫砂巖含水量很小，松散弱膠結(jié)，開挖后極易塌方，造成拱部受力較大。3只鋼筋計(jì)均為壓應(yīng)力，3RF1-1、3RF1-2、3RF1-3月變幅分別為1.21Mpa、2.25Mpa、26.56Mpa。（5）、5+302.0樁號(hào)格柵拱架受力計(jì)安裝在拱部，該樁號(hào)部位均為砂巖，圍巖實(shí)測(cè)收斂變形50～40mm，但開挖后極易塌方，所以拱部受力較大，3RF2-1、3RF2-2、3RF2-3月變幅分別為2.19Mpa、1.58Mpa、1.53Mpa。（6）、11+678.8樁號(hào)格柵拱架應(yīng)力計(jì)，安裝在拱部，該部位巖性較為復(fù)雜，下部為泥質(zhì)砂巖，拱部為泥質(zhì)砂巖，雖然實(shí)測(cè)收斂變形不大，但拱部巖體不穩(wěn)定易掉塊，拱部受力較大，7RF1、7RF3月變幅分別為2.07Mpa、2.82Mpa。（7）、15+116.8樁號(hào)格柵拱架受力計(jì)安裝在拱部，該部位位于出口段，是頂山隧洞地質(zhì)條件相對(duì)較好的部位，格柵拱架測(cè)力計(jì)實(shí)測(cè)結(jié)果均為壓應(yīng)力，9RF2、9RF3月變幅分別為2.23Mpa、2.56Mpa?？v觀上述7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)結(jié)果，格柵拱架實(shí)測(cè)應(yīng)力較大，說明格柵拱架承受了較大的圍巖壓力，在極軟巖隧洞中加固作用十分明顯，對(duì)保證圍巖穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。就整個(gè)月觀測(cè)變幅較小，說明隧洞格柵拱架受力穩(wěn)定。2.4錨桿應(yīng)力計(jì)受力狀況監(jiān)測(cè)在3+696.6、4+718.9、13+255.2和15+098.7樁號(hào)埋設(shè)了4個(gè)錨桿應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面有3支儀器，共計(jì)12支，錨桿應(yīng)力計(jì)除4+718.9樁號(hào)烏瑪依斷裂帶外，其它部位巖性全部為白砂巖。錨桿長(zhǎng)度為3m，直徑φ20mm，錨桿應(yīng)力計(jì)埋深為1.5m。（1）、3+699.6樁號(hào)錨桿測(cè)力計(jì)，共3只，2RA1、2RA2、2RA3月變幅分別為4.75Mpa、5.86Mpa、0.69Mpa。（2）、4+718.9樁號(hào)錨桿測(cè)力計(jì)安裝在烏瑪依斷裂帶，該斷面的錨桿應(yīng)力計(jì)當(dāng)下導(dǎo)洞開挖至儀器觀測(cè)斷面時(shí)，錨桿承受的拉應(yīng)力達(dá)到最大值，3只錨桿測(cè)力兩只已經(jīng)失效，、只有一只工作正常最大值-20.96MPa，為壓應(yīng)力。（3）、13+255.2和15+098.7樁號(hào)錨桿測(cè)力計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)力基本穩(wěn)定，8RA1、8RA2、9RA1、9RA2、9RA3月變幅分別為4.47Mpa、4.69Mpa、5.29Mpa、5.13MPa、7.04Mpa?；谏鲜龅谋O(jiān)測(cè)結(jié)果分析，隧洞受力有壓力也有拉力，整月變幅比較明顯，是由于隧洞中的流量變化所造成的，但是這種明顯的變幅是在安全范圍之內(nèi)的，隧洞處于穩(wěn)定狀態(tài)。3、混凝土襯砌內(nèi)部的觀測(cè)該隧洞混凝土襯砌中在5個(gè)部位安裝了混凝土應(yīng)變計(jì)、鋼筋計(jì)和無應(yīng)力計(jì)，均分別布置在同一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)。3.1混凝土襯砌應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共埋設(shè)應(yīng)變計(jì)50只，其中應(yīng)變計(jì)40只，無應(yīng)力計(jì)10只。混凝土應(yīng)變計(jì)觀測(cè)結(jié)果，見表14：表14混凝土應(yīng)變計(jì)觀測(cè)結(jié)果表單位:με儀器安裝樁號(hào)無應(yīng)力計(jì)襯砌內(nèi)緣襯砌外緣頂拱底板左墻右墻頂拱底板左墻右墻儀器編號(hào)N1N2S1S2S3S4S5S6S7S83+700-21.88-58.52-351.01-76.07-300.72-219.04-342.22-160.81-265.07-265.124+720斷裂帶-127.11-327.7560.16-75.08370.11-11.88-181.86-61.90-74.335+200-51.29435.1026767.697-57.7327-250.403-159.418-124.56-108.16-138.366+888(泥巖帶)-44.294.09189.03-102.72-257.41-340.76-262.43-259.16-252.54-265.6515+118-47.8135.88-178.27-191.76-75.93174.67-248.36-225.12-123.82-174.021、目前各儀器實(shí)測(cè)應(yīng)變已處于周年穩(wěn)定循環(huán)變化階段，主要隨著混凝土的溫度而變化。溫度上升，應(yīng)變測(cè)值也上升；溫度下降，應(yīng)變也隨之下降。由于隧洞貫通，溫度變化比較明顯，因此應(yīng)變值也有一定變化。2、從表14所列結(jié)果看，各觀測(cè)斷面混凝土襯砌外緣均為壓力，最大壓應(yīng)變?yōu)?327.75με。混凝土襯砌內(nèi)緣4+720烏瑪依斷裂帶、5+200樁號(hào)斷面、6+888樁號(hào)泥巖帶拱部，以及4+720烏瑪依斷裂帶左墻、15+118樁號(hào)右墻5個(gè)部位存在拉應(yīng)力，視為為局部問題，已經(jīng)加強(qiáng)對(duì)這幾處的觀測(cè)。3、襯砌中多為壓應(yīng)變，尤其是襯砌外緣，主要原因?yàn)槌惺芰瞬糠謥碜試鷰r的壓力。4、出現(xiàn)拉應(yīng)力部位主要在中等膨脹性泥巖、烏瑪依斷裂帶等部位。經(jīng)過多年的觀測(cè)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本上在安全范圍之內(nèi)，隧洞處于穩(wěn)定狀態(tài)。3.2混凝土襯砌中鋼筋受力狀況5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共埋設(shè)鋼筋計(jì)40只，40只鋼筋計(jì)，混凝土鋼筋計(jì)觀測(cè)結(jié)果見表15。表15混凝土襯砌鋼筋計(jì)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)應(yīng)力單位:Mpa儀器安裝樁號(hào)襯砌內(nèi)緣襯砌外緣頂拱底板左墻右墻頂拱底板左墻右墻儀器編號(hào)R1R2R3R4R5R6R7R83+700-17.61-8.67-5.824.65-10.43-13.59-1.92-2.214+720(斷裂帶)-10.325.7913.50-17.23-21.05-23.14-26.91-67.645+20035.10-17.43-2.56-0.841-2.15故障-6.397-1.836+888(泥巖帶)52.6225.12-0.42-41.57-4.30-22.18-7.57-31.5915+118-10.6311.921.705.4139.19-20.96-2.79-3.801、襯砌中鋼筋應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，一些部位鋼筋存在拉應(yīng)力，出現(xiàn)拉應(yīng)力部位主要在內(nèi)層鋼筋，外層鋼筋只有15+118斷面的頂拱一個(gè)部位，屬于局部情況，需要加強(qiáng)觀測(cè)。2、無論是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力均較小，最大壓應(yīng)力為-6764MPa（樁號(hào)為4+720烏瑪依斷裂帶的右側(cè)邊墻）；最大拉應(yīng)力為52.62MPa（樁號(hào)為6+888泥巖帶的頂拱部），大多數(shù)部位拉壓應(yīng)力值在30MPa以內(nèi)。經(jīng)過多年的觀測(cè)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本上在安全范圍之內(nèi)，隧洞處于穩(wěn)定狀態(tài)。4、結(jié)語隧洞自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套復(fù)雜的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過儀器對(duì)數(shù)據(jù)的采集，人工對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以掌握隧洞在通水運(yùn)行期間的安全情況。該文章是對(duì)該隧洞一月的自動(dòng)化安監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過分析可以