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水工引水隧洞監(jiān)控量測(cè)方法綜述
摘要：水工引水隧洞施工過(guò)程中，常因地質(zhì)原因引起塌方等不良地質(zhì)事故，影響施工安全和工程施工進(jìn)度。為防止事故的發(fā)生，隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中應(yīng)該對(duì)圍巖的變形程度進(jìn)行有效地控制，而監(jiān)控量測(cè)儀器的安裝和使用是觀測(cè)圍巖變形過(guò)程的有效手段，在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)安裝監(jiān)控量測(cè)儀器，按一定的頻次觀測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)分析觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握圍巖的變形情況，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)圍巖破壞先兆，經(jīng)及時(shí)處理可防止不良地質(zhì)事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞： 水工引水隧洞;施工期監(jiān)測(cè);監(jiān)控量測(cè)
引言
水工引水隧洞開(kāi)挖施工時(shí)，受風(fēng)化帶或斷層破碎帶的影響經(jīng)常會(huì)遇到Ⅳ、Ⅴ類圍巖段，這樣的圍巖極不穩(wěn)定，而開(kāi)敞式TBM( 全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī))法或新奧法開(kāi)挖施工過(guò)程中要合理利用圍巖的應(yīng)力重分布，允許圍巖有一定的變形以形成新的巖拱，充分發(fā)揮圍巖的自承力，節(jié)約支護(hù)工程量，這就要求在施工過(guò)程中必需監(jiān)測(cè)圍巖的變形，防止圍巖變形過(guò)大而失穩(wěn)破壞。因此，如何安裝監(jiān)控量測(cè)設(shè)備，如何觀測(cè)并及時(shí)分析觀測(cè)到的數(shù)據(jù)是工程施工者應(yīng)該重視的問(wèn)題。
一、監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備安裝埋設(shè)
監(jiān)測(cè)儀器的安裝埋設(shè)按照分部位、分時(shí)段實(shí)施，總體原則為： 將盡早獲取洞室開(kāi)挖后圍巖初期變形資料、盡量減少監(jiān)測(cè)與開(kāi)挖或混凝土襯砌施工的干擾，協(xié)調(diào)有效保護(hù)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與開(kāi)挖、襯砌三者關(guān)系。
在施工作業(yè)時(shí)，為及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)適時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)儀器的安裝和埋設(shè)等作業(yè)將與隧洞開(kāi)挖或混凝土襯砌作業(yè)發(fā)生相互干擾，為此，在施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配備調(diào)度人員進(jìn)行施工協(xié)調(diào)，保證監(jiān)測(cè)作業(yè)的開(kāi)展。
同時(shí)由于混凝土封堵施工可能造成監(jiān)測(cè)儀器電纜的破壞，故須對(duì)監(jiān)測(cè)儀器和電纜采取防護(hù)措施，并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人負(fù)責(zé)已安裝儀器和電纜的監(jiān)管保護(hù)工作。
儀器安裝埋設(shè)前，應(yīng)向監(jiān)理提交安裝計(jì)劃并經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行下一個(gè)工序的安裝工作。監(jiān)控量測(cè)儀器設(shè)備的安裝方法如下：
1.1 安裝前準(zhǔn)備
監(jiān)控量測(cè)專業(yè)工作人員按事先批準(zhǔn)的編碼系統(tǒng)填寫安裝儀器、材料、配件、工具清單，并對(duì)各種監(jiān)控量測(cè)儀器設(shè)備、電纜、觀測(cè)斷面樁號(hào)、控制坐標(biāo)等進(jìn)行編號(hào)，建立儀器檔案。復(fù)雜儀器要在室內(nèi)進(jìn)行模擬安裝調(diào)試，熟悉安裝過(guò)程，明確各安裝作業(yè)人員工作項(xiàng)目。
1.2 測(cè)量放點(diǎn)
根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙和埋設(shè)措施計(jì)劃，由專業(yè)測(cè)量人員實(shí)施。
1.3 鉆孔施工
滲壓計(jì)、測(cè)縫計(jì)、溫度計(jì)及變形監(jiān)測(cè)等儀器安裝的鉆孔，按施工設(shè)計(jì)圖紙要求實(shí)施。嚴(yán)格控制孔徑、孔深和孔斜。當(dāng)有取芯要求時(shí)，及時(shí)對(duì)巖芯進(jìn)行描述和保存。監(jiān)測(cè)斷面的鉆孔位置緊跟開(kāi)挖面，距鉆爆法施工掌子面1. 0～1. 5 m。鉆孔設(shè)備：鉆爆法施工段，可采用鑿巖臺(tái)車、錨桿鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)和地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔;TBM 施工段盡可能采用TBM 上配帶的錨桿鉆機(jī)設(shè)備，當(dāng)其不能滿足時(shí)，另配潛孔鉆機(jī)、地質(zhì)鉆機(jī)設(shè)備。
1.4 安裝前現(xiàn)場(chǎng)檢查
測(cè)量人員標(biāo)定儀器的安裝位置后，請(qǐng)土建人員鉆取安裝孔并由監(jiān)控量測(cè)安裝人員查看現(xiàn)場(chǎng)、核對(duì)儀器位置、鉆孔深度及孔徑、安裝條件( 水、電、灌漿設(shè)備) 等。
1.5 儀器安裝
監(jiān)控量測(cè)儀器的安裝應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員依照施工圖紙和安裝操作規(guī)程進(jìn)行。
1.6 儀器調(diào)試與測(cè)讀
儀器安裝完成后，應(yīng)先檢查儀器工作狀況，測(cè)量并記錄儀器初始讀數(shù)，評(píng)定儀器的安裝質(zhì)量，如不合格則進(jìn)行補(bǔ)救處理。
1.6.1 溫度計(jì)
溫度計(jì)可直接埋入混凝土內(nèi)，一般不考慮安裝方向，安裝位置誤差應(yīng)控制在5cm 以內(nèi)，儀器周圍應(yīng)人工回填細(xì)石混凝土，人工搗實(shí)混凝土?xí)r不得觸及溫度計(jì)。
1.6.2 電纜
嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖敷設(shè)電纜，要盡量減少電纜接頭的數(shù)量。電纜應(yīng)穿管保護(hù)，同時(shí)采取設(shè)置警告標(biāo)志、設(shè)專人監(jiān)護(hù)和維護(hù)等保護(hù)措施，選好臨時(shí)觀測(cè)站的位置。
電纜跨越施工縫時(shí)，應(yīng)預(yù)留5～10cm的彎曲段以適應(yīng)施工縫的變形，并應(yīng)穿鋼管保護(hù)，保護(hù)鋼管兩端用瀝青麻繩封堵。電纜穿越阻水設(shè)施時(shí)，應(yīng)單根平等排列，間距2 cm以上，并應(yīng)加阻水環(huán)或使用阻水材料回填。
電纜敷設(shè)施工過(guò)程中，要保護(hù)好電纜頭和電纜編號(hào)，防止浸水或受潮，隨時(shí)檢測(cè)電纜和儀器的狀態(tài)及絕緣情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，并進(jìn)行記錄和說(shuō)明。橡膠電纜采用硫化接頭，塑料電纜采用常溫密封或熱塑接頭連接。在電纜接頭處涂環(huán)氧樹(shù)脂或浸蠟以防潮氣滲入電纜中，施工過(guò)程中要經(jīng)常保持電纜的干燥和清潔防止各種油類沾污腐蝕電纜，嚴(yán)防開(kāi)挖爆破、施工機(jī)械，焊接作業(yè)時(shí)損壞電纜。
1.6.3 測(cè)控單元
測(cè)控單元采用支架、安裝夾固定在墻面上，并盡可能選在易于觀測(cè)且不易被破壞的位置，設(shè)立保護(hù)裝置或在洞壁上鑿洞安裝，并設(shè)警示標(biāo)志。
1.6.4 監(jiān)測(cè)儀器及電纜的標(biāo)識(shí)與保護(hù)措施
儀器與電纜安裝或敷設(shè)后，根據(jù)土建工程進(jìn)度和實(shí)際情況，將電纜引至指定位置，采用鋼筒、槽鋼、保護(hù)箱或木柜等對(duì)儀器和電纜進(jìn)行保護(hù)，以免受施工沖擊破壞。
儀器和電纜安裝或敷設(shè)后，應(yīng)立即繪制電纜走線圖、標(biāo)記儀器位置坐標(biāo)，把安裝情況材料報(bào)送監(jiān)理人，安排專人保護(hù)電纜，防止施工時(shí)損壞電纜。儀器和電纜附近的混凝土拆模后，在混凝土表面用紅漆標(biāo)識(shí)儀器和電纜的位置，以免后續(xù)的灌漿鉆孔等工作損壞儀器和電纜。監(jiān)控量測(cè)技術(shù)人員應(yīng)定期巡查已安裝的儀器和電纜防止土建施工損壞儀器和電纜。
二、施工期監(jiān)測(cè)
施工期必須按照規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、頻次和時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄工作，要做到不缺測(cè)、不漏測(cè)、無(wú)不符合精度的數(shù)據(jù)。
儀器設(shè)備安裝就緒后立即對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并記錄其初始讀數(shù)，評(píng)價(jià)安裝質(zhì)量，同時(shí)詳細(xì)記錄埋設(shè)時(shí)監(jiān)測(cè)斷面支護(hù)情況、隧洞開(kāi)挖施工情況、爆破作業(yè)情況、灌漿作業(yè)情況、開(kāi)挖掌子面和監(jiān)測(cè)斷面的距離。
三、施工期監(jiān)測(cè)資料綜合分析
3.1 監(jiān)測(cè)資料分析的基礎(chǔ)工作
1) 為確保監(jiān)控量測(cè)資料連續(xù)性和準(zhǔn)確性，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充或修整有關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)施的變動(dòng)、檢驗(yàn)、校測(cè)情況，修整各種紀(jì)錄表、紀(jì)錄圖等。
2) 繪制監(jiān)測(cè)變量的變化過(guò)程線圖，監(jiān)測(cè)變量與某些原因變量的相關(guān)圖，檢查和判斷觀測(cè)值的發(fā)展變化趨勢(shì)。
3) 根據(jù)所繪制相關(guān)圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表和有關(guān)資料及時(shí)做出初步分析，找出各監(jiān)測(cè)變量的變化規(guī)律和變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)異常測(cè)值，如果有則查明原因，加以解決。
3.2監(jiān)測(cè)變量的統(tǒng)計(jì)模型分析
應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用回歸分析法對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析進(jìn)而建立測(cè)量值的監(jiān)測(cè)模型。運(yùn)用監(jiān)控模型在時(shí)間和空間上分別采用統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型和混合模型，評(píng)判測(cè)量值是否正常，并預(yù)測(cè)測(cè)量值的變化規(guī)律。
四、結(jié)論
在隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中，根據(jù)地質(zhì)情況合理布置監(jiān)控量測(cè)儀器，并按要求施工，保證監(jiān)控儀器的安裝質(zhì)量，按規(guī)定的頻次做好觀測(cè)記錄，及時(shí)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)圍巖有不穩(wěn)定傾向要及時(shí)上報(bào)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于防止圍巖變形坍塌，保證施工安全是十分重要的。因此，在隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中，應(yīng)該重視監(jiān)控量測(cè)工作的作用。
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