浅谈软岩隧洞自动化安全监测

1某软岩输水隧洞自动化安全监测结果分析章再兴（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局乌鲁木齐830000）【摘要】该文章通过对隧洞自动化安全监测的数据进行分析，掌握隧洞的变形及受力情况。隧洞的自动化安全监测对隧洞的安全运行有重要的意义。【关键词】软岩隧洞自动化安全监测1、引言某软岩隧洞为2级建筑物，隧洞长1498m，所处地段为一处地势较平坦台地，洞身所经过的地层，为第三系始—渐新统砂岩、砂砾岩、泥质砂岩和砂质泥岩互层。洞身平均埋深约46m，最大埋深约81m，围岩属极软岩。隧洞运行期的观测仪器分为两类，第一类为围岩与一次支护中的仪器，包括多点位移计、单点位移计、双点位移计、格栅拱架钢筋计和锚杆应力计；第二类为混凝土衬砌内部的观测仪器，包括无应力计，钢筋计和应变计。2、围岩与一次支护监测2.1多点位移计监测结果多点位移计共安装2套，埋设桩号为3+720和11+700。每套仪器5个测点，2ME1多点位移计月变幅分别为0.27mm、0.3mm、0.41mm、0.37mm、0.41mm；7ME1多点位移计月变幅分别为1.49mm、1.82mm、1.34mm、2.49mm、2.15mm。通过分析可知11+700断面的多点位移计监测数值有明显的变化，说明该断面受水压力和环境因素的影响较大，但变化范围在工程允许的范围值之内。2.2单点位移计监测结果该隧洞共安装6套单点位移计，各位移计0MA1、1MA1、3MA1、7MA1、9MA1月变幅分别为0.06mm、0.02mm、0.09mm、0.03mm、0.11mm。从单点位移计特征值分析，本月干渠流量变幅很小，单点位移计位移量平稳，各监测点的位移监测成果均已稳定，变形基本稳定，本月变幅极小，隧洞处于稳定状态，位移计数值不随外界环境的变化没有太大改变。2.3格栅拱架受力状况监测该隧洞的格栅拱架分别布置在7个有代表性的地质单元，安装位置分别为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桩号地质条件为湖相沉积的含泥质粉砂岩，强度低、无胶结、松散，格栅拱架应力计安装在右侧边墙，共3只，格栅钢筋实测应力0RF1、0RF2、0RF3月变幅分别为1.96Mpa、2.6Mpa、2.72Mpa，内层钢筋的压应力小于外层钢筋。（2）、1+932桩号格栅拱架应力计安装在右侧边墙，该桩号岩性为白色砂岩。监测结果为内层钢筋（φ28mm）受拉，外层两个钢筋φ22mm，均为受压，内外层钢筋1RR1、1RR2、1RR3月变幅分别为1.93Mpa、1.7Mpa、2.43Mpa。（3）、3+705桩号格栅拱架应力计，安装在拱部，该桩号地质条件为：上导洞为砂岩，下导洞底板部位约存在2.0m厚泥岩。监测结果为内层钢筋（φ28mm）受压力，两根外层钢筋受拉，内外层钢筋2RF1、2RF2、2RF3月变幅分别为1.18Mpa、2.66Mpa、1.79Mpa，这一结果与围岩变形较大有关。（4）、4+718.9格栅拱架测力计埋设在拱部，该桩号岩性为砂岩夹含砂砾岩，该部位虽然实测收敛变形为40mm左右，不大，但含砾砂岩含水量很小，松散弱胶结，开挖后极易塌方，2造成拱部受力较大。3只钢筋计均为压应力，3RF1-1、3RF1-2、3RF1-3月变幅分别为1.21Mpa、2.25Mpa、26.56Mpa。（5）、5+302.0桩号格栅拱架受力计安装在拱部，该桩号部位均为砂岩，围岩实测收敛变形50～40mm，但开挖后极易塌方，所以拱部受力较大，3RF2-1、3RF2-2、3RF2-3月变幅分别为2.19Mpa、1.58Mpa、1.53Mpa。（6）、11+678.8桩号格栅拱架应力计，安装在拱部，该部位岩性较为复杂，下部为泥质砂岩，拱部为泥质砂岩，虽然实测收敛变形不大，但拱部岩体不稳定易掉块，拱部受力较大，7RF1、7RF3月变幅分别为2.07Mpa、2.82Mpa。（7）、15+116.8桩号格栅拱架受力计安装在拱部，该部位位于出口段，是顶山隧洞地质条件相对较好的部位，格栅拱架测力计实测结果均为压应力，9RF2、9RF3月变幅分别为2.23Mpa、2.56Mpa。纵观上述7个监测断面的监测结果，格栅拱架实测应力较大，说明格栅拱架承受了较大的围岩压力，在极软岩隧洞中加固作用十分明显，对保证围岩稳定起关键作用。就整个月观测变幅较小，说明隧洞格栅拱架受力稳定。2.4锚杆应力计受力状况监测在3+696.6、4+718.9、13+255.2和15+098.7桩号埋设了4个锚杆应力状态监测断面，每个断面有3支仪器，共计12支，锚杆应力计除4+718.9桩号乌玛依断裂带外，其它部位岩性全部为白砂岩。锚杆长度为3m，直径φ20mm，锚杆应力计埋深为1.5m。（1）、3+699.6桩号锚杆测力计，共3只，2RA1、2RA2、2RA3月变幅分别为4.75Mpa、5.86Mpa、0.69Mpa。（2）、4+718.9桩号锚杆测力计安装在乌玛依断裂带，该断面的锚杆应力计当下导洞开挖至仪器观测断面时，锚杆承受的拉应力达到最大值，3只锚杆测力两只已经失效，、只有一只工作正常最大值-20.96MPa，为压应力。（3）、13+255.2和15+098.7桩号锚杆测力计的监测数据应力基本稳定，8RA1、8RA2、9RA1、9RA2、9RA3月变幅分别为4.47Mpa、4.69Mpa、5.29Mpa、5.13MPa、7.04Mpa。基于上述的监测结果分析，隧洞受力有压力也有拉力，整月变幅比较明显，是由于隧洞中的流量变化所造成的，但是这种明显的变幅是在安全范围之内的，隧洞处于稳定状态。3、混凝土衬砌内部的观测该隧洞混凝土衬砌中在5个部位安装了混凝土应变计、钢筋计和无应力计，均分别布置在同一个监测断面内。3.1混凝土衬砌应变计监测5个监测断面共埋设应变计50只，其中应变计40只，无应力计10只。混凝土应变计观测结果，见表14：表14混凝土应变计观测结果表单位:με仪器安装桩号无应力计衬砌内缘衬砌外缘顶拱底板左墙右墙顶拱底板左墙右墙仪器编号N1N2S1S2S3S4S5S6S7S83+700-21.88-58.52-351.01-76.07-300.72-219.04-342.22-160.81-265.07-265.124+720断裂带-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(泥岩带)-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、目前各仪器实测应变已处于周年稳定循环变化阶段，主要随着混凝土的温度而变化。温度上升，应变测值也上升；温度下降，应变也随之下降。由于隧洞贯通，温度变化比较明显，因此应变值也有一定变化。2、从表14所列结果看，各观测断面混凝土衬砌外缘均为压力，最大压应变为-327.753με。混凝土衬砌内缘4+720乌玛依断裂带、5+200桩号断面、6+888桩号泥岩带拱部，以及4+720乌玛依断裂带左墙、15+118桩号右墙5个部位存在拉应力，视为为局部问题，已经加强对这几处的观测。3、衬砌中多为压应变，尤其是衬砌外缘，主要原因为承受了部分来自围岩的压力。4、出现拉应力部位主要在中等膨胀性泥岩、乌玛依断裂带等部位。经过多年的观测监测结果基本上在安全范围之内，隧洞处于稳定状态。3.2混凝土衬砌中钢筋受力状况5个监测断面共埋设钢筋计40只，40只钢筋计，混凝土钢筋计观测结果见表15。表15混凝土衬砌钢筋计应力监测结果统计应力单位:Mpa仪器安装桩号衬砌内缘衬砌外缘顶拱底板左墙右墙顶拱底板左墙右墙仪器编号R1R2R3R4R5R6R7R83+700-17.61-8.67-5.824.65-10.43-13.59-1.92-2.214+720(断裂带)-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(泥岩带)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、衬砌中钢筋应力以压应力为主，一些部位钢筋存在拉应力，出现拉应力部位主要在内层钢筋，外层钢筋只有15+118断面的顶拱一个部位，属于局部情况，需要加强观测。2、无论是拉应力还是压应力均较小，最大压应力为-6764MPa（桩号为4+720乌玛依断裂带的右侧边墙）；最大拉应力为52.62MPa（桩号为6+888泥岩带的顶拱部），大多数部位拉压应力值在30MPa以内。经过多年的观测监测结果基本上在安全范围之内，隧洞处于稳定状态。4、结语隧洞自动化监测系统是一套复杂的数据监测系统，通过仪器对数据的采集，人工对数据的分析，可以掌握隧洞在通水运行期间的安全情况。该文章是对该隧洞一月的自动化安监测数据进行分析，通过分析可以了解到隧洞运行整体稳定，个别监测仪器变幅明显，是由于隧洞水量的变化导致水压力的变化对隧洞的影响，这种影响在安全运行的范围之内；还有就是自然环境对监测仪器的影响，但是这种影响都是很小的。总体上说该隧洞的运行工况良好，各个部位处于稳定状态。姓名：章再兴（第一作者）（评中级职称）通讯地址：新疆维吾尔自治区福海县一八二团顶山管理处邮编：836403电话：189979995850906-3858257