２００８．Ｎｏ．３ 四川水利 ·５１· 由于引水隧洞面临的地质力学环境复杂，在 隧洞开挖前，不同洞段的地质条件、岩体结构、风 变形监测为主，辅以围岩应力、应变量测，深部位 移量测，局部洞壁以声波测试表层松驰区范围监 化程度和地应力特征不易掌握，力学参数难以确 定，施工临时支护措施的合理性也难以判定。因 此，加强施工期监测，注重信息反馈分析工作，是 非常重要的。 ２．１监测方案设计原则 隧洞新奥法施工，强调对开挖后围岩变形的 适时监测。围岩变形有绝对位移与相对位移之 分。绝对位移是指隧洞围岩或隧洞顶底板及侧端 某一部位的实际位移值。其量测方法是在距实测 点较远的地方设置一基点，然后定期用经纬仪和 水准仪自基点向实测点量测，根据前后两次观测 所得的标高及方位变化，即可确定隧洞围岩的绝 对位移量。但是，绝对位移量测需要花费较长的 时间，并受现场施工条件限制，除非必需，一般不 进行量测。 岩体表面变形是隧洞开挖后其应力形态变化 的直观反映，对于地下工程的稳定能提供较可靠 的信息，也比较容易施测，故此进行隧洞施工期现 场变形监测时多量测相对位移值，即量测内空收 敛变形。它是判断围岩动态的主要的量测项目之 这项量测设备简单、操作方便，若能在各个项 目量测中找出内空收敛位移与其他量测项目之间 的规律性时，还可省掉一些其它项目的量测。 本工程施工期监测方案设计，遵循新奥法的 基本原则。施工期现场监测实施的主要目的，在 于掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈、指导 施工作业；了解支护结构的作用和效果；确保工程 施工安全和经济性；将监测的成果反馈于设计与 施工过程中。 综上所述，引水隧洞工程施工期监测方案设 计应遵循的原则可归纳为：监测项目选择应针对 具体的地形及地质条件和监测目标，体现其针对 性；监测数据采集应按施工程序紧跟掌子面，体现 其及时性；监测信息反馈分析应配合施工临时支 护的力学分析，体现其对施工监测的指导作用。 ２．２施工期监测布置 按照上述设计原则及对施工监测条件的分 析，本工程施工监测方案以“新奥法”推荐的隧洞 测等内容。本文仅介缙围岩的收敛变形监测。按 照引水隧洞前期地质勘探结果，可将隧洞分为Ⅲ、 Ⅳ类围岩和Ｖ类围岩两种工况，布置如下安全监 测方案： ２．２．１ Ⅲ、ＩＶ类围岩监测断面的测点布置 本工程引水隧洞主洞段大部分为Ⅲ、Ⅳ类围 岩，围岩完整性总体较好，局部裂隙发育。施工均 采用全断面开挖，初期采用喷混凝土、挂网、锚杆 支护，较软弱围岩段还采用了格栅支护。开挖与 混凝土衬砌浇筑之间的间隔时间较长，围岩变形 量较大。 变形监测断面按照分段控制的原则，在Ⅲ、Ⅳ 类围岩洞段选择１２个变形监测断面，在开挖近掌 子面的设计断面上埋设测点，测点按照圆形断面 ５测点８测线进行布置，量测采用ｓ—Ｌ系列钢尺 收敛计。并在Ⅲ、Ⅳ类围岩的不良地质洞段紧跟 掌子面布置若干个变形监测断面，以掌握围岩和 支护的变形动态信息。 ２．２．２ Ｖ类围岩监测断面的测点布置 本工程引水隧洞主洞段的Ｖ类围岩，多为断 层、破碎带及第四系堆积体，且裂隙和地下水较发 育，开挖后初期尚需及时采用格栅和钢支撑及钢 筋混凝土等临时支护。 Ｖ类围岩洞段存在成洞条件差，洞壁围岩不 稳，监测断面布置难的问题。为了能够实时监测 到隧洞围岩的变形特性，在成洞条件差的洞段，将 监测断面布置在格栅和钢支撑上，及时跟进掌子 面推进，５０ｍ间距布置１个变形监测断面，测点按 照城门洞型断面５测点８测线进行布置，量测采 用Ｓ—Ｌ系列钢尺收敛计。 ２．２．３观测断面的测线布置 当地质条件、洞室尺寸和形状、施工方法确定 时，隧洞围岩的位移主要受空问和时间两种因素 的影响；“空间效应”是掌子面的约束作用产生的 影响；“时问效应”是指在掌子面约束作用解除 后，收敛位移随时间延长而增大的现象。这两种 效应是围岩稳定的重要标志，可以用来判别围岩 稳定情况、支护时机，推算位移速率和最终位移 维普资讯 http://www.cqvip.com
５２。 余振陈新，申庆成：某水电站引水隧洞施工期收敛变形监测 ／３５，ｌａｙ￣－： ＭＩ ＝ＺＩ５ ２００８．Ｎｏ．３ 值。 根据经验分析，一般情况下，当开挖掌子面距 离观测断面１．５～２．０倍洞径后，“空间效应”影 响基本消除。因此，初测观测断面应尽可能靠近 开挖掌子面，距离不宜大于１．０ｍ。观测断面间距 宜大于２倍洞径，观测断面测线的数量和方面应 如ｓ一［ 眦］ 】 叫 根据围岩的变形条件和洞室的形状与大小确定。 测点布置优先考虑拱顶、拱座和边墙的要求， 引水隧洞施工期安全监测过程中隧洞收敛监测断 面测点、测线布置见图１所示。 图１ 隧洞收敛监测断面测点、测线布置 ３收敛观测及变形计算 ３．１收敛观测 收敛观测频率根据观测断面的设定时间、围 岩的变形速率、距离掌子面的距离等因素确定，一 般新设观测断面的测量为１天／次，距离掌子面４ 倍洞径时或测值趋于稳定时为３～５天／次，遇到 特殊情况时可以增加测次。 ３．２收敛变形计算 在收敛观测过程中，为了分析隧洞洞壁围岩 的收敛变形情况，采用固定点任意三角形法计算 隧洞围岩测点的收敛变形量。 计算假设：①测点５处为坐标原点且不发生 变形；②测点１和测点５处于相同水平位置，测点 １只作水平方向变形；③测点２、测点３和测点４ 的变形分解为水平ｘ和竖直ｙ方向的位移；④基 线角度变化忽略不计。测点位移方向如图１所示 方向为正。 在上述假设条件下，采用固定点任意三角形 法５测点位移计算方法的计算步骤如下： 在ａ１５３中，已知点５（０，０），１２。 ＝０，Ｚ ＺＩ３’ 同上，在Ａ５３２中，已知点５（０，０），点３（Ｍ， ， Ｍ３ ），Ｚ２ ，ｋ，１３５，则有： …【 】 Ｍｈ＝１２５ＣＯＳ …。 ］ …［ ］ …［ ］ ＝ ；ｑ 同上，在Ａ１３４中，已知点１（１２ ０），点３ ．．．．。（１．．．．．２３．．．． ，Ｕ３．．．．．．．．．．．Ｌｙ）， Ｚｌ３，Ｚ… ，则有： … ］ Ｍ“ Ｍｈ一１１４ＣＯＳ …［ ］ …［ ］ …。 ］ 根据每次测量的收敛测线监测数据，代人方 程中得出断面测点相对于角点（测点５）的绝对坐 标；根据绝对坐标减去初始坐标计算出测点相对 于初始坐标的相对位移变化，作为变形测点相对 于角点的变形值；以此变形值判断引水隧洞的洞 壁围岩分布及变形。本工程在数据处理方面，使 用ＶＣ＋＋６．０编制了计算程序，可以方便地读 取、输出ＥＸＣＥＬＬ表格格式数据，较大地提高了数 据处理能力。 ４收敛监测成果分析 根据监测断面地质条件、施工方法和支护状 况的不同，引水隧洞洞壁收敛时程变化曲线可以 总结为逐渐衰减型、直线发展型和发散型三类。 隧洞开挖后围岩变形分类如图２所示。 —．．．．．维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８．Ｎｏ．３ 四川水利 ·５３· 时同（ｄ） 图２ 开挖后隧洞围岩变形分类示意 （１）衰减形。由于围岩开挖的空间效应和时 问效应，随着时问的增加和测点离掌子面的距离 越来越远，一般情况下围岩的变形速率越来越小， 以指数衰减的形式变化，直至最终趋于零。这种 曲线表明围岩是趋于稳定的。如图３所示的Ｋ１ ＋０９０（Ⅲ类）断面，Ⅲ类围岩条件较好，各条测线 收敛测值较小，洞周最大收敛测值０．２％一 ０．８％；收敛位移随着时间增长逐渐趋向于０，围 岩变位的收敛速度较快，一般在２０天左右时达到 稳定。 而Ｖ类围岩的成洞条件较差，蠕变时间长，收 敛测值大。如图４所示的Ｋ１＋７９４．６断面，通过 及时合理支护措施，该类围岩在经过较长时问的 变形后，围岩和支护形成再次平衡以后，洞周收敛 会逐渐趋于稳定，表明该段围岩采取的施工临时 支护措施是合适的。 图３ Ｋ１＋０９０（Ⅲ类）断面收敛时程曲线 （２）直线形。围岩的变形速率基本不变或很 少衰减，随着时间的增加和离掌子面的距离增大， 围岩松弛加大，变形量越来越大，如果没有及时加 强支护，隧洞最后可能发展为破坏性变形。 线 如图５所示的Ｋ２＋６９４（Ｖ类）断面收敛时 程曲线，在引水隧洞洞线范围内，其中部分洞段 夹杂有Ｖ类侏罗系蓬莱组泥灰岩与泥质粉砂岩或 部分发育的层问错动带，这些特例对围岩稳定极 为不利。此类不良地质洞段围岩随着时问的增 加，变形量越来越大，最后会发展为破坏性变 形。 在施工期观测中，应对该类不稳定围岩加密 测次和及时通报，并及早加强支护；对个别变形 发生突变的围岩洞段，立即发出危险警报，封闭 现场、撤出施工人员，尽力避免人员生命和重要 设备财产的损失。 （３）发散型。曲线斜率即变形速度随时问 延续而增大，围岩可能失稳，预示该段围岩可能 出现塌方等破坏性变形。在施工期监测过程中， 没有出现此类破坏性变形。 图５ Ｋ２＋６９４（Ｖ类）断面收敛时程曲线 ５ 小结 按“新奥法”施工的基本思想，通过对某 水电站引水隧洞施工期开挖围岩实施收敛变形监 测，并对监测数据进行处理分析可知，该水电站 引水隧洞开挖围岩变形主要呈衰减形和直线形发 展，监测分析成果为施工期围岩支护措施的设计 提供了参考。 参考文献 ［１］申庆成．砂泥岩地层引水隧洞围岩变形监测分 析、四川大学硕士学位论文，２００７ ［２］夏才初，李永盛．地下工程测试理论与监测技 术．上海：同济大学出版社，１９９９ ［３］岩土工程安全监测手册．二滩水电开发有限责 任公司，１９９９年． ●
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