水工隧洞襯砌裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

相 楠，張心怡

（1.遼寧省水利廳，沈陽(yáng)110003；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

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水工隧洞襯砌裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

相 楠1，張心怡2

（1.遼寧省水利廳，沈陽(yáng)110003；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

摘要：以遼寧省某重點(diǎn)輸供水工程某隧洞為研究試點(diǎn)，針對(duì)水工隧洞工程中襯砌發(fā)生裂縫的現(xiàn)狀，通過安裝監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)分析，對(duì)水工隧洞襯砌產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析及數(shù)據(jù)整編，提出指導(dǎo)意見。確定研究目標(biāo)，對(duì)監(jiān)測(cè)過程及結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)。研究表明：裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水工隧洞工程襯砌混凝土凝固的全過程安全監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：水工隧洞；襯砌裂縫；安全監(jiān)測(cè)

襯砌是隧洞工程施工中的重要一環(huán)，建設(shè)質(zhì)量密切聯(lián)系著整體工程的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工程建設(shè)管理的理論和襯砌施工的技術(shù)雖已比較先進(jìn)完備，但仍不能在絕對(duì)意義上完全規(guī)避襯砌問題的產(chǎn)生。本文針對(duì)遼寧省某重點(diǎn)輸供水工程隧洞襯砌出現(xiàn)裂縫的問題，通過布置監(jiān)測(cè)儀器，整編分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合施工提出意見等工作，為建設(shè)管理單位提供決策支持，進(jìn)而提高建設(shè)管理單位的管理能力，保證工程建設(shè)質(zhì)量。

1　施工概況

該隧洞為高7m全長(zhǎng)16km的馬蹄形隧洞，在隧洞進(jìn)口襯砌過程中，發(fā)現(xiàn)多處裂縫。為了探究裂縫出現(xiàn)原因，在該隧洞選取了編號(hào)為L(zhǎng)1、L2的兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，并在兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上布置34支檢測(cè)儀器，儀器全部采用光線光柵式傳感器，于2015 年5月開始安裝埋設(shè)，持續(xù)監(jiān)測(cè)3個(gè)月。

2　儀器布置

儀器采用光纖光柵式傳感器，其中鋼筋計(jì)16支，應(yīng)變計(jì)8支，表面裂縫計(jì)4支，埋入式裂縫計(jì)4支，埋入式測(cè)縫計(jì)2支。鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)用于監(jiān)測(cè)襯砌混凝土應(yīng)力應(yīng)變；表面裂縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)襯砌混凝土表面裂縫開合程度；埋入式裂縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)襯砌混凝土與圍巖結(jié)合的變化程度；埋入式測(cè)縫計(jì)用于監(jiān)測(cè)襯砌混凝土施工分縫的變化情況。

3　安裝埋設(shè)

3.1 鋼筋計(jì)安裝埋設(shè)

（1）將鋼筋計(jì)安裝在設(shè)計(jì)圖紙布置的位置。鋼筋計(jì)與襯砌混凝土內(nèi)的鋼筋采用平頭焊接方式，在焊接過程，確保儀器部位溫度不超過50℃，不得在焊縫處澆水以免影響焊接質(zhì)量。焊接作業(yè)時(shí)對(duì)光纜進(jìn)行保護(hù)，避免損傷。

（2）傳感器光纜沿著鋼筋走線，每隔0.5m用尼龍?jiān)€綁扎好，重點(diǎn)部位可采用膠粘型式固定。

（3）儀器光纜采用PE套管保護(hù)，引至斷面保護(hù)盒。

3.2 應(yīng)變計(jì)安裝埋設(shè)

（1）將應(yīng)變計(jì)安裝在設(shè)計(jì)要求的位置。應(yīng)變計(jì)用鋼筋上綁扎定位。

（2）應(yīng)變計(jì)埋設(shè)時(shí)嚴(yán)格控制方向，安裝其間須當(dāng)心避免對(duì)兩端塊施加過大的力，以防止傳感器在安裝時(shí)由于超出其量程而損壞。儀器光纜的走線與保護(hù)與鋼筋計(jì)相同。

3.3 埋入式測(cè)縫計(jì)安裝埋設(shè)

（1）采用電錘在圍巖上鉆孔，將測(cè)縫計(jì)套筒安裝在鉆孔內(nèi)，采用界面膠或水泥粘連緊密。

（2）測(cè)縫計(jì)一端固定在套筒里，套筒填充棉花，避免混凝土漿液進(jìn)入。

（3）儀器光纜的走線與保護(hù)與鋼筋計(jì)相同。

3.4 埋入式裂縫計(jì)安裝埋設(shè)

（1）在已澆筑混凝土的倉(cāng)面上鉆孔安裝裂縫計(jì)套筒，然后在套筒內(nèi)安裝裂縫計(jì)。

（2）儀器光纜的走線與保護(hù)與鋼筋計(jì)相同。

3.5 表面裂縫計(jì)安裝埋設(shè)

（1）襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫后，在混凝土表面裂縫兩側(cè)鉆孔，固定錨栓，安裝儀器支架。

（2）裂縫計(jì)方向與混凝土裂縫方向垂直，將裂縫計(jì)安裝在儀器的支架上。

（3）儀器光纜沿襯砌混凝土邊墻走線，儀器光纜直接接入主光纜。

3.6 數(shù)據(jù)采集

在監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)前，將2根主光纜引入光纖光柵解調(diào)儀。儀器安裝埋設(shè)后，儀器尾纜引至斷面保護(hù)盒，直接接入主光纜。儀器埋設(shè)后即刻開始采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4　數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出分析成果。

（1）從溫度監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，隧洞環(huán)境溫度在14℃左右，混凝土入倉(cāng)溫度在25℃左右，混凝土澆筑后24h以內(nèi)達(dá)到最高溫度，L1斷面最高溫度35℃，L2斷面最高溫度40℃?；炷两禍刂饕l(fā)生在最高溫升后7天內(nèi)，降溫幅度達(dá)20℃，當(dāng)前混凝土溫度16℃左右，已趨于穩(wěn)定。

（2）混凝土鋼筋應(yīng)力受力拉壓不一，以受拉為主，總體鋼筋應(yīng)力較小?；炷翝仓跗冢S著混凝土溫度的逐漸下降，鋼筋應(yīng)力增長(zhǎng)較快；隨著混凝土溫度的相對(duì)穩(wěn)定（16℃左右），鋼筋應(yīng)力趨于穩(wěn)定。鋼筋應(yīng)力最大的部位在L2斷面左邊墻的位置，值為58.64MPa，沿?cái)嗝姝h(huán)向方向，與混凝土最大應(yīng)變?cè)谕晃恢?，且方向一致，這可能與周圍的地質(zhì)條件有關(guān)。

（3）圍巖與襯砌混凝土結(jié)合縫呈張開狀態(tài)，主要發(fā)生在混凝土澆筑后一個(gè)月內(nèi)。當(dāng)前最大開合度為0.68mm，發(fā)生L1斷面（樁號(hào)：D191 +424.000）頂拱的位置，目前總體趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。

（4）混凝土表面裂縫開合度總體趨勢(shì)變小，裂縫出現(xiàn)后無(wú)明顯擴(kuò)展，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)；裂縫出現(xiàn)時(shí)間與混凝土應(yīng)變計(jì)最大拉應(yīng)變出現(xiàn)時(shí)間基本一致。當(dāng)前測(cè)值在-0.14～-0.02mm之間。

5　指導(dǎo)意見

（1）從溫度監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，襯砌混凝土在澆筑后24h內(nèi)達(dá)到最高溫度，溫升速度較快；且隧洞環(huán)境溫度較低，混凝土從最高溫升40℃降至20℃僅用7天時(shí)間或者更短，混凝土溫度坡降較大。

（2）從混凝土應(yīng)力應(yīng)變和結(jié)合縫、施工縫監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，混凝土呈收縮狀態(tài)，周邊縫開合度發(fā)展較快，說明襯砌混凝土在降溫過程中收縮發(fā)展較快。早期混凝土彈模較低，收縮產(chǎn)生的應(yīng)變較大，隨著混凝土齡期的增加，混凝土彈模變大，混凝土內(nèi)部積攢的拉應(yīng)力快速發(fā)展，加之圍巖表面凹凸不平，局部的突起造成混凝土應(yīng)力集中，并最終導(dǎo)致了混凝土拉應(yīng)力過大，造成裂縫的出現(xiàn)，裂縫出現(xiàn)的時(shí)間與混凝土最大拉應(yīng)變出現(xiàn)時(shí)間基本一致。

（3）裂縫出現(xiàn)后，從監(jiān)測(cè)成果來(lái)看，裂縫開合度基本無(wú)明顯發(fā)展，說明襯砌混凝土的開裂使得混凝土內(nèi)部應(yīng)力重新分布，應(yīng)力集中的現(xiàn)象得到釋放后，混凝土拉應(yīng)變有減小的趨勢(shì)。目前襯砌混凝土裂縫無(wú)繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。

（4）混凝土拆模時(shí)間較早，且缺乏養(yǎng)護(hù)，混凝土表面直接與較低的環(huán)境溫度接觸，容易造成襯砌表面干縮、強(qiáng)度不夠，進(jìn)而造成耐久性損失。

（5）建議延長(zhǎng)拆模時(shí)間，并進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)。

6　結(jié)語(yǔ)

水工隧洞襯砌裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)可以通過布置監(jiān)測(cè)儀器，整編分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)水工隧洞工程襯砌混凝土進(jìn)行全周期在線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為建設(shè)管理單位提供科學(xué)有效的決策支持服務(wù)，提高工程管理水平和管理能力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：相 楠（1986年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-12-14

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.038

中圖分類號(hào)：TV512

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0108-02