首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 水利水电工程论文 > 旭龙水电站导流洞施工期安全监测与围岩稳定分析

旭龙水电站导流洞施工期安全监测与围岩稳定分析

2024-09-05 4 上传者：管理员

摘要：介绍了旭龙水电站导流洞工程地质概况、安全监测设计和监测施工，通过对围岩变形、渗压渗流、应力应变和温度等监测数据的采集分析，对导流洞洞身的稳定性、安全度做出评价，系统掌握导流洞施工开挖过程围岩的变形与应力应变规律。施工期安全监测在施工过程中起到了反馈设计与指导施工的良好作用。

关键词：
变形分析
安全监测
导流洞
旭龙水电站
水利水电工程
加入收藏

导流洞工程作为水利水电工程建设过程中的重要部分，在工程前期建设过程中发挥着重要的防洪度汛功能[1-2]，导流洞施工过程中的围岩稳定是关注的重点。导流洞工程实施过程中涉及爆破开挖施工，同时前期地质勘探工作无法完全准确掌握山体内部的岩体性质[3]，因此通过在导流洞中设置监测断面，布设相关监测仪器可以掌握施工开挖过程中导流洞围岩的变形以及应力应变变化情况及规律[4]，为导流洞设计与现场施工提供指导意见，为保障工程施工质量与安全提供数据支持[5]。

1、工程概况

旭龙水电站位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上游河段，其导流洞工程采用分设高低洞方式设计，两条导流洞布置在左岸，总长约2755m。过水断面为城门洞型，其中1#导流洞断面尺寸为14m×15.5m（宽×高），2#导流洞断面尺寸为12m×15m（宽×高）。本文以1#导流洞工程为例，如图1所示。导流洞洞身围岩主要为花岗岩与斜长角闪片岩，局部为混合岩，围岩多为微新岩体，仅进口与出口段部分为弱风化岩体，整体应力量级以中等地应力为主。导流洞开挖揭露围岩类别以Ⅲ类、Ⅱ类为主，少部分Ⅳ类，围岩总体性质较好，强度较高。其中Ⅳ类围岩主要为斜长角闪（片）岩，片理较发育，与洞轴线多小角度相交，裂隙较发育，片理面及裂隙面多充填云母，围岩存在整体稳定问题。Ⅱ、Ⅲ类围岩存在局部稳定问题，主要为块体、断层、夹角片理面、缓倾角裂隙、岩体破碎带（区）等。较大断层主要包括F1与f1，断层F1为地表断层，与两条导流洞均近正交，断层带宽0.8～1.4m，主要为胶结较好的碎裂岩；断层f1贯穿两条导流洞，宽1.4m，主要为碎裂岩、糜棱岩，两侧影响带岩体较破碎，呈碎裂结构。

2、安全监测设计

隧洞围岩稳定问题是旭龙水电站主要工程地质问题之一，为实现导流洞工程施工全过程的监测，本着科学、实用、经济原则，针对性地选择在Ⅲ类、Ⅳ类等围岩性质较差或存在局部稳定问题的部位埋设安全监测仪器，通过对围岩变形、渗压渗流、应力应变和温度等数据的采集分析，及时对导流洞洞身的稳定性、安全度做出评价，确保导流洞工程安全。导流洞安全监测仪器主要有多点位移计、锚杆应力、钢筋计、渗压计四种类型，如表1所示。

3、安全监测施工

导流洞工程安全监测施工具有点多面广、钻孔量大、取芯工期长、交叉作业等难点，通过采用地质钻机、借助高架机械设备、悬挂仪器保护标识标牌等措施，最大限度提高钻孔效率，降低施工干扰，提高仪器存活率。

多点位移计主要通过钻孔埋设安装，在孔内分不同深度（本工程多点位移计为三个不同深度）埋设安装锚头，通过灌浆方式使锚头与围岩紧密结合，锚头通过传力杆与孔口的传感器连接，当围岩发生变形时，其变形量可通过锚头与传递杆被孔口传感器感测。锚杆应力计与钢筋计主要通过焊接方式与被测锚杆或钢筋进行连接，使其能与锚杆或钢筋联合受力，当围岩或衬砌发生变形而使支护锚杆与衬砌钢筋受力时，锚杆应力计与钢筋计可对应力情况进行感测。渗压计主要通过在围岩上钻孔进行埋设安装，在钻孔内回填细砂与渗压计，当围岩内存在渗水时可通过渗压计对渗压值进行感测。仪器埋设安装方式如图2所示。

4、监测成果分析

在1#导流洞内桩号0+353m、0+735m、1+219m位置与2#导流洞内桩号0+291m、0+762m、1+329m位置分别布设了三个监测断面，通过监测断面上布置的多点位移计、锚杆应力计、钢筋计与渗压计对导流洞围岩深部变形情况、围岩渗压情况以及支护结构受力情况进行监测，监测仪器布置形式如图3所示。

图1 1#导流隧洞轴线工程地质剖面图

表1 导流洞监测仪器埋设安装情况统计表

图2 主要安全监测仪器埋设安装大样图

图3 导流洞洞身监测仪器布置示意图

表2 导流洞多点位移计最大位移值统计表

表3 导流洞锚杆应力计最大应力统计表

4.1围岩深部变形分析

导流洞围岩深部变形主要通过布设多点位移计进行监测，从监测数据和位移过程线可知，1#导流洞多点位移计累计位移最大值为8.20mm，发生在0+353.18m桩号左边墙M02DL1的1#测点；最小值为-0.20mm，发生在0+353.18m桩号右边墙M03DL1的3#测点；2#导流洞多点位移计累计位移最大值为2.80mm，发生在0+762.45m桩号右拱M06DL2的1#测点；最小值为-0.80mm，发生在0+291.50m桩号右边墙M03DL2的3#测点。最大位移统计情况见表2。

多点位移计成果显示，导流洞洞身变形主要发生在顶拱，左、右边墙变形量基本一致。导流洞拱座及边墙较大位移呈台阶型增长，主要发生于2022年下半年与2023年3～5月这两个时段，结合施工情况分析，其分别为爆破振动超限集中时段与衬砌混凝土浇筑施工时段，表明施工干扰是围岩变形的主要因素。除1#导流洞桩号0+353.18m与2#导流洞0+291.50m监测断面外，施工干扰对拱座变形的影响要明显大于对边墙变形的影响。在施工结束后，围岩深部变形逐步趋于稳定，基本符合隧洞施工过程中围岩变形变化规律。总体上看，支护施工后洞身围岩深部变形量较小，变化总体平稳。位移过程线如图4所示。

4.2围岩支护锚杆应力分析

导流洞围岩支护锚杆受力情况主要通过布置在锚杆上的锚杆应力计进行监测。监测成果显示，1#导流洞锚杆应力计累计应力量最大值为2.10MPa，发生在1+219.67m断面顶拱，累计应力量最小值为-22.90MPa，发生在0+735.90m断面顶拱；2#导流洞锚杆应力计最大应力为83.60MPa，发生在0+762.45m断面右拱，累计应力量最小值为-8.00MPa，发生在1+329.10m断面顶拱。最大应力统计情况见表3。

2#导流洞0+762.45m断面右拱处锚杆应力计过程线显示，该部位应力于2023年4月中旬出现台阶式增量，急增后应力随之稳定，结合现场施工情况分析，该应力调整为围岩衬砌混凝土浇筑导致。同时，受施工干扰导致应力变化的部位还有0+291.50m断面顶拱和右边墙。排除施工干扰影响，导流洞洞身围岩支护锚杆应力均较小，变化平稳，表明导流洞围岩完整性与稳定性较好，与前期地质开挖勘探成果相符（主要以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主）。

4.3衬砌混凝土钢筋应力和围岩渗压分析

在洞身各监测断面布设钢筋计以监测衬砌混凝土钢筋应力情况。从监测成果可知，钢筋计实测的衬砌混凝土钢筋应力在-24.80～61.50MPa之间，钢筋应力总体较小，变化较为稳定，主要受温度影响，符合一般变化规律。导流洞围岩渗压主要通过埋设在围岩内的渗压计进行监测。监测成果表明，两条导流洞围岩测点处基本处于无水状态，与导流洞未过流的情况吻合。

4.4监测规律及特征

(1)监测成果显示，施工过程中隧洞围岩的变形与应力总体较小，表明导流洞围岩整体性与完整性较好，与前期地质开挖勘探成果基本相符。测值变化主要受到施工干扰影响，特别是爆破开挖施工，对围岩变形影响较大。

(2)隧洞围岩的变形与应力基本呈现左右对称型分布特征，符合城门洞型隧洞围岩的变形与应力一般分布特征，表明导流洞工程总体开挖施工质量较高，围岩整体性较好，不存在局部高应力与大变形问题。

(3)施工开挖对拱座变形的影响大于对边墙变形的影响，体现在开挖后拱座的变形总体上要大于边墙的变形，符合城门洞型隧洞受力特征。由于隧洞围岩整体性较好，拱座和边墙的应力均较小，因此受开挖影响不明显。

(4)随着开挖施工与衬砌支护的完成，围岩的变形与应力基本趋于收敛，衬砌钢筋应力基本正常，围岩基本无外水渗入，导流洞整体处于安全稳定状态。

5、结论

通过对旭龙水电站导流洞施工期安全监测数据进行系统的整理与分析研究可知：(1)随着衬砌支护施工的完成，导流洞围岩的变形与应力已基本稳定收敛，衬砌钢筋应力与围岩渗压基本正常，导流洞基本是安全稳定的。(2)施工过程布置的安全监测仪器所监测到的围岩变形与应力情况，基本符合现场地质勘探情况、洞室围岩开挖变形及应力分布规律，安全监测起到了反馈设计与指导施工的作用。(3)洞室开挖过程中，围岩变形受爆破施工干扰较大，尤其对拱座部分的围岩影响较为明显，因此在洞室施工过程中应适当控制爆破开挖强度，避免对洞室围岩造成较大的变形与破坏。

图4 导流洞多点位移计测值过程线

参考文献:

[1]童广勤,耿峻,郑栋,等.我国典型水电站工程安全监测仪器服役时变模型研究[J/OL].长江科学院院报,1-12[2024-04-22].

[2]罗锦丰.水库大坝安全自动化监测问题和改进路径[J].黑龙江水利科技,2024,52(03):158-160.

[3]张俊林,杨日昌.杨房沟水电站导流洞施工期安全监测及围岩稳定分析[C]//中国地质学会工程地质专业委员会.2016年全国工程地质学术年会论文集.福建华东岩土工程有限公司,2016:7.

[4]陈旭光,施旷,李洪强.混凝土双曲拱坝安全监测资料分析[J].小水电,2024(01):11-16,30.

[5]季昀,刘贝贝,王玉洁,等.西藏DG水电站大坝安全监测系统设计[J].水电与新能源,2024,38(01):40-43.

文章来源:吴双利.旭龙水电站导流洞施工期安全监测与围岩稳定分析[J].价值工程,2024,43(25):61-64.