引汉济渭输水隧洞安全监测系统技术分析与研究

分析与研究赵翔元(陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西西安710000)%摘 要】引汉济渭工程中的输水隧洞具有距离长、埋深大的特点，地质条件复杂，为输水隧洞工程施工带来安全 隐患。因此，布设了大量的监测设备，以确保输水隧洞在施工期和运行期的安全。本文对输水隧洞现有安全监测

系统在施工期的运行情况进行分析，总结输水隧洞安全监测系统在安全预警方面存在的不足，并提出提高输水隧

洞安全监测系统工作效率的建议，为今后隧洞工程施工和工程运行期的安全监测提供技术支撑。%关键词】引汉济渭；输水隧洞；施工期；安全监测系统中图分类号：TV554 文献标志码：B 文章编号：1005-774(2019) 12-017-04Technical analysis and research on safety monitoring system of diversion tennel in Han River-Wet River diversion projectZHAO Xian/yuan(Shaanxi Han River-Wei River Diversion Project Construction Co., Ltd., Xi Y# 710000, China *Abstrace: The water conveyancc tunnel in Han River-Wei River diversion project has the characteristics of lony distancc

and la—e buried depth, and thr yeologicai conditions aro complex, which brinys security risks foo -hr construction of lhr

watro conveyancc tunnel project. Therefore, a la—e number of monitoriny equipment has been installed te ensure the safety of the water tunneis duriny the construction period and operation period. The operation condition of existiny secu—ty

monitoriny system of water conveyancc tunnel duriny construction is analyzed. The defects of the water conveyancc tunnel safety monitoriny system in the aspect of safety eaiiy warniny are summarized, and sugyestions for the improvement of the

waterconveaancetunneasaetamonotoronysastem eocoencaareproposed, therebaprovodonytechnocaasupportorRuture

tunneaconstructoon and sa et amon otor ony dur ony operat ony per ood.Keywords: Han River-Wei River diversion project ； water tunnel ； construction period ； safety monitoriny system1 前言随着南水北调工程的顺利结束及其良好的示范效

随着地下工程施工技术的迅猛发展,引水隧洞也朝着

长距离、大断面方向发展& 2009年建成的辽宁大伙房 输水隧洞全长达85km/10，锦屏二级水电站1号、2号引

应，各省区也相继开始了新一轮调水工程的热潮。但收稿日期：2019-07-25水隧洞开挖直径达12. 4〜13m/20 &作者简介：赵翔元(1985―)男，本科，工程师，主要从事水利水电施工技术与管理工作&・17・Q水彌I律设与管理2019年•第12期陕西省引汉济渭工程是从陕南汉江流域调水至渭 河流域的关中地区，缓解关中地区水资源供需矛盾，促

进陕西省内水资源优化配置,改善渭河流域生态环境, 促进关中地区经济社会可持续发展的大型跨流域调水 工程。工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和秦

岭输水隧洞等三大部分组成。秦岭输水隧洞作为引汉济渭工程的重要组成部 分,全长约98km，分为了黄三段和越岭段两部分，特别

是越岭段从岭南穿越到岭北,全长81. 58km，由于隧洞

的距离长,施工过程中会面临各种复杂的地质条件,包

括高地应力、高地温、高外水、岩爆、有毒气体等难 题⑶，需在施工过程中及通水前后密切关注各类水工

建筑物及围岩的稳定性,保证工程施工及运行期的安 全。通过安全监测可对地下工程的施工作出安全预

报,既可对工程的安全运行作出评价,防患于未然，还

可验证地下工程设计的合理性,促进地下工程勘测设

计水平的提高和科学技术的进步⑷。因此，做好超长

输水隧洞的安全监测尤为重要。2输水隧洞安全监测现状2.1输水隧洞安全监测断面布设原则输水隧洞安全监测断面主要布置在围岩稳定性较 差、洞室埋深较大的洞段处,这些洞段通常为+、V类

围岩,也就是断层带或断层影响带处。引汉济渭工程输水隧洞共布设安全监测断面33

个，其中，黄三段由于传输距离较短，布设了 10个振弦 式监测仪器断面。越岭段由于距离长,传统岩土工程

安全监测仪器的传输距离受到了限制，因此,部分监测 断面采用了光纤传感器。振弦式仪器和光纤仪器的类

型选择根据监测断面与洞口的距离确定,距离超3km 的监测断面选用光纤仪器，小于3km的监测断面选用 振弦式仪器。目前，越岭段共有23个监测断面,其中

12个振弦式监测仪器断面和11个光纤仪器监测断面。

2.2安全监测项目根据隧洞的地质情况和现有的监测手段，引汉济渭

工程输水隧洞的安全监测进行了以下几类监测项目：・18・a. 围岩深部变形监测。在隧洞监测断面的左右 拱角、左右拱腰以及拱顶部位安装多点位移计,用于监

测输水隧洞围岩的变形范围,多点位移计最深点深入

围岩深度大于一倍的拱径。由于TBM施工对周围岩 石扰动较小，因此,TBM的最深锚固点要小于钻爆段 的最深锚固点。b. 底板变形（隆起）监测。在隧洞监测断面的仰 拱围岩内安装1套单点位移计，以监测在各种工况下 底板的变形情况。c隧洞衬砌与围岩接触缝的监测。在隧洞监测

断面的左右拱角、左右拱腰以及拱顶部位安装测缝计, 用于监测洞室衬砌后各工况条件下,隧洞衬砌与围岩

间接缝开合度变化情况。d. 外水压力监测。在隧洞监测断面的拱角两侧 和仰拱上各布置1支渗压计，用于监测各工况条件下， 隧洞外水压力的变化情况。e. 围岩支护锚杆应力监测。为监测隧洞的支护 效果,在所选隧洞监测断面的拱顶、两拱角及两侧拱墙

部位选择锚杆对其应力进行监测。f衬砌混凝土的应力应变监测。在隧洞监测断面

的拱顶、拱角、拱墙及仰拱等6个部位布设钢筋计、混

凝土应变计和无应力计,用于监测衬砌结构混凝土稳 定性和结构变化情况,进而推断混凝土衬砌的效果，在

围岩发生应力变化时，也可通过钢筋计和应变计进行

监测&g.围岩压力监测。在隧洞监测断面的拱顶、拱角 及拱墙各布置1支土压力计，当围岩发生应力变化时, 用于监测围岩对衬砌混凝土的压力&\"环境量监测。环境量监测主要包括输水隧洞

的水位监测以及温度监测,通过在监测断面的水位线 上下各布设1支水位计进行水位监测,可以矫正大气

压强变化对水位计测值的影响,不同桩号的水位计测

值，可以反映输水过程中水位沿程变化情况，同时可以 换算出输水流量的变化。温度监测通过各类监测仪器

自带的测温功能实现。赵翔元/引汉济渭输水隧洞安全监测系统技术分析与研究172项节水供水重大外！産！！2.3监测资料分析对监测资料的及时整理与分析,可以反映建筑物 的总体状态及其基本规律,并对建筑物的安全稳定性 给予总体评价，也是充分发挥安全监测作用、体现安全 监测根本目的和意义的关键环节⑸&IF11-2断层带处,岩体极不稳定& 2018年2月初,在初

次支护之后钻孔安装了 3套多点位移计BX01 #BX02

和BX03，其中，BX01位于左边墙；BX03位于右边墙。 这2套多点位移计的监测数据表明该监测断面的围岩

一直处于缓慢变形的状态，至2018年4月20日前后,

引汉济渭输水隧洞的安全监测系统运行至今，已

变形速率和变形量均开始增大。施工方立即进行了加

积累了较多的监测数据，在施工中也发挥了一定的 作用&输水隧洞的9 o 890监测断面位于V类围岩洞段

—2m

固处理，并加紧进行了二衬，之后多点位移计的变形量 趋于平缓。目前，监测断面处于比较稳定的状态&具 体的位移计变化量过程线见图1、图2&■ 10m oqq 温度------5m

图1三点位移计BX03变化量过程线-------5m-------10mO温度图2三点位移计BX01变化量过程线由于大部分监测仪器都是二衬之后安装，因此，输 水隧洞各个监测断面的应力应变监测数据比较稳定，

变形量较小,且总体上与温度成负相关。钢筋计和应变计变化量过程线见图3、图4&温度

52

-R1 1 1 -1 11 11 一—1 11 11 11 1I I 1 I I 11111舊

OJ

Edw/^-425-7-102018-05-011 11 11 11 11 1--------- 1 r1

1 1 1 1 2018-07-31**---- *T \" ~ 十―1 11 11 1I 12019-01-291 120151 11 11 1— - —2018-10-30102019-05-01日期（年-月-日）图3钢筋计变化量过程线・19・水利建设与管理2019年•第12期9OU

観量

----微应变---温度-52-761 1 1 __ ■-—1 1 1 1 11 1 2018-06-30-1002018-03/311 1 f i 7、iI i ■— I I I 1 11 1 1 12018-09-30

I 1I 1I 1: :r — -r —1 11 11 11 11 11 11 1 1 1 1 1 1 1 —1 1 1 f . j-----・—■ r ■ 1 I 1 I 1 1 11 11 1 11 1 12019-04-010

018

1262018-12-3002019-07-01日期（年-月-日）图4应变计变化量过程线引汉济渭输水隧洞的黄三段埋深较浅,基本没有 与隧洞内的积水情况相符合。从监测数据来看,输水

外水压力，越岭段由于距离长、埋深大,沿线水系比较 发育，各监测断面的渗压计能监测到不同程度的水头,

隧洞越岭段的最大水头曾达到31m左右,随着加固灌

浆的处理，外水水头随之下降，见图5&水头 ----温度图5渗压计变化量过程线输水隧洞的监测数据可基本反映现场建筑物的工 况，并能及时、准确地监测到异常变化量的发生,充分

动化，但当工程施工期发生监测异常,需要加密观测、 及时分析时,隧洞的特殊环境约束了监测的频次密度

发挥了安全监测的功效。和及时性&因此，对于输水隧洞的安全监测，需要增加 在施工期的自动化应急监测手段。3输水隧洞安全监测的不足输水隧洞由于环境特殊,空间狭小,能够采用的监

c增强安全监测新技术、新方法的研究与应用。 目前,隧洞安全监测所使用的监测手段均是常规的,监

测手段比较有限，因此，现有的隧洞安全监测系统在某

测设备也是常规的,但隧洞施工总会碰到各种复杂的

种程度上存在不足之处。地质条件，给工程带来各种安全隐患&因此,增强安全 监测新技术、新方法的研究与应用是必不可少的。a. 缺乏隧洞收敛变形监测&例如输水隧洞监测 断面的围岩内部发生较大变形时,没有相应的围岩表 面收敛变形数据进行综合分析,无法确定隧洞的变形

4结论与建议本文所介绍的引汉济渭输水隧洞安全监测系统从

2016年开始施工，目前仍处于施工阶段，施工过程中

程度&b. 缺乏施工期的自动化应急监测手段。大多数

工程是在工程施工的尾期或者运行期实行安全监测自

・20・的监测数据能及时有效地反映隧洞工（下转第16页）Q水彌I律设与管理2019年•第12期5挤压边墙混凝土现场施工质量控制措施a. 严格按照制定的质量管理制度控制施工质量, 明确现场各级施工人员和质量管理人员的责任和权 利，确保施工质量。的参数组合,综合多次生产性试验和现场生产验证了 相应技术特点，对于其在现场施工中所具有的规律性

加以明确，对不同环境中的相应问题已制定出科学、合 理的处理办法,为今后高面板堆石坝挤压边墙混凝土

施工积累了宝贵的经验。通过研究验证了高面板堆石坝挤压边墙混凝土质

b. 检查垫层料碾压后与边墙混凝土的高差和平

整度,两者尽可能在同一平面上,控制挤压边墙机行走

量控制技术在现场施工实际应用中的可行性,对挤压 边墙施工技术在高面板堆石坝中的推广提供了借鉴,

范围内的起伏差不大于2cm,采用水准仪进行复核 检测&通过试验研究提高该类高面板堆石坝工程中的应用方 法，从而降低施工成本，加快施工进度及坝体的稳定

c在挤压边墙施工前,采用全站仪沿挤压边墙机 行走方向精确放线,根据填筑边线测放挤压边墙机内

性;研究成果可供类似工程参考。！参考文献[1 ]

侧行走控制线，在施工过程中严格控制挤压边墙机的 行走。DL/T 5297—2013混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范:S] •北京：中国电力出版社,2014.[2 0张帅，王瑞骏,程金标，等•法向荷载作用下挤压边墙压裂

d. 施工前确保挤压边墙机在垂直和沿机身方向 上处于水平,在施工过程中将水平尺置于挤压边墙机

料斗平台上,对其进行水平控制。e. 挤压边墙出模后，对挤压边墙的外形及时检

验，并由专人负责缺陷修补。破碎机理试验研究[J0 •水电能源科学,2018,36 (7 )： 83­

86,107.[3 0彭兆轩，王瑞骏,程金标，等•顺坡向压力荷载作用下挤压

6结语通过对150m以上高面板堆石坝挤压边墙混凝土 质量控制技术的分析和研究，现已制定出科学的、最优边墙的破碎研究[J0 •水力发电,2018,44(3) ：98-100,105.[4 0季文荣，陈良宏,郭跃峰•中型水库项目挤压边墙施工的技

术应用/J0 •水利建设与管理,2017,37(5 )：4-.\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"(上接第20页)程的施工现状,并能对隧洞施工的异

参考文献[10刘志•超长引水隧洞贯通误差控制关键技术研究/ D0 •成

常情况进行有效的监测和预警,充分体现了输水隧洞

安全监测系统的有效性。目前，引汉济渭二期工程已陆续展开，二期工程中 包含了倒虹吸、渡槽、箱涵等各类输水建筑物以及输水

都:西南交通大学,2017.[20洪开荣•我国隧道及地下工程近两年的发展与展望/ J0 •隧

道建设,2017,37 (2 )：123-134.[3 0张刚武，殷国权,王天西，等•超长距离、大断面引水隧洞钻

隧洞，为了能让输水隧洞安全监测系统在二期工程中 更好地发挥作用,根据引汉济渭输水隧洞安全监测系

孔灌浆施工机械化研究与应用/ J0.四川水力发电,2013 , 32(6) ：1-4,[40李文慧•地下工程安全监测的作用与特点[J0 •水电站设

统的施工和运行状况,建议在二期工程的设计中,积极

跟踪现有的隧洞安全监测新技术、新方法，提高隧洞安 全监测系统的及时性，监测资料的完整性、连续性，充

计,2006 (2) ： 97-99./5 0李天述•浅析安全监测资料分析要点/ J0.科学与信息化，分发挥安全监测系统在隧洞施工工程中的作用& O 2016(19) ： 53-54.・16・