三峡工程升船机及临时船闸高边坡测斜仪观测分析

三峡工程升船机及临时船闸高边坡测斜仪观测分析

1工程概论及高边坡内部水平位移监测配置1.1升船机或临时船之间的共用三峡升船机和临时断开位于水库左岸。临时船闸担负大坝二期施工时长江的航运任务,待大坝竣工后,紧靠其左侧升船机作为三峡工程运行期永久通航建筑物的一部分,升船机及临时船闸的下游共用同一引航道。它们的首部建筑物和下游引航道由左岸山体开挖形成,根据设计布置,下游引航道底部高程最低点达48m,边坡顶部高程达160m,最大边坡高度达110m之多。1.2利用观测断面布置观测孔测量高边坡岩石内部水平位移,现多用测斜仪。根据升船机及临时船闸高边坡的地形地质情况,设计单位进行了岩石内部水平位移监测布置,沿下游引航道中心线方向布置4个观测断面,左岸3个观测断面,右岸1个观测断面,4个观测断面共17个测孔,各测孔观测深度达20m～55.20m,钻孔直径Φ110mm。2实际水平位移测定测斜仪的工作原理是测量测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化量,从而计算出岩石沿测斜管轴线方向不同高程的水平位移。通常在边坡内埋设一垂直,并互成90°四个导槽的管子,当管子受力发生变形时,将测斜仪探头放入测斜管导槽内,逐段(一般50cm一个测点)量测变形后管子的轴线与垂直线的夹角θi,并按测点的分段长度,分别求出不同高程处的水平位移增量Δdi,即Δdi=Lsinθi(1)Δdi=Lsinθi(1)由测斜管底部测点开始逐段累加,可得任一高程处的实际水平位移大小,即bi=∑Δdi(2)bi=∑Δdi(2)而管口累积水平位移为B=∑Δdi(3)B=∑Δdi(3)式中Δdi为量测段内的水平位移增量;L为量测点的分段长度,一般常取0.5m;θi为量测段内管轴线与铅垂线的夹角;bi为自固定点的管底端以上i点处水平位移;B为管口在该次观测时的水平位移;n为测斜孔分段数目,n=H/0.5,H为孔深。测斜仪的工作原理见图1。3锚点布设应用用测斜仪测量岩体内部水平位移的方法分固定式和活动式。固定式是将测斜仪探头固定在岩体内部某点要测位移的位置,用传输信号电缆引出边坡坡面进行观测。采用固定式测斜仪观测的测点,一般用于活动式测斜仪难以做到观测的测点,其费用高,探头损坏难以维修,目前采用甚少。活动式测斜仪探头便于维修和率定,并可进行多点连续观测,应用十分广泛。在三峡工程升船机及临时船闸高边坡岩体内部水平位移监测中,17个测孔采用同一测斜仪探头和接收仪表。采用活动式测斜仪,仅在高边坡岩体内埋设测斜管道,一般采用钻孔埋设,其主要包括钻孔、测斜管安装、灌浆和孔口保护4个环节,要点如下。a.在观测的孔位处用测量方法确定其位。b.在定位点安装钻机进行钻孔。根据设计要求,各测斜孔均为垂直孔,钻孔孔径为Φ110mm,孔深20m～55.2m。具体施钻时为便于钻孔过程中的塌孔处理,孔口以下1m范围内孔径为Φ130mm,个别钻孔因顶部位于强风化层,孔口以下3m～8m范围内孔径为Φ130mm。c.测斜管的接长。接长测斜管的方法分一次接成,或连接成几段,或逐节在孔口接成所需的长度。前者适用于孔深不大,后者适用于埋设孔的深度较深的情况。由于三峡升船机及临时船闸高边坡中的测斜孔深度较大,测斜管的接长采用现场逐节加长方法。测斜管逐节连接时,应特别注意导向槽的对正不允许偏扭,方法是在前一测斜管上套入连接管长度的一半,对准连接管上的滑动槽接上下一节管,或用模具对正两节管的导向槽,使其两节测斜管对接。采用环氧树脂胶结和铆接相结合的方法将接头固定。将接装好的测斜管,用人力或机械拉住底盖上护绳,对正施测方向,绳索随测斜管同步放下,将连接好的测斜管放下孔内一定高程后,将其固定并连接下一节管,依此下去,直到测斜管接长达到孔深。d.用经纬仪校正导向槽的方向,使其对准欲测的方向。e.孔的回填。由于每个测斜孔底部装有渗压计以进行渗流观测,所以在每测斜管安装好后,在底部1m～2m范围内用沙回填,然后在测斜管与孔壁之间的孔隙用水泥砂浆进行回填,使之成为整体。f.进行孔口保护。管口以下约1m～2m范围内加设保护管,并浇混凝土墩固定管口,在管口上安装保护盖,以防人为损坏和杂物掉入。g.进行已埋设测斜管初始位置的观测,所测结果视为基准值记入埋设考证记录表。4斜率仪施工期间的观察4.1仪测头轴线误差的修正采用测斜仪观测边坡岩体内部水平位移,每次观测时,首先用水准仪测出管口高程,然后再从测斜管底自下而上,用测斜仪测头,每0.5m一个测点,逐次测量管轴线与铅垂线的夹角,并记录测点至管口的距离。对于每次观测,测斜仪测头轴线误差必须进行修正。对于垂直测斜管,同一方向的观测应正反各测一次,取其测值之差的平均值,以消除轴线的误差,同一测点正反两次测值之和的平均值为一常数。国外有的测斜仪读数仪自动记录每次正反观测成果并进行误差修正。4.2高边坡岩体变形传播规律4.2.1三峡升船机及临时船闸高边坡共布置测斜孔17个,1995年8月至12月钻孔埋设9个孔,1996年完成6个孔的钻孔埋设,另2个孔于1997年1月完成。17个孔始测时间最早为1995年10月22日,最晚的1997年1月底。岩体内部水平位移观测沿A、B两个方向进行。A方向垂直于临时船闸中心线,A方向的正值表示位移向临时船闸中心线方向位移,即位移指向坡外,位移背离临时船闸中心线为负,即位移指向坡内。B方向与临时船闸中心线平行,左岸B方向位移指向上游为正,指向下游为负;右岸B方向位移指向下游为正,指向上游为负。4.2.2根据观测,除了IN05GP03测斜孔外,升船机及临时船闸两岸高边坡岩体内部水平位移,指向坡外的相对位移最大值一般小于0.83mm,指向坡内的相对位移最大值一般小于0.710mm;指向坡外的累积位移最大值一般小于6.88mm,指向坡内的累积位移最大值一般小于3.210mm;指向上游的相对位移最大值一般小于0.77mm,指向下游的相对位移最大值1.363mm;指向上游的累积位移最大值5.987mm,指向下游的累积位移最大值7.938mm。IN05GP03孔测得的指向坡外的最大相对位移为1.925mm,指向坡内的最大相对位移为1.100mm;指向坡外的最大累积位移为13.86mm,指向坡内的最大累积位移为0.875mm。指向上游的最大相对位移为0.625mm,指向下游的最大相对位移为0.84mm;指向上游的最大累积位移为2.160mm,指向下游的最大累积位移为4.840mm。4.2.3由测斜孔观测成果看,三峡工程升船机及临时船闸高边坡总体上比较稳定,变形较小。而位于左岸10-10断面99m高程上的IN05GP03测斜孔所在岩体变形较明显,所测相对位移和累积位移值大于其它测孔。图2为IN05GP03测斜孔累积位移沿高程分布曲线图。由图可以看到,若以垂直线为测孔的初始位置,该测孔B向累积位移分布曲线在垂直线附近摆动,A向累积位移曲线在垂直线右侧摆动,A向的累积位移变幅大于B向;测孔73m高程以下有一时期变形速率较大,73m高程以上变形速率则相对较稳定。图3和图4分别为IN05GP03测孔孔口和73m高程处位移变化过程线。由两图可知,若以坐标零点为水平直线,相对位移在这一直线上呈随机上下跳动变化,且变化幅度较小;累积位移变化幅度相对较大,且存在明显的趋势性变化。此处直立岩壁高度达50m,且随着深槽的继续下挖,由于受走向NNW、倾向SW、倾角60°和走向NE、倾向SE、倾角45°左右的两组结构面切割,构成不利组合块体,在84m高程马道至54m高程(坡脚)沿NNW向结构面出现岩体塌滑形成宽1m～2m的凹槽,地质条件较差。此处为