外水壓力監(jiān)測(cè)

主要有差動(dòng)電阻式孔隙水壓力計(jì)、鋼弦式滲壓計(jì)和測(cè)壓管3種。差動(dòng)電阻式孔隙水壓力計(jì)或鋼弦式滲壓計(jì)一般用于高壓鋼管和有壓隧洞的外水壓力監(jiān)測(cè)，這些監(jiān)測(cè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，反應(yīng)靈敏，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度較高。測(cè)壓管用于有壓隧洞或無壓隧洞的外水壓力監(jiān)測(cè)。布置在地表鉆孔中的測(cè)壓管用電測(cè)水位計(jì)或遙測(cè)水位計(jì)監(jiān)測(cè)管內(nèi)的水位。布置在無壓隧洞襯砌上的測(cè)壓管用壓力表或遙測(cè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)外水壓力 。

外水壓力監(jiān)測(cè)資料應(yīng)及時(shí)整理分析，繪制外水壓力過程線和分布圖，分析研究外水壓力和水庫水位(內(nèi)水壓力)、地下水水位、降雨量、地面徑流等因素的相關(guān)性，以尋求外水壓力形成的原因及變化規(guī)律，進(jìn)一步估計(jì)水工結(jié)構(gòu)承受外水壓力的能力，分析外水壓力的影響。通過外水壓力變化過程還可估計(jì)襯砌或管道開裂和滲漏情況，以確定水工建筑物能否安全運(yùn)行或是否需要維修加固 。

外水壓力監(jiān)測(cè)是指對(duì)隧洞或混凝土內(nèi)的泄水底孔或涵管的外壁及襯砌承受的外水壓力進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。其目的是了解外水壓力分布及其變化對(duì)上述水工結(jié)構(gòu)的影響，也可通過外水壓力變化分析管壁或襯砌的開裂和滲漏情況，以判斷建筑物的安全狀態(tài)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)荷載 。

按照水工結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和地形、地質(zhì)條件進(jìn)行布設(shè)。

(1)有壓隧洞。沿洞軸線方向布置，由進(jìn)水口至出水口測(cè)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)。在上游段滲透坡降較大處、基巖破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育地段都應(yīng)布置測(cè)點(diǎn)。在溪流流經(jīng)的山溝和山峰等地形變化處的外水壓力往往較高，應(yīng)布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)一般由地表向下鉆孔，在襯砌結(jié)構(gòu)之外lm^-5m處，底部稍低于襯砌高程。另一種監(jiān)測(cè)方式是在襯砌結(jié)構(gòu)外埋設(shè)差動(dòng)電阻式孔隙水壓力計(jì)或鋼弦式滲壓計(jì)進(jìn)行遙測(cè)。每一監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)布置2支儀器。

(2)無壓隧洞。沿隧洞軸線交錯(cuò)排列，布置在隧洞兩側(cè)邊墻上，布置測(cè)點(diǎn)的原則和有壓隧洞外水壓力監(jiān)測(cè)布置類似，由進(jìn)水口至出水口布置不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

(3)高壓鋼管。有混凝土襯砌的高壓鋼管或基巖內(nèi)埋藏式高壓鋼管的管壁外都承受外水壓力。為了測(cè)量鋼管直接承受的外水壓力，測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在鋼管壁和混凝土襯砌之間，在鋼管軸線方向選擇3個(gè)以上監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置2個(gè)~3個(gè)測(cè)點(diǎn)。外水壓力用差動(dòng)電阻式孔隙壓力計(jì)或鋼弦式滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)，從下游適當(dāng)位置引出電纜。

1)外水壓力僅存在在巖體裂隙部分。理論上隧洞頂拱部由于重力作用，巖體與混凝土可能因?yàn)椴痪o密接觸而留下孔隙，相反腰部和底板部分混凝土的結(jié)合應(yīng)該是緊密的，不出現(xiàn)裂(孔)隙，就不會(huì)產(chǎn)生較大的外水壓力，再對(duì)隧洞襯砌進(jìn)行回填灌漿，應(yīng)可杜絕外水壓力的擴(kuò)展。但實(shí)際應(yīng)用施工中，很難做到完全密實(shí)，甚至在施工處理后還會(huì)存在相當(dāng)大的外水壓力。

2)對(duì)于以溶洞塌方、斷層破碎帶為主的不良地質(zhì)洞段，存在的主要問題是施工處理工作量大、難度高，二次處理復(fù)雜，以及運(yùn)行期的長期穩(wěn)定問題。監(jiān)測(cè)成果顯示實(shí)測(cè)外水壓力普遍小于設(shè)計(jì)推測(cè)值，說明設(shè)置排水孔和圍巖固結(jié)灌漿是減小隧洞襯砌外水壓力的有效措施。

3)設(shè)置排水系統(tǒng)后，外水壓力大多遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)外水壓力，局部地段部分外水壓力較高，主要是由于灌漿孑L封堵不好或鋼筋混凝土襯砌存在裂隙引起的。從觀測(cè)的結(jié)果來看長期運(yùn)行狀況，特殊洞段外水壓力是穩(wěn)定的、安全的，同時(shí)說明該工程對(duì)隧洞外水壓力的預(yù)測(cè)是可靠的。

4)地下水位是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)間會(huì)不斷發(fā)生變化，因此對(duì)隧洞的影響僅憑鉆孔水位來評(píng)價(jià)外水壓力是不全面的，事實(shí)是當(dāng)隧洞開挖并做了相應(yīng)的排水設(shè)施后，隧洞的外水壓力前后變化可能很明顯，這就需要我們作進(jìn)一步的展望和研究 。

外水壓力是作用于洞室襯砌上的一種荷載，所以當(dāng)洞室埋藏較深、地下水位較高的情況下，它對(duì)洞室的襯砌型式和襯砌厚度的設(shè)計(jì)，常起控制作用。但外水壓力是洞室設(shè)計(jì)中較難確定的外力之一，只能采用比較粗略方法估算。

洞室設(shè)計(jì)中，過去根據(jù)其洞頂至最高水位之間的水柱高度來估算外水壓力。工程實(shí)踐證明，作用于洞室襯砌上的外水壓力，并不等于外水的全部水柱高度，而常常只是它的一部分，甚至等于零。因此，設(shè)計(jì)中根據(jù)水文地質(zhì)條件，乘以相應(yīng)折減系數(shù)。折減系數(shù)的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題。在選擇折減系數(shù)時(shí)，既要考慮水文地質(zhì)條件，又要考慮工程設(shè)置和工程運(yùn)轉(zhuǎn)。

20世紀(jì)30年代一些國家的混凝土壩己開展揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)。中國50年代以來興建的大型混凝土壩都將揚(yáng)壓力作為基本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨向是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化及數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化 。

水工建筑物投入運(yùn)行后，監(jiān)測(cè)其揚(yáng)壓力大小和分布，用以核算建筑物的抗滑穩(wěn)定性，對(duì)保證工程安全運(yùn)行十分重要。同時(shí)監(jiān)測(cè)成果還可用來檢驗(yàn)防滲和排水措施的效果及揚(yáng)壓力的設(shè)計(jì)假定 。